下穿多铁路线顶进混凝土圆管涵穿越沙层的科学施工

来源:用户上传      作者: 张东鸿

　　摘 要 国家重点工程京包线K366 +548同煤集团棚改工程下穿铁路顶管工程，下穿包括京包铁路在内的11条线路，顶管全长350.08 m，穿越沙层，2011年3月开工，历时3个月，2011年6月30日顺利竣工。如何确保既有铁路运营安全，减少施工对铁路运营的影响是施工成败的关键。
　　关键词 下穿多条铁路；顶进圆管涵；穿越沙层；施工技术
　　中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0134-02
　　
　　1 工程概况
　　京包线K366 +548同煤集团棚改工程下穿铁路铁路顶管工程，位处大同市御东学府区棚户区改造工程南侧，管道布置为南北方向，由北向南依次穿过铁路燕大上行、古大上行、组合站6道、北环线、西5线、西3线、京包下行、京包上行、战场304与古大下行连接线、湖大下行线、L2道1、3战场联络线共十一股道。该管道用于棚户区排污管道和供热管道通过需要，共两根，管心距4.99 m。顶管轴线方向与京包上行线的夹角为90°00’00″，顶进方向由北向南顶进，每道管长175.04 m，采用 1950T12-S型钢筋混凝土圆管。本工程场地所属地貌单元为御河二级阶地，地貌类型单一。场地土大致分为3层，依层序分别为填土、粗砂砾、粉质黏土。施工时整个涵管均位于砂砾层，有少量地下水。
　　工程特点包括以下几点：
　　1）涵位处铁路路基横断面两端高，中间低，位于路堑地段，最大高差5 m，京包线位于路堑最低处，最小管顶埋深4 m，使始发井和接收井开挖深度为13.7 m。
　　2）竖井开挖后发现管涵穿过位置地质为砂砾，与设计粘土地质不符，两管道净距2.06 m。
　　3）该管涵下穿包括京包线在内的11条线路，京包线是国际干线，另外大准线湖大线等线路要通过万吨列车两万吨列车，必须确保京包铁路行车安全，否则将会造成不可估量的损失。
　　4）涵管穿过位置距接触网杆最小距离不到3 m，共有8根接触网杆存在安全隐患。
　　5）由于6月份铁路进入防汛期，需要重新办理汛期施工审批手续，手续繁琐会影响正常施工，必须在春运后3月初至6月底完成施工，工期紧张。该工程所在铁路管段为太原铁路局管辖，其中大准线由准格尔能源有限公司大准铁路分公司管辖。相关铁路施工配合手续需要两个单位配合办理。
　　6）由于京包线的特殊性，本工程所处大同东站的咽喉位置，铁路部门不批封锁点施工，所有线上工程必须在列车慢行和行车间隔进行。
　　7）该工程是国家和山西省政府批复实施的国家级重点工程，必须确保按期完工，政治影响大。
　　2 方案介绍
　　设计主体工程外衬临时结构采用暗挖法施工，即采用大管棚＋格栅拱架＋喷混凝土联合支护的方式。涵管在顶进前对既有路基采用挖孔桩进行防护，每道管与每股道交叉四角均进行挖孔桩防护。同时对线路采用纵横梁加固，涵管位置距接触网杆较近的位置设计要求采用挖孔桩
　　防护。
　　竖井开挖后发现地质条件很差，主要是流沙与原设计地质填土、粗砂砾、粉质黏土地质不符。设计单位根据施工单位提议经业主、监理、太原铁路局等部门一致同意最终完善了设计。
　　3 方案实施
　　3.1 施工准备
　　1）拆迁工作。根据前期的调查，本工程的拆迁工作主要集中在工作坑范围内的电力、通信电缆，电杆，棚户区围墙。对于地下管线需进一步探明、核实，确保施工范围内的地下管线安全改移。
　　2）技术准备。①施工图纸审查与现场核对，编写审核报告；②结合本工程施工特点，编写技术管理办法和实施细则；③组织学习铁道部、太原铁路局相关文件要求。
　　3）铁路设施过渡。涉及铁路通讯、信号、电力电缆、光缆，电气化杆等设施，提前与太原铁路局主管单位取得联系，制定过渡方案，施工前（拆）改移完毕。地下光缆电缆必须探明后方可施工。
　　3.2 施工总体安排
　　先要慢行点（限速45 km/h）进行北侧四条线路（燕大上行、古大上行、组合站6道，北环线）加固，进行该段隧道施工及涵管顶进；在北四线路区段隧道开挖施工即将结束后进行南面三条线路（战场304与古大下行连接线、湖大下行线、L2道1、3战场联络线）加固，进行南面已加固段隧道施工；北面四条线路（燕大上行、古大上行、组合站6道，北环线）区段涵管顶进完毕拆除线路加固恢复线路并将加固材料堆码在中间四条线路（西5线、西3线、京包下行、京包上行）北侧路肩上备用；进行中间四条线路（西5线、西3线、京包下行、京包上行）加固，继续隧道施工与北四道（燕大上行、古大上行、组合站6道，北环线）区段贯通后进行剩余涵管顶进，拆除中间四条线路加固（西5线、西3线、京包下行、京包上行）和南面3条线路加固（战场304与古大下行连接线、湖大下行线、L2道1、3战场联络线）恢复线路。
　　依据总体施工方案，施工队伍进驻施工现场后，即展开三类建设和配合铁路部门改移电缆线杆，探明地下电缆。由于竖井在线路以外20m进行C类施工。并进行钢格栅加工，钢网片加工，及挖孔桩钢筋制作。准备线路加固材料工字钢、钢轨、扣件、木枕等。在天窗点和慢行点内进行接触网杆及路基挖孔防护桩施工，并人工倒运线路加固材料到指定位置堆码好。
　　第一阶段施工计划：路基塔杆防护桩施工；纵横梁扣轨加固北1线（燕大上行线），向北1线和北2线（古大上行线）间倒运加固材料；纵横梁扣轨加固北3线（组合站6道）、北2线（古大上行）、北4线（北环线）；该段隧道开挖涵管顶进，拆除纵横梁扣轨恢复线路，将材料倒运到北4（北环线）和北5线（京包上行线）间堆码好。
　　第二阶段施工计划：路基塔杆防护桩施工；纵横梁扣轨加固北11线（战场304与古大下行连接线），10线（湖大下行线），9线（L2道1、3战场联络线）；北5（京包上行线）、北6（京包下行线）、北7（西3线）、北8（西5线）方枕、倒运纵横梁钢轨等材料到指定位置。纵横梁扣轨加固北6（京包下行线）和北7，北5（京包上行线）和北8（西5线）线路。依次拆除并恢复线路：北5、北6、北9、北8、北7.北11、北10。利用天窗和行车间隔人工有计划倒运材料至线路以外。隧道开挖顺序：北1道加固后开始隧道开挖，两隧道开挖掌子面最少错开5m以上，北面4股道区段开挖结束隧道队转移至南面开挖支护，紧随各线路加固之后，直至与北面贯通。涵管顶进顺序：北4道区段隧道衬砌施工结束进行该段涵管顶进，之后顶进队转移至南侧，剩余7股道开挖支护完毕进行涵管顶进。
　　3.3 主要施工工艺介绍
　　1）防护桩施工。为确保铁路行车安全，保证路基稳固性，在每条线路两侧管涵四角设置人工挖孔桩，防护桩直径1.25 m，桩长度20.0 m，共44根，两管涵中间防护桩直径1.5 m，桩长度20.0 m，共22根。共有8根接触网杆距涵管较近，采用挖孔防护桩进行防护，桩长15 m。采用C25混凝土灌注，内设Ф25钢筋。
　　按设计要求下料，人工将钢筋搬运至现场逐根放置井下绑扎，施工时注意钢筋低于接触网不得小于1.5 m，控制好钢筋笼的标高及保护层的厚度，最后灌注桩身混凝土，采用人工挑抬混凝土灌注。
　　2）竖井施工。首先进行井口防护桩施工，采用人工挖孔桩直径
　　1.2 m，桩长16 m，桩净距0.8 m，其次进行桩顶冠梁施工，将防护桩连接整体受力。待井口冠梁混凝土强度达到设计要求后，开始井深开挖。开挖时根据地质情况，每次开挖深度不大于2 m，校正开挖平面尺寸和垂直度后开始挂10×10钢筋网片，安装钢格栅竖向间距0.5 m，每榀格栅安装临时钢支撑，钢格栅采用Φ25钢筋竖向连接，连接筋水平间距0.5 m，外侧再挂一层10×10钢筋网片，最后喷射400 mmC25砼，待上一循环混凝土强度达到设计要求后开始下一循环作业，直至开挖到设计标高，再进行封底格栅和封底混凝土施工。

　　3）顶管施工。①工作坑及后背施工：施工竖井底板时混凝土中预埋两根导向铁轨。安装导轨时须经过计算和仔细测量，并保证其牢固不变形，用于控制管顶高程及方向。工作坑的后背墙采用枕木、方木、钢轨加固；②线路加固：线路加固采用扣轨纵横梁加固方案。线路加固采用木枕为3.3 m，隔一穿一。线路扣轨采用P50轨，3－5－3扣，扣轨接头错开分布，间距不小于1.5 m；一扣二的两道扣轨放置在混凝土枕木头外侧木枕上；横梁工字钢采用I45b型，6米一根，隔一穿一，横梁工字钢与钢轨间垫胶垫绝缘防联电；在线路两侧各设一道双纵粱，纵梁工字钢采用I45b型，纵粱距线路中最小距离为1.4 m米。纵梁工字钢接头相互错开不小于1 m。线路轨距与方向的保持：利用既有混凝土枕保持轨距，利用五扣与混凝土枕和横粱的连接保持方向。线路超高：根据各股线路超高值的变化情况，增设不同厚度的板材垫板，板材宽200 mm，长500 mm。线路加固范围：加固范围为顶管中心线两侧各17.5 m，共11股道；③管节连接：顶完全部管节，取下塞紧内涨圈的木楔，用石棉水泥打口，将环缝填塞严密防止渗漏。如未用内套环，则用环氧树脂嵌缝。顶管全部就位后从注浆孔注浆填实管壁与外衬之间的空隙。注浆压力控制在
　　0.2 MP~0.3 MP，也可以通过其他注浆孔是否冒浆判断是否注满。
　　4）外衬喷射混凝土。外衬施工采用钢筋网喷射混凝土，格栅拱架纵向间距0.5 m，纵向连接筋为Ф20螺纹钢筋，环向间距0.2 m，支护完毕后，喷射30 cm厚C35混凝土。
　　5）小管棚施工。小管棚超前支护是利用钢管刚度大，开挖的后端支撑在钢拱架结构上，未开挖末端锚固在沙土中因而可有效地将开挖段掌子面部分长度段的开挖释放应力传至未挠动土体中。其主要设计参数及施工要求如下：①Φ38×3 m钢管为无缝钢管，搭接长度不小于1.0 m；②钢管外插角2°~5°，环向间距10 cm；③钢管上每隔15 cm交错布眼，眼孔直径10 mm；④导管尾端焊接于钢拱腹部，以增强共同支护作用；⑤高强水泥浆配合比为1:1；⑥用风枪带动直接插入沙土中；⑦注浆压力控制在0.35 MP。
　　6）地表注浆。为防止流沙发生，京包线采用地表注浆固化处理，地表注浆在开挖前一周实施。注浆导管采用直径60 mm（t=4 mm）无缝钢管，分节丝扣连接植入地下，线路下采用斜插植入，注浆时严密监视线路变化，控制注浆压力。注浆时注意派员防护。主要注浆参数：注浆管直径 60 mm，单孔浆液扩散半径0.6 m~1.0 m注浆压力 0.3 Mpa（靠近线路的注浆管注浆压力控制在0.1 Mpa，并适当减少浆液的注入率）。注浆顺序应间隔钻孔注浆。每根注浆孔注浆结束标准：当单孔注浆终压达到0.6 MPa~1.0 MPa，持续15分钟，进浆量很少或不进浆时，可结束本孔注浆。注浆过程中，应注意观测铁路路基及铁路线变形情况，及时调整注浆参数，防止铁路线路隆起，危及行车安全。 注浆时利用慢行列车行车间隔进行，注意派员防护设置施工作业牌。
　　4 总结
　　京包线K366 +548同煤集团棚改工程下穿铁路顶管工程的顺利贯通，为类似下穿多条铁路的较长管涵顶进工程施工提供了成功经验。

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