宋廣成，于厚文

（1.遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000；2.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

大直徑輸水管道穿越高鐵套管頂進(jìn)施工

宋廣成1，于厚文2

（1.遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000；2.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

輸水管道穿越既有高鐵必須設(shè)置防護(hù)套管，文中工程首次采用大直徑套管穿越高鐵工程實(shí)踐，介紹了套管頂進(jìn)工藝流程、關(guān)鍵工序施工方法、工程測(cè)量和質(zhì)量控制等，供同類工程借鑒。

套管；頂進(jìn)施工；大直徑；輸水管道

1 工程概況

輸水管道共有4條管道，分別由八寶屯特大橋第126—129孔穿越，交叉處鐵路中心里程為K810+419.30 m，管線與京哈高鐵的交叉角度為60°。管道由套管和鋼管組成，鋼管直徑為準(zhǔn)3 220 mm，外套DN4 000×3 000H8頂管，套管內(nèi)徑4.0 m，壁厚0.4 m，單節(jié)長3.0 m，設(shè)計(jì)覆土厚度按照1.2 m考慮，每條線頂管長63.0 m。套管采用掘進(jìn)式頂進(jìn)法施工，頂進(jìn)前端設(shè)導(dǎo)向機(jī)頭，吃土頂進(jìn)。

2 關(guān)鍵工序施工操作要點(diǎn)

工藝流程：場(chǎng)地布置→設(shè)置后背樁及冠梁→工作坑開挖→設(shè)置后背→安設(shè)導(dǎo)軌→安裝后頂座及機(jī)械設(shè)備→試頂及各項(xiàng)準(zhǔn)備工作檢查→頂進(jìn)套管（中途測(cè)量）拆除機(jī)具→清理現(xiàn)場(chǎng)。

2.1 工作坑開挖

1）施工區(qū)地下水豐富，基坑底處于地下水2 m以下，基坑邊一側(cè)存在既有水田。

2）工作坑局距穿越的既有高鐵要有一定的安全距離，并取得鐵路部門同意。

3）基坑開挖采取分層開挖，開挖過程中集水坑安設(shè)于后背樁中間，防止抽水過程中出現(xiàn)基坑邊坍塌。待開挖完畢后，將集水井設(shè)置在離既有水田基坑邊的另一側(cè)。

2.2 導(dǎo)向軌和頂進(jìn)設(shè)備安裝

滑板上預(yù)埋錨栓與導(dǎo)軌進(jìn)行焊接，滑板底部每間隔2 m設(shè)一道地錨梁，共4道。根據(jù)管底設(shè)計(jì)高度，將導(dǎo)軌基礎(chǔ)按照管底的設(shè)計(jì)高度進(jìn)行布置，鋪設(shè)坡度為3‰（上坡）。導(dǎo)軌采用60 kg鋼軌導(dǎo)軌，安放在混凝土基礎(chǔ)面上，導(dǎo)軌定位必須穩(wěn)固、準(zhǔn)確，兩根軌道必須相互平行、等高，導(dǎo)軌面上的中心標(biāo)高按頂管管內(nèi)底標(biāo)高設(shè)置。在頂進(jìn)中經(jīng)常觀測(cè)調(diào)整，以確保頂進(jìn)軸線的精度，導(dǎo)軌安放前先校核管道中心位置。為保證導(dǎo)向高程偏差，進(jìn)行以下修整：

1）頂進(jìn)施工過程中線路有時(shí)會(huì)發(fā)生導(dǎo)向軌磨損現(xiàn)象，為防止這種情況發(fā)生需采取一些預(yù)防措施：導(dǎo)向軌改為2 m一節(jié)，每節(jié)之間采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，其中導(dǎo)向軌的原材使用Q335型鋼雙拼加固；在頂板處增加3 cm厚鋼板進(jìn)行加固；采用CO2氣體保護(hù)焊焊接；對(duì)于導(dǎo)向軌磨損嚴(yán)重位置，使用千斤頂將套管頂出該段部位，然后再進(jìn)行更換；導(dǎo)向軌加工過程中，增加橫梁強(qiáng)度以防止橫向變形，而使得套管下沉。

2）打磨接觸面：采用打磨機(jī)將原先棱角打磨為圓角，其圓弧直徑為4.8 m。打磨之前對(duì)打磨位置進(jìn)行測(cè)量，保證其在同一平面內(nèi)。

3）固定鋼軌：在施工時(shí)，為了防止實(shí)際鋼軌在頂進(jìn)期間內(nèi)發(fā)生橫向的移動(dòng)，橫梁之上添加角鋼；導(dǎo)軌通常情況下由很多片組成，由于鋼軌截面為工字型，不易焊接，采用等邊角鋼或高強(qiáng)螺栓等措施來固定幾片導(dǎo)軌，保證鋼軌的整體性。

2.3 后背墻

后背墻作為千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，壓縮變形要均勻。為保證后背墻受力均勻，在頂進(jìn)設(shè)備后增加10 cm厚鋼板，安裝在頂進(jìn)設(shè)備后側(cè)。

2.4 頂進(jìn)配套設(shè)備

1）糾偏頂進(jìn)機(jī)頭選型。糾偏頂進(jìn)機(jī)頭是頂管的關(guān)鍵機(jī)具之一，其主要作用為掘進(jìn)、防塌、岀泥、導(dǎo)向。根據(jù)管線穿越地層為粉質(zhì)黏土，含水層位于頂管中軸線左右。該工程選用的工具管為雙節(jié)工具管。

2）主定設(shè)備選型。根據(jù)頂力的要求，同時(shí)考慮套管的接觸面大小，采用12臺(tái)300 t油壓千斤頂，千斤頂頂程為2 000 m。此次頂進(jìn)最大頂力為2 840 t，12臺(tái)主頂固定在型鋼制作的千斤頂支架上，支架焊接在基坑底的橫梁上，千斤頂頂力為均勻。

3）頂鐵部分兼顧出土區(qū)域，分別采用14 mm、20 mm厚Q345鋼板卷制而成，外徑4.478 m，內(nèi)徑4 m，上部開2 m出土口。

2.5 套管頂進(jìn)

1）在首節(jié)套管前安裝導(dǎo)向機(jī)頭，采用機(jī)頭切土頂進(jìn)的方法。當(dāng)導(dǎo)向機(jī)頭頂入土內(nèi)400～600 mm后，采用小型挖掘機(jī)開挖，只開挖機(jī)頭刃角內(nèi)的土方，土方在管內(nèi)采用電力斗車進(jìn)行運(yùn)輸，土方在工作坑采用吊車進(jìn)行垂直運(yùn)輸。管道下面135°范圍內(nèi)不得超挖，一定要保持管壁與土基表面吻合。

2）頂進(jìn)過程中選用12臺(tái)300 t千斤頂，水平對(duì)稱設(shè)置于基坑內(nèi)。

3）套管頂進(jìn)前根據(jù)管徑及長度計(jì)算出土量，并計(jì)算出每頂進(jìn)0.5 m所需的計(jì)劃出土量，從而控制頂進(jìn)期間的實(shí)際出土量（虛方量按30%計(jì)算），防止土方超挖。并在頂進(jìn)期間記錄出土?xí)r間及出土量。

4）減阻措施：為減少套管與土之間的摩擦阻力，在管外壁上，均勻涂刷石蠟和機(jī)油熬成的潤滑劑，以減少套管頂進(jìn)中對(duì)后背的阻抗力矩。

5）精度調(diào)整：在導(dǎo)向機(jī)頭內(nèi)安裝8臺(tái)180 t液壓千斤頂，對(duì)精度隨時(shí)調(diào)整。若圓管頂進(jìn)過程中出現(xiàn)向左（向右）的偏轉(zhuǎn)，可開動(dòng)左部4臺(tái)（右部4臺(tái)）液壓千斤頂，使導(dǎo)向機(jī)頭向右（向左）調(diào)整方向，進(jìn)行糾偏；若圓管頂進(jìn)過程中出現(xiàn)向上（向下）的偏轉(zhuǎn)，可開動(dòng)上部4臺(tái)（下部4臺(tái)）液壓千斤頂，使導(dǎo)向機(jī)頭向下（向上）調(diào)整方向，進(jìn)行糾偏。

6）分級(jí)頂進(jìn)：由于施工中，鋼管分節(jié)安裝并頂進(jìn)，所以為防止作業(yè)頂力過大導(dǎo)致套管偏差，采取分級(jí)頂進(jìn)，分級(jí)頂進(jìn)原則根據(jù)每次安裝管節(jié)的總推力進(jìn)行分級(jí)。

3 套管頂進(jìn)測(cè)量

3.1 軸線測(cè)量

1）用架設(shè)在工作坑內(nèi)的激光經(jīng)緯儀在有效激光發(fā)射范圍內(nèi)用激光在管內(nèi)底部投放兩點(diǎn)——A和B（見圖1），兩點(diǎn)間距離為L，按同上方法在頂進(jìn)管道洞口處量出管內(nèi)底中心線位置E點(diǎn)，E點(diǎn)高程為管道進(jìn)洞圖紙?jiān)O(shè)計(jì)高程，用水準(zhǔn)儀在管道內(nèi)相對(duì)E點(diǎn)的基礎(chǔ)上分別測(cè)量出A與B兩點(diǎn)的高程 HA，HB。

2）在管道內(nèi)B點(diǎn)上架設(shè)全站儀，A上架設(shè)棱鏡。首先用全站儀測(cè)量出A與B兩點(diǎn)間的距離為L，假定坐標(biāo)系，設(shè)A點(diǎn)為原點(diǎn)，管道的頂進(jìn)方向?yàn)閄軸，頂進(jìn)方向偏差為Y軸，因此圖 1所示 A 點(diǎn)坐標(biāo)為（0，0，HA），B 點(diǎn)坐標(biāo)為（L，0，HB）。同時(shí)用鋼卷尺量出儀器高和棱鏡高，在全站儀測(cè)量模式下對(duì)應(yīng)測(cè)站和后視輸入A與B兩點(diǎn)坐標(biāo)以及相應(yīng)的儀器高和棱鏡高，經(jīng)過測(cè)量定向，無誤后在C點(diǎn)假設(shè)棱鏡，在儀器模式下輸入 C 點(diǎn)棱鏡高，測(cè)量出 C 點(diǎn)坐標(biāo)為（L，a，HC）（見圖 1）。

圖1 測(cè)量轉(zhuǎn)點(diǎn)示意圖

3.2 高程測(cè)量

由一施工水準(zhǔn)點(diǎn)抄出各點(diǎn)高程，再核驗(yàn)各點(diǎn)的相對(duì)高差是否同設(shè)計(jì)高程差值相符，最后以另一施工水準(zhǔn)點(diǎn)驗(yàn)測(cè)樁點(diǎn)中任意兩個(gè)。以上每一步驟如有不合格或差值過大者，立即查明原因并重測(cè)直至合格。每一步放線數(shù)據(jù)、驗(yàn)測(cè)值均以書面形式留存。

3.3 沉降和位移觀測(cè)

頂管施工時(shí)工作坑受力很大，容易引起井體沉降和位移，同時(shí)間接影響到頂管測(cè)量的精度，因此在頂管開始前就在井上設(shè)置沉降及位移觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)量出原始數(shù)據(jù)，并做好記錄，所以頂管一開始就要對(duì)頂管工作坑進(jìn)行有周期的沉降和位移觀測(cè)，直至頂管施工結(jié)束。

4 頂進(jìn)施工質(zhì)量保證措施

4.1 導(dǎo)軌的安裝

導(dǎo)軌材料必須順直，安裝時(shí)嚴(yán)格控制高程、軌距及中心線，按管節(jié)的外徑制作弧形樣板，檢查導(dǎo)軌鋪設(shè)的誤差。導(dǎo)軌高程及軌距允許誤差為±2 mm，中心線允許誤差3 mm，管節(jié)外徑距底板面不得小于20 mm。

4.2 管節(jié)頂進(jìn)

在頂進(jìn)首節(jié)套管時(shí)，每頂進(jìn)200～300 mm，對(duì)中心線及高程測(cè)量一次，其后每頂進(jìn)400～600 mm測(cè)量一次。工作坑內(nèi)設(shè)置穩(wěn)固的水準(zhǔn)點(diǎn)，以便測(cè)量及時(shí)校核。

4.3 防止地下涌水、涌砂

為防止涌水、涌砂，頂進(jìn)施工前，在管道兩側(cè)施工止水帷幕，止水帷幕咬合樁樁長9 m，穿透承壓水層，在管道底部施工高壓旋噴樁對(duì)地基進(jìn)行固化處理，防止地下承壓水涌出。

4.4 防止管道上浮

由于管道頂部覆土較薄，管道容易上浮，為防止管道上浮，在頂進(jìn)過程中及時(shí)將開挖土方回填至管道頂部，增加管道頂部重力?；靥顣r(shí)，注意做出5%的橫坡，也可防止上部積水，避免影響頂進(jìn)施工。

5 結(jié) 語

頂管施工是一種先進(jìn)的地下管道非開挖敷設(shè)技術(shù)，但在我國起步較晚，尤其是穿越高鐵項(xiàng)進(jìn)技術(shù)。通過遼寧省重點(diǎn)水利工程穿越高鐵根據(jù)工程特點(diǎn)和地質(zhì)條件，合理選擇頂管設(shè)備和工藝，并對(duì)各工序進(jìn)行精心控制，成功實(shí)現(xiàn)穿越高鐵套管頂進(jìn)施工技術(shù)，對(duì)同類工程具有借鑒作用。

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