頂管穿越古城煤礦鐵路專項施工方案

趙 鵬

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

辛安泉改擴建工程屯留縣供水配套工程，位于山西省屯留縣境內(nèi)，涉及屯留縣路村鄉(xiāng)、上村鎮(zhèn)，年供水能力2 659萬m3。本工程主管線需穿越潞安集團古城煤礦鐵路專用線1處，鐵路寬12 m，設(shè)計采用頂管工藝施工。本工程為工業(yè)供水工程的給水主渠道，采用DN 700球墨鑄鐵管鋪設(shè)，穿鐵路時采用直徑1 200 mm鋼筋混凝土管作為套管頂進，頂進管長度為2 m/節(jié)，頂進長度不小于62 m，即不少于31節(jié)。為避免頂進時不毀壞鐵路路基，并根據(jù)工地的實際情況，頂進管設(shè)于鐵路路基以下3 m，頂進坑離鐵路25 m。

屯留縣西部地區(qū)為古生界三迭系長石砂巖、石英砂巖及泥巖；中西部丘陵區(qū)為古生界二迭系頁巖、砂巖，底部夾煤層；東部平川區(qū)為新生界第四系細砂、泥灰?guī)r、赤色土、黃土及近代沖積層。頂管段穿越地層主要為紅粘性土，地下水位埋深較深，本項目施工不受地下水影響。

2 施工工藝技術(shù)

2.1 技術(shù)參數(shù)

頂管長62 m，埋深9.5 m，穿越古城煤礦寬12m的鐵路專用線；頂進井、接收井上部采用大開挖方式，坡比1∶1.5。頂進井尺寸為6.5 m×4.5 m×5 m（長×寬×深），深度5 m處設(shè)一馬道，寬2 m，頂進井底部2.0 m工作坑，采用直墻垂直開挖。頂管后背墻為高2.5 m、寬2.2 m、厚5 cm的鋼板及兩層軌道枕木，枕木尺寸為16 mm×22 mm×250 mm。接收井尺寸為13 m×4.5 m×5 m（長×寬×深），深度5 m處設(shè)一馬道，寬2 m（此工作坑主要是為在頂管內(nèi)安裝DN 700球墨鑄鐵管所用）。

圖1 穿鐵路管道安裝示意圖

2.2 工藝流程

頂管施工作業(yè)在頂進坑內(nèi)進行，操作坑內(nèi)的頂進后背，采用鋼板、枕木結(jié)合的方式，油壓千斤頂產(chǎn)生動力，后背提供反作用力，推動混凝土管向土體切入，管內(nèi)的土用小車運至頂進坑處，再提升至地面，邊出土邊頂進，當頂管頂入土內(nèi)不大于1/2根時，接另一根，直至頂入長度達到設(shè)計要求。

穿鐵路管道安裝示意圖見圖2。

3 施工方法

3.1 測量放線

找準原點，測量放線。

3.2 頂進坑土方開挖

穿鐵路段的地下水位埋深較大，不涉及排水問題。土方開挖過程中，由人工配合機械進行邊坡修整，坡比為1∶1.5，開挖至建基面前，預(yù)留20 cm厚的土方人工開挖，開挖至設(shè)計底高程后，采用電夯對原基進行壓實。

3.3 后背墻鋼板安裝

后靠背是給千斤頂提供反作用的構(gòu)造，在施工中后靠背要保持穩(wěn)定，一旦后靠背出現(xiàn)松動或被破壞，頂管施工就要停止。后靠背允許偏差：垂直度0.1%H（H為后靠背的高度）；水平扭轉(zhuǎn)度0.1%L（L為后靠背的長度）。

后靠背表面要平直，并垂直于頂進管道的軸線，與坑壁土體墻面貼緊，并用砂石料將空隙填塞密實，底部在頂進坑底以下，不宜小于50 cm，油缸的著力中心高度不小于后背高度的1/3，不大于后靠背高度的1/2。

3.4 頂進設(shè)備安裝

3.4.1 導(dǎo)軌的安裝

兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高，頂進坑入土處縱坡，按管道設(shè)計坡度進行施工，當管道坡度＞1%時，導(dǎo)軌可按平鋪設(shè)置。

導(dǎo)軌安置允許偏差：軸線位置允許偏差為3 mm；頂面高程允許偏差為0～3 mm；兩軌內(nèi)距允許偏差為±2 mm。

導(dǎo)軌安裝牢固后，底板的兩側(cè)用墊有鋼板的槽鋼或方木與坑壁頂緊，防止下管時輕微碰撞，導(dǎo)致導(dǎo)軌中心與管軸線有太大的偏差。

3.4.2 頂進油缸安裝

頂進油缸采取規(guī)格一樣、對稱分布的液壓驅(qū)動活塞式雙作用油缸。頂管工程由于每處頂進的管徑不同、頂進長度不同，根據(jù)所需的頂力，分別選用適宜的油缸，千斤頂宜固定在支架上，要求與管道中心線垂直對稱，保證合力的作用點在管道中心的垂線上。根據(jù)其頂進力對稱布置的要求，通常選用2、4、6偶數(shù)組合。見圖2。

圖2 主頂千斤頂布置示意圖

3.4.3 頂鐵的安裝及使用

安置后的頂鐵軸線，應(yīng)與管道軸線平行、對稱，頂鐵與導(dǎo)軌之間不能有雜物、污垢。頂鐵的允許聯(lián)接長度，應(yīng)根據(jù)截面尺寸下料。當采取截面為20 cm×30 cm的頂鐵時，單行順向長度不得大于1.5 m；雙行順向長度不得大于2.5 m，且應(yīng)在中心加橫向頂鐵相聯(lián)。頂鐵管口之間應(yīng)采取緩沖料襯墊，當頂力接近管節(jié)料的允許抗壓強度時，管端應(yīng)增添U形或環(huán)形頂鐵。

3.4.4 混凝土套管安裝

安放套管最主要的是將管下鋪墊物找平，在套管下方平行鋪設(shè)四根枕木（全部臥于碎石中），寬度為2.5 m。要求四根枕木必需在一個平面。枕木必須夯實，以保證足夠承受套管的重量而保持不下沉，具有較好的穩(wěn)定性。

3.5 頂管施工

將鋼筋混凝土管道下到導(dǎo)軌上，裝好頂鐵，檢測混凝土管道的軸線和管底標高是不是滿足設(shè)計規(guī)定。

管道頂進過程中，工具管的中心和高程測量應(yīng)滿足手工掘進的工具管進入土層時，每頂進30 cm，量測一次。管道進入土層后，正常頂進，每頂進100 cm，量測不少于一次；糾偏時，增加量測頻次。全段頂完后，應(yīng)在每一個管節(jié)接口量測其軸線位置和高程，有錯口時，要測相對高差。

為了防止鋼筋混凝土管道在頂管中錯口，管節(jié)漂移，在頂進的前三節(jié)管中應(yīng)加內(nèi)襯鋼環(huán)，用槽鋼將前三節(jié)管子連為一體。

管道頂進，應(yīng)延續(xù)施工，在管道頂進過程中，如碰到障礙、后背墻變形嚴重、頂鐵產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象、管位誤差過大且校正無效、頂力大于管端的允許頂力等情況時，應(yīng)停止頂進，及時采用應(yīng)變技術(shù)措施，并向有關(guān)部門報告。當頂進施工停止時間較長，為了避免開挖面的松動或坍塌，對掌子面進行正面支撐或全部封閉。

本工程頂管挖土采取人工開挖，裝運土小車運至頂進坑內(nèi)，由吊車吊運至坑外，再裝自卸汽車運至棄土場或管道回填區(qū)。采用24 h不間斷施工，期間停止時間超過6 h，若設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)及時更換備用設(shè)備。頂進距離較長時，采用混凝土管外壁涂蠟，以降低頂進時的阻力。

施工中將24 h延續(xù)作業(yè)，采取人工挖土，先開挖小于混凝土管外徑的洞體，量測軸線找點修整，然后進行高程量測，滿足設(shè)計要求時，再進行頂進施工。修整時，下方135°內(nèi)不得超挖、空挖，上方超挖不得大于20 mm。

3.6 頂管接口處理

采取鋼筋混凝土管時，其管節(jié)未進入土層前，接口外側(cè)應(yīng)墊麻絲、油氈或木墊板，管口內(nèi)側(cè)應(yīng)留有10～20 mm的縫隙；頂緊后兩管間的縫隙宜為10～15 mm。管節(jié)入土后，管與管接口處安置內(nèi)脹圈，管節(jié)接口位于內(nèi)脹圈的中部，并將內(nèi)脹圈與管道之間的空隙用木楔塞緊。

3.7 注漿與接縫施工

頂進施工完成后，立即用1∶1配比的水泥漿，注漿處理外縫，用高壓管道把注漿機和頂進管道的注漿孔連接起來，最大壓力不能超過0.3 MPa，把管壁外部和土體之間的縫隙填滿。

然后打壓，把管壁縫內(nèi)，用鋼絲刷清刷、擦拭、清潔后，按設(shè)計要求抹聚硫密封膏，并用水泥砂漿抹平；灌漿孔也按照上述辦法，等管縫干燥后，把聚脲防水涂料涂抹光滑，涂層厚度為1.5 mm。也可采用機器噴涂。內(nèi)縫要按照設(shè)計要求，抹聚硫密封膏，然后用砂漿抹平，最后用聚脲防水涂料，把管縫刮涂平整即可。

4 結(jié)語

通過選定合理的技術(shù)參數(shù)、工藝流程、施工方法等，在不影響古城煤礦鐵路專線正常運行的情況下，既保證了穿越古城煤礦鐵路頂管施工高質(zhì)量完成，也保障了辛安泉改擴建工程屯留縣供水配套工程施工的質(zhì)量和安全，又保證了施工工期。