暗渠穿越鐵路工程夯管圍幕施工技術(shù)

谷雪冰

(中鐵九局集團(tuán)有限公司,遼寧沈陽 110013)

1 工程概況

渾河暗渠穿越鐵路工程為沈陽市污水處理工程,主體結(jié)構(gòu)為三孔框構(gòu)式過水暗渠,該段暗渠穿越長大上下行、長大三線、于虎上下行鐵路,長大線是東北經(jīng)濟(jì)的大動脈,車流量大,施工期間不能影響鐵路的客貨運輸,本段渠頂距軌面約8.7～11 m左右。經(jīng)過施工前期調(diào)查,本段路基土質(zhì)復(fù)雜,為回填路基,填料成份復(fù)雜,大粒徑塊石,建筑垃圾等會對小導(dǎo)管注漿產(chǎn)生極其不利的影響,易產(chǎn)生漿液流失,注漿達(dá)不到加固地層的作用。

地下水豐富和流水不順暢的路基地段,在雨量大的季節(jié)容易造成路基坍塌,整治這一難題的一種方法是在保持正常鐵路行車的基礎(chǔ)上,在該段整體路基下利用夯管圍幕施工工藝修筑一條排水隧道將水排走。

2 施工工藝

夯管圍幕也就是大管棚超前支護(hù)法,即利用特殊的夯管設(shè)備,沿隧道輪廓線向隧道縱向夯入帶有連接導(dǎo)向裝置的300鋼管,依次將帶連接導(dǎo)向裝置的鋼管夯入,鋼管夯通后利用風(fēng)壓將管內(nèi)土壤壓出,然后向鋼管內(nèi)填注有壓細(xì)石混凝土。鋼管和有壓細(xì)石混凝土形成水平向的鋼筋混凝土樁,每根鋼管混凝土樁在導(dǎo)向連接裝置的連接下形成鋼管混凝土樁圍幕,然后開挖兩端洞口處土方3 m范圍內(nèi)(經(jīng)計算確定)并在距撐子面 1.0 m處設(shè)立臨時鋼架支撐,制作安裝該段主體結(jié)構(gòu)鋼筋并支立模板,灌注早強防水混凝土,待混凝土強度達(dá) 75%以上時,向頂板注漿,保證主體結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土樁圍幕結(jié)合緊密,繼續(xù)開挖 3.0 m一段,每段開挖、組立鋼筋、灌注主體結(jié)構(gòu)混凝土均在鋼管混凝土樁圍幕與已經(jīng)形成的主體結(jié)構(gòu)形成的簡支或鉸支梁的保護(hù)下進(jìn)行。其工藝流程圖見圖 1。

3 疑難問題及解決辦法

3.1 夯管長度保障

夯管夯擊主要能量消耗有:鋼管自重、鋼管內(nèi)土重、鋼管內(nèi)外壁與土的摩擦力。在這三種因素中,鋼管內(nèi)土重及鋼管內(nèi)外壁與土的摩擦力占比重大。在夯擊進(jìn)尺不能正常進(jìn)行時,停止夯擊,用自制螺旋式出土器出土減少管內(nèi)土重及鋼管內(nèi)壁與土的摩擦力,成功穿越104 m。

圖1 施工工藝流程

由于夯管時間長,洞內(nèi)進(jìn)尺循環(huán)段數(shù)多、洞內(nèi)出渣及材料運輸運距長。雖費時但安全性高。

3.2 夯管方向偏差

根據(jù)德國TT夯管錘工作性能介紹,在導(dǎo)向?qū)к壘_定向的前題下夯管最大誤差為 0.2%,而且向左右側(cè)偏差的可能性很小,大部分均為向下,主要原因是鋼管及管內(nèi)土在重力作用下而產(chǎn)生的,通過預(yù)留施工誤差的辦法可以保證主體結(jié)構(gòu)的方向及標(biāo)高,即先夯側(cè)墻鋼管,精確鋪制導(dǎo)向裝置,通過試夯確定施工夯管最大誤差δ值,然后夯頂板上鋼管并將鋼管底標(biāo)高抬起 δ值做為誤差預(yù)留值制定首根鋼管底夯擊標(biāo)高,這樣夯管完成后,接收井鋼管底標(biāo)高將與設(shè)計值相同保證主體結(jié)構(gòu)方向及標(biāo)高。

3.3 夯管圍幕定位(導(dǎo)向器)

在首根鋼管精度、位置滿足要求條件下其余各管在導(dǎo)向連接器的導(dǎo)向下位置將不會產(chǎn)生偏差,這樣整個圍幕的位置也不會偏差。因此,在夯第一根管時要設(shè)立導(dǎo)向槽,設(shè)立混凝土基墊層。按隧道中線及縱坡先行設(shè)置厚 10cm素混凝土墊層,寬度 1m,三根管寬度下設(shè)導(dǎo)向鋼軌,并在首根及左右各一根范圍內(nèi)壓重物以確保首根及相鄰鋼管夯入精度,為保證各鋼管夯入時不懸空,所以基坑開挖應(yīng)分層進(jìn)行。

3.4 鋼管焊接

夯管的力學(xué)傳遞是靠鋼管的壁傳遞的,因此保證整根鋼管的同心將非常重要。整根管的方向偏差及夯擊效果與鋼管的連接焊口關(guān)系重大,為此要精選材質(zhì)保證圓順,并在端口制作 60°坡口,制作胎具焊接,保證已夯入鋼管與待夯入鋼管同心,焊口強度與原材料相同

3.5 鋼管內(nèi)混凝土灌注

待排氣口內(nèi)混凝土漿液溢出后安裝壓力表并繼續(xù)使管內(nèi)混凝土漿液擴散至圍巖,當(dāng)壓力表達(dá)到 1.5～2.0 MPa時停止泵送混凝土漿液擴散至圍巖,并封堵灌入端。

3.6 地下水位以下施工問題

由于本工程距渾河主河道只有 500 m左右,而且土質(zhì)為砂礫,透水性極強,產(chǎn)生流砂、涌砂的可能性很大,降水、阻水效果將決定著施工安全,為使隧洞開挖及排水不產(chǎn)生流砂、涌砂而引起路基沉降危及行車安全,為此需將地下水位以下側(cè)壁圍巖及底板圍巖注漿加固阻水,即在側(cè)壁地下水位下及底板用小導(dǎo)管注漿加固。

3.7 頂板混凝土灌注

針對本工程工期緊、任務(wù)重及施工空間狹小的特點,采用整體鋼模板,附著式振搗器振搗,保證混凝土灌注密實,表面光滑。本工程主體結(jié)構(gòu)頂板為平直式,頂板混凝土灌注的密實將直接影響工程質(zhì)量,因此在混凝土灌注端,即將掌子面端頂板側(cè)模與頂部鋼管密封并設(shè)灌入口及排氣口,從灌入口灌入混凝土漿液至排氣口排出混凝土漿液,即完成頂板混凝土灌注。

3.8 洞口施工

為使已成型圍幕鋼管位置固定及進(jìn)洞開挖更加安全可靠,在夯入鋼管的始發(fā)端和接收端各制作一個矩形固定及支撐鋼筋混凝土框架,截面為寬 0.3 m高0.5 m。

3.9 防水混凝土施工

在隧道工程施工中,由于施工環(huán)境較差,受施工順序的影響,使防水效果難以達(dá)到設(shè)計的理想狀態(tài),因此防水混凝土施工是隧道工程防水成敗的關(guān)鍵?；炷两Y(jié)構(gòu)采用C 30S 6混凝土,為確保防水混凝土質(zhì)量達(dá)到結(jié)構(gòu)自防水的目的,需保證混凝土的密實性、抗?jié)B性、抗裂性和耐久性。

4 線路加固

根據(jù)本工程工期緊,任務(wù)重及現(xiàn)場地貌等實際情況,針對 104 m暗挖段東中部有約 40 m長空地段(距道碴邊緣近)在保證行車安全的前提下采用密排工字鋼樁,橫向高張預(yù)應(yīng)力鋼拉索,縱向圓鋼管支撐的圍護(hù)形式形成20m長、11 m寬的工作坑,該段采用明挖施工,這樣,就增加了兩個暗挖工作面,縮短了暗挖長度,解決了暗挖段工序復(fù)雜,制約工期的難題。

5 施工降、排水

5.1 明挖段施工降、排水

經(jīng)詳細(xì)勘察,發(fā)現(xiàn)地下水位較設(shè)計給出水位標(biāo)高高出1.8～2.7 m。(設(shè)計地下水位標(biāo)高31.16m)在枯水季 5月份為 32.66 m,雨季 7月份為 33.36 m,較本段暗渠槽底開挖線31.916～32.070 m高出 0.644～0.58 m(枯水季),雨季1.444～1.290m,為保證施工順利進(jìn)行,必須排水,暗挖段上覆 5條鐵路線,為保證暗挖段施工排水及施工時地面不下沉保證鐵路運輸正常、安全運行,制定出明挖段施工降、排水方案。明挖段采用 1000mm降水井,井底標(biāo)高為 29.00 m,間距為 20 m,沿開挖線交錯布置,詳見圖 2。

圖2 井點降水布置

5.2 暗挖段施工降、排水

暗挖段拱頂位于中粗砂層,洞身隧道的下半部結(jié)構(gòu)已經(jīng)處于承壓水含水層,所以必須進(jìn)行降水,盡可能的使隧道開挖實現(xiàn)無水作業(yè),為避免路基下沉,盡可能減少對地面環(huán)境的干擾。在本段施工中,采用超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖及封堵地下水的辦法,減小水流壓力對邊墻及洞底的影響。超前小導(dǎo)管在邊墻和底部施加,間距為 25cm,每隔 10根不注漿,作為引導(dǎo)地下水的集水孔孔位,排引周圍地下水,減少地下水壓對初期支護(hù)的壓力,并將水排至洞口集水溝排出洞外。(施工時結(jié)合地下水實際情況,調(diào)整集水鉆孔導(dǎo)管的角度)引水孔密度加大,排引地下水。當(dāng)局部降水不理想時,根據(jù)地層具體情況采用超細(xì)水泥或水泥 +水玻璃漿液注漿加固。結(jié)構(gòu)穿越含水透鏡體砂層,局部降水效果不明顯,采用超細(xì)水泥漿液振沖注漿加固,以提高灌入度,保證注漿效果。振沖注漿管采用鋼管制作,絲扣連接,根據(jù)透鏡體范圍和注漿壓力調(diào)整注漿間距,一般按 0.3～0.6 m梅花型布置注漿孔。

注漿管振入深度不小于 6m,注漿實施按水平倒退式分節(jié)段注入,每個節(jié)段后退長度 0.33 m,注漿泵采用雙缸頂推,以提供持續(xù)穩(wěn)定的注漿壓力,嚴(yán)格按照注漿工藝實施,確保注漿效果,必要情況下考慮進(jìn)行超細(xì)水泥 +水玻璃漿液雙液注漿。

6 結(jié) 論

在地下水豐富和流水不順暢的路基地段,采用夯管圍幕施工工藝安全性高,可有效縮短工期,減小了對鐵路行車的影響。但施工工序較為復(fù)雜,施工前需要做好詳盡的施工進(jìn)度和計劃安排。