管道輸水工程穿越鐵路頂管施工方法

趙 宇

（山西省防汛抗旱指揮部辦公室 山西太原 030002）

0 引言

管道輸水工程施工，由于具有距離長(zhǎng)、范圍廣的特點(diǎn)，施工過(guò)程中很多時(shí)候會(huì)遇到需要穿越鐵路、公路及建筑物等已有設(shè)施的情況，其中最常用的解決方案就是采用頂管穿越施工技術(shù)。特別是鐵路作為涉及國(guó)家建設(shè)和人民出行的“大動(dòng)脈”，安全性必須得到充分保證，在輸水管線必須穿越鐵路時(shí)，頂管施工可以不阻斷鐵路線路運(yùn)營(yíng)，避免開挖施工所帶來(lái)交通干擾。進(jìn)行鐵路頂管施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守鐵路頂管施工規(guī)范要求，確保鐵路線路的安全，從人員管理、施工技術(shù)、設(shè)備配置等方面全過(guò)程控制施工。

1 工程概述

我省某管道供水工程管道鋪設(shè)需穿越太焦線鐵路某段，該處為單線、直線地段，無(wú)縫線路，屬于鐵路正線，車速高，車流量大。線路鋼軌規(guī)格為60鋼軌，軌枕為Ⅱ型鋼筋混凝土枕，線路縱坡為12‰，坡長(zhǎng)1 000 m，高路堤路段，兩側(cè)路基高度9.0 m左右。頂管采用DN2400鋼筋混凝土管，壁厚230 mm，單管長(zhǎng)2.0 m。設(shè)計(jì)頂管總長(zhǎng)度106 m，管中心與鐵路中心線夾角正交90°，管頂至鐵路軌底距離11.50 m。管涵斷面圖見(jiàn)圖1。

圖1 管涵斷面圖

工作坑位于線路東側(cè)，采用大開挖方式，工作坑坑壁采用鋼軌及木板樁支護(hù)，工作坑基礎(chǔ)采用三七灰土及道渣處理，頂進(jìn)采用鋼軌滑道，后背采用鋼軌樁與普通木枕組合后背，分配梁采用鋼筋混凝土分配梁。

鐵路線路架空加固采用單線縱向連續(xù)架空。鐵路線路加固前先要慢行，加固后要對(duì)線路進(jìn)行全面檢查，必須符合軌道施工的有關(guān)要求；施工完畢后，恢復(fù)線路，階梯提速。

工作坑開挖及頂進(jìn)前施工單位必須提前與鐵路電務(wù)及通信部門取得聯(lián)系，詳細(xì)調(diào)查地下光電纜情況，地下光電纜在施工前需人工挖探挑出，采用槽鋼防護(hù)后才可進(jìn)行施工作業(yè)。

2 施工方案

2.1 施工前準(zhǔn)備工作

1）首先，根據(jù)管徑大小、管道的用途、施工場(chǎng)地的地理性質(zhì)等一系列因素選擇頂進(jìn)方法，對(duì)施工組織設(shè)計(jì)尤其是在頂管穿越鐵路線路時(shí)的專項(xiàng)保護(hù)方案進(jìn)行全面、細(xì)致的研究、分析和審查，特別注意無(wú)縫線路為防止在架空頂進(jìn)期間線路跑道，在線路架空之前必須對(duì)無(wú)縫線路進(jìn)行應(yīng)力放散。

本處工程為管道輸水，在山前傾斜平原中通過(guò)，地形較緩，供水管道采用DN1400×12 mm Q235B螺旋焊鋼管，頂管采用內(nèi)徑DN2400×23 mm鋼承口柔性接口鋼筋混凝土圓形防護(hù)套管，頂管標(biāo)高滿足輸水管道排水要求及自然地面埋深不小于1 m控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件軌頂至管頂填土厚度11.50 m，防護(hù)套管總長(zhǎng)度按《鐵路安全管理?xiàng)l例》中鐵路線路安全保護(hù)區(qū)的范圍，即從路堤坡腳向外的距離不小于15 m進(jìn)行設(shè)計(jì)，且保證頂管進(jìn)出口在坡率1∶1.5的坡腳以外，故總長(zhǎng)設(shè)計(jì)為106 m。

2）設(shè)備與操作人員是工程質(zhì)量控制的關(guān)健因素，確保進(jìn)場(chǎng)的每種材料符合設(shè)計(jì)要求，重點(diǎn)檢查頂管鋼承口尺寸大小、防腐處理及產(chǎn)品質(zhì)量合格證。頂管采購(gòu)成品管，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用JC/T640－2010《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》，頂管要求達(dá)到裂縫荷載為217 kN/m，破壞荷載為326 kN/m，所能承受最大頂力為11 000 kN；頂管設(shè)備應(yīng)檢查合格后方可進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，施工機(jī)械如吊車要做到專人負(fù)責(zé)、持證上崗、分工明確，責(zé)任到人。

3）對(duì)測(cè)量樁點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)。主要對(duì)施工單位測(cè)放的工作井和頂管軸線及標(biāo)高坐標(biāo)、高程進(jìn)行復(fù)核、復(fù)測(cè)，以確保輸水管線可以和套管順利銜接。

2.2 施工階段

2.2.1 電纜防護(hù)

工作坑開挖及頂進(jìn)前，施工單位必須提前與鐵路電務(wù)及通信部門取得聯(lián)系，開挖深溝探明光纜、電纜的位置、數(shù)量及埋置深度，本處工程鐵路左側(cè)路基坡腳及路肩上有1條埋地電纜及4條光纜通過(guò)，光纜和電纜在施工前需人工挖探挑出，采用混凝土槽防護(hù)后進(jìn)行施工作業(yè)，施工期間派專人巡回看護(hù)，確保光纜安全，施工完成后光纜和電纜按原路徑回埋。

2.2.2 工作坑施工

1）工作坑尺寸的設(shè)計(jì)

工作坑尺寸的設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)要求及頂管操作技術(shù)要求決定。平面圖見(jiàn)圖2。

圖2 工作坑平面圖

a、工作坑的寬度

式中：B——工作坑寬度；

D——頂進(jìn)管節(jié)的外徑尺寸；

b——工作坑內(nèi)安好管節(jié)后兩側(cè)的工作空間，本工程采用每側(cè)0.8 m。

本工程的頂管直徑為D2400，因此，工作坑的寬度尺寸為B＝2400＋2×800＝4 000 mm。

b、工作坑底的長(zhǎng)度

式中：L——工作坑底部開挖長(zhǎng)度；

L1——管節(jié)長(zhǎng)度，取2.0 m；

L2——頂鎬機(jī)長(zhǎng)度，取1 m；

L3——出土工作長(zhǎng)度，取1.5 m；

L4——后背墻的厚度，取0.5 m。

因此，確定本工程工作坑的底部長(zhǎng)度尺寸為L(zhǎng)＝2＋1＋1.5＋0.5＝5 m。見(jiàn)圖3。

c、工作坑的深度

工作坑的深度由設(shè)計(jì)高程和基礎(chǔ)底板的厚度決定，本處工程取深度為4 m。

2）工作坑挖土

工作坑采用反鏟機(jī)挖土，用自卸汽車運(yùn)土。為不影響道路交通，應(yīng)隨挖隨裝隨運(yùn)。

圖3 工作坑剖面圖

3）工作坑基礎(chǔ)

修建工作基礎(chǔ)的目的是防止地基下沉，導(dǎo)致管子頂進(jìn)位置產(chǎn)生偏移。因此本工程采用C20鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

4）工作坑的支護(hù)

由于本工程的管道埋設(shè)較深，且土質(zhì)情況較差，因此，本工程工作坑開挖邊坡采用噴錨混凝土進(jìn)行防護(hù)，工作坑底設(shè)置匯水坑。工作坑的開挖需根據(jù)土質(zhì)情況，一般每挖1 m深度，護(hù)壁一次。如遇卵石或滲水性質(zhì)的土層，開挖0.5 m深護(hù)壁一次?；炷磷o(hù)壁厚度根據(jù)土質(zhì)情況而定，一般井口上護(hù)壁厚20 cm，下護(hù)壁逐漸加厚，并加鋼筋網(wǎng)。

2.3 管線頂進(jìn)

2.3.1 頂進(jìn)設(shè)備的選擇

本工程根據(jù)頂力計(jì)算，并結(jié)合實(shí)際情況，采用工作頂力為500 t活塞式雙作用液壓千斤頂。千斤頂布置采用單列式。頂進(jìn)時(shí)著力點(diǎn)位置在管子全高的1/4～1/5之間比較合適。千斤頂與管子之間采用頂鐵傳送頂力。頂鐵用型鋼焊拼成各種結(jié)構(gòu)的傳力形式，根據(jù)安放位置和傳力作用不同，用橫鐵和立鐵組合。

2.3.2 下管

挖土之前應(yīng)先下管，并做好以下幾項(xiàng)工作：

1）檢查管子。下管前應(yīng)先對(duì)管子進(jìn)行外觀檢查，主要檢查管子有無(wú)破損及縱向裂縫；端面要平直；管壁無(wú)坑陷或鼓泡，管壁應(yīng)光潔。檢查合格后的管子方可用起重設(shè)備吊到工作坑的導(dǎo)軌上就位。

2）檢查起重設(shè)備。起重設(shè)備經(jīng)檢查、試吊，確認(rèn)安全可靠方可下管。下管時(shí)工作坑內(nèi)嚴(yán)禁站人。當(dāng)距導(dǎo)軌小于50 cm時(shí)，操作人員方可進(jìn)前工作。

2.3.3 管子就位

第一節(jié)管放到導(dǎo)軌上，測(cè)量管子中心及前端和后端的管底高程，確認(rèn)安裝合格后方可頂進(jìn)。第一節(jié)管作為工具管，頂進(jìn)方向與高程的準(zhǔn)確，是保證整段頂管質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，必須認(rèn)真對(duì)待此項(xiàng)工作。

2.3.4 頂進(jìn)

本處工程頂管采用平坡頂進(jìn)，頂進(jìn)長(zhǎng)度46 m，直埋長(zhǎng)度60 m，采用1臺(tái)500 t的液壓千斤頂作為主頂。頂進(jìn)開始時(shí)，先緩慢進(jìn)行，待各接觸部位密合后，再按正常速度頂進(jìn)。套管每頂進(jìn)一段距離后，需要放置頂鐵，施工中要保持頂進(jìn)設(shè)備千斤頂產(chǎn)生的頂力和頂鐵與管線防線一致，確保管件能夠垂直受力。頂進(jìn)若發(fā)現(xiàn)有油路壓力突然增高，應(yīng)停止頂進(jìn)，檢查原因經(jīng)過(guò)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)，回鎬時(shí)，油路壓力不得過(guò)大，速度不得過(guò)快。

頂進(jìn)過(guò)程中，挖土?xí)r嚴(yán)禁欠挖、超挖，挖土應(yīng)自上而下進(jìn)行，在鐵路道床下挖土不能超過(guò)管件以外10 cm，在道床以外部分挖土不得超過(guò)30 cm，并且做到隨挖隨頂，避免塌方，管件周圍上部容許超挖厚度為1.5 cm，下部135°圓弧范圍內(nèi)禁止超挖。每次開挖前均要由開挖負(fù)責(zé)人全面檢查后開始，開挖長(zhǎng)度由技術(shù)人員及工地負(fù)責(zé)人根據(jù)土質(zhì)情況而定，當(dāng)列車通過(guò)時(shí)應(yīng)提前停止挖土和頂進(jìn)，工作人員從管內(nèi)撤出，保證安全。挖出的土方要及時(shí)外運(yùn)，及時(shí)頂進(jìn)，使頂力限制在較小范圍內(nèi)。

2.4 測(cè)量控制

在套管頂進(jìn)過(guò)程中，測(cè)量控制非常重要，本工程使用激光經(jīng)緯儀從始至終要進(jìn)行測(cè)量，頂進(jìn)第一節(jié)管件時(shí)，每頂進(jìn)0.3 m后立即對(duì)高程和中心線進(jìn)行測(cè)量，頂進(jìn)正常后，每頂進(jìn)0.5 m測(cè)量一次，控制管件的方向和高低滿足設(shè)計(jì)要求，發(fā)現(xiàn)存在偏差后立刻進(jìn)行糾正。

同時(shí)派專人檢查線路，測(cè)量鋼軌沉降位移，注意道路情況，并做好觀察記錄，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)匯報(bào)處理。

2.5 其他注意事項(xiàng)

禁止在油管附近及頂鐵區(qū)域跨越、停留，禁止在后背處站人，停頂后方可進(jìn)行換頂鐵等作業(yè)。

頂進(jìn)過(guò)程中一旦遇到下列情況之一時(shí)，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，迅速采取措施處理完善后，再繼續(xù)頂進(jìn)：頂管前方發(fā)生坍塌或遇到土質(zhì)變化；后背發(fā)生傾斜或變形無(wú)法繼續(xù)發(fā)揮作用；頂鐵發(fā)生扭曲變形現(xiàn)象；管件位置偏差過(guò)大且校正無(wú)效；頂力超過(guò)管口容許承受能力后損害。

頂進(jìn)長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，必須安裝通風(fēng)裝置并保證通風(fēng)機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保管內(nèi)空氣良好，避免發(fā)生安全事故；在有水的環(huán)境中要設(shè)置水坑及排水設(shè)施，降水期間密切觀察出水情況，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)泥沙渾濁水立即停止降水，查明原因處理后恢復(fù)抽水。

2.6 安全控制措施

2.6.1 線路加固及恢復(fù)

主要控制扣軌及縱橫梁的安裝和拆除，注意防止聯(lián)電（在線路加固時(shí)，穿插工字鋼時(shí)，用膠墊將鋼軌與工字鋼隔離）、侵占線路、傷人，頂進(jìn)結(jié)束后要及時(shí)對(duì)線路進(jìn)行恢復(fù)。

2.6.2 施工監(jiān)測(cè)

1）頂進(jìn)過(guò)程中派專人觀測(cè)線路及路基的變化，發(fā)現(xiàn)安全隱患及時(shí)采取措施解除。重點(diǎn)對(duì)鐵路周圍進(jìn)行觀測(cè)，檢查路基、軌面、橋面及橋墩是否有變形、開裂、下沉等。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)停工檢查，找到原因，采取可靠安全措施后方可再行動(dòng)工，保證鐵路的絕對(duì)安全。

2）后背可能發(fā)生滑移時(shí)必須及時(shí)監(jiān)控，頂進(jìn)過(guò)程中要求現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)后背進(jìn)行觀察測(cè)量，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)采取措施補(bǔ)救。

3）嚴(yán)格控制管件頂進(jìn)時(shí)的偏差位移，由專業(yè)人員指導(dǎo)挖土，杜絕超挖。安排技術(shù)人員采用測(cè)量?jī)x器對(duì)頂進(jìn)方向及時(shí)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正。

4）恢復(fù)線路通行時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)安全負(fù)責(zé)人和有關(guān)防護(hù)人員要掌握放行列車條件，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立刻通知駐站聯(lián)絡(luò)員停止列車，馬上組織人員進(jìn)行搶修。

2.7 汛期施工

由于施工在汛期，施工單位已積極聯(lián)系當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)了解天氣情況，做好了防護(hù)措施防止工作坑內(nèi)進(jìn)水、停電等情況的發(fā)生，以免影響正常的工程進(jìn)度，確保工程施工質(zhì)量都能達(dá)到業(yè)主提出的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

編制施工組織設(shè)計(jì)時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)排水設(shè)施規(guī)劃，做到現(xiàn)場(chǎng)排水設(shè)施暢通，保證雨天施工道路暢通，并配備必要的防雨、排水設(shè)施。為現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備、材料堆放地搭設(shè)防雨棚，在材料倉(cāng)庫(kù)內(nèi)作好防雨、防潮處理。

在此期間，要隨時(shí)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。加強(qiáng)雨期施工中對(duì)安全薄弱環(huán)節(jié)的檢查和施工薄弱地段的防護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著水利工程建設(shè)進(jìn)程的加快，頂管技術(shù)能夠減少管道施工對(duì)鐵路線路運(yùn)營(yíng)的影響，在水利工程特別是管道輸水工程中體現(xiàn)出更大的優(yōu)越性，更加方便快捷推動(dòng)工程建設(shè)的順利進(jìn)行。