管幕法框架施工下穿既有線對(duì)接既有涵技術(shù)研究

李少先

（中鐵二十五局集團(tuán)有限公司 廣東廣州 510600）

1 引言

隨著我國(guó)建設(shè)行業(yè)高速發(fā)展，涉及交叉、上跨、下穿甚至相互穿插的工程項(xiàng)目越來(lái)越多。管幕法由于地層變形控制好、不影響地面交通、施工安全性高，被廣泛采用。本文結(jié)合佛山大瀝河?xùn)|中心路下穿隧道工程，通過(guò)對(duì)支護(hù)、支撐、對(duì)接原涵洞方案進(jìn)行研究，制定出下穿既有線鐵路框架涵現(xiàn)澆施工方案，確保了營(yíng)業(yè)線安全運(yùn)行，并與既有下埋框架涵精準(zhǔn)對(duì)接。

2 施工總體步驟

佛山大瀝河?xùn)|中心路下穿隧道及引道工程位于佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)。11?？蚣苤行睦锍涛挥谫F廣南廣高鐵三眼橋L1線K0＋297處?？蚣軆魧?3.5 m，凈高6.7 m，邊墻寬1.2 m、長(zhǎng)15.5 m。9＃～10?，F(xiàn)澆框架與貴廣鐵路同步實(shí)施完成。貴廣鐵路已于2014年12月正式運(yùn)營(yíng)。由于高鐵聯(lián)絡(luò)線L1提前接入廣州站，無(wú)法按原設(shè)計(jì)進(jìn)行11?？蚣苁┕ぃF(xiàn)將原設(shè)計(jì)11?？蚣墁F(xiàn)澆施工調(diào)整為直徑900 mm管幕門式防護(hù)，分段現(xiàn)澆?？蚣芘c鐵路位置關(guān)系如圖1所示［1］。

圖1 框架與鐵路位置關(guān)系

3 管幕法框架涵施工技術(shù)

3.1 施工工藝流程

管幕法框架涵施工工藝流程如圖2所示。

圖2 管幕法框架涵施工工藝流程

3.2 注漿加固及線路架空

加固施工分為路基固化、L1線路加固。路基固化采用注漿法，注漿范圍為L(zhǎng)1聯(lián)絡(luò)線、南廣左線路基管幕施工范圍外10 m。南廣左線注漿固化深度為路基機(jī)床以下6 m，L1聯(lián)絡(luò)線路基基床以下12 m［2］。L1聯(lián)絡(luò)線采用D16＋D24＋D24＋D16鋼便梁加固，采用枕木垛及P50鋼軌對(duì)線路按3-5-3形式扣軌加固。施工C30混凝土支墩，兩孔跨框架鋼便梁支墩采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，中間樁設(shè)置在新建11＃框架兩幅之間。

（1）注漿加固路基

注漿前探明所有地下管線，進(jìn)行避讓。根據(jù)施工放樣的點(diǎn)位，鉆機(jī)吊運(yùn)到位后調(diào)整鉆機(jī)使其符合垂直和水平度要求。制漿、注漿設(shè)備同步進(jìn)行安裝，注漿管線需滿足使用需要且保障注漿管口壓力［3］。根據(jù)配比設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)配置漿液，嚴(yán)格控制水灰比，攪拌時(shí)間控制在5 min左右，攪拌結(jié)束后將水泥漿置入存漿罐中［4］，并不斷進(jìn)行人工復(fù)攪，避免漿液沉淀。

按照規(guī)定位置鉆孔至設(shè)計(jì)深度，進(jìn)行正式注漿前，在現(xiàn)場(chǎng)不同地質(zhì)的注漿段落，選取2～3個(gè)樁位進(jìn)行試注漿。結(jié)合設(shè)計(jì)要求，對(duì)注漿參數(shù)、設(shè)計(jì)注漿孔距進(jìn)行驗(yàn)證調(diào)整，水泥漿應(yīng)一次連續(xù)壓入不得中途隨意停頓。

（2）人工挖孔樁施工

在慢行＋封鎖施工條件下施作樁基，挖孔作業(yè)由人工從上而下逐段采用掘進(jìn)工具進(jìn)行，一般地段以1.0 m為一施工段，易坍地層以0.5 m為一施工段。遇到堅(jiān)硬土層或巖石時(shí)采用風(fēng)鎬破碎，挖出棄渣及時(shí)運(yùn)出線路路基外。挖孔樁護(hù)壁采用C30混凝土，砼現(xiàn)場(chǎng)拌制，護(hù)壁混凝土厚度為15 cm，每施工段下口處混凝土厚度同樣為15 cm［5］。樁基施工完成后，5處支墩同步實(shí)施。

（3）線路架空

D型便梁適用于既有線路或站場(chǎng)的橋涵施工，在不中斷行車的情況下，具有運(yùn)輸和拆裝方便的特點(diǎn)。L1聯(lián)絡(luò)線利用D型鋼便梁架空，保證線路正常運(yùn)營(yíng)，同時(shí)避免后期框架施工沉降疊加超標(biāo)影響正常使用［6］。

首先提前不少于一周對(duì)軌道應(yīng)力進(jìn)行釋放，在線路之間清理一條D型便梁擺放凹槽，按670 mm間距確定每根軌枕的具體位置，人工將橫梁穿至枕木間。用吊車將縱梁吊至聯(lián)絡(luò)線線路邊的走行軌上，再人工撥移至擋墻側(cè)，在指定位置緩慢落下縱梁，調(diào)整好位置和標(biāo)高?？v梁吊裝就位后，根據(jù)實(shí)際縱梁位置人工撬撥調(diào)整橫梁位置，縱梁對(duì)稱布置于挖孔樁中心位置兩側(cè)，待縱梁墊穩(wěn)撐牢之后，安裝連結(jié)板S4及牛腿，并設(shè)置縱橫向限位裝置。線路按每一列一檢查，做好記錄，確保安全。安裝使用200 t汽車吊配合人工進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 D型便梁安裝

3.3 管幕工作井

工作井基坑采取鉆孔樁＋3道內(nèi)支撐支護(hù)，樁頂設(shè)置冠梁，樁外設(shè)3排φ700＠500 mm雙軸攪拌樁止水帷幕。鉆孔樁設(shè)置為φ1 250＠1 500 mm，樁間掛設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)。工作井沿豎向分層開挖，分層高度按2 m為一個(gè)階段。開挖過(guò)程中觀察工作井四周土層變化，監(jiān)測(cè)路基和軌道等情況；工作井井壁若有滲水現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行疏水，觀察滲水流量和水質(zhì)變化，必要時(shí)采取注漿封堵、加固以保持工作井壁穩(wěn)定。開挖結(jié)束后施作反力墻混凝土結(jié)構(gòu)，反力墻表面應(yīng)平整，千斤頂受力范圍內(nèi)垂直度允許偏差為 1／200。

3.4 管幕頂進(jìn)施工技術(shù)

3.4.1 管幕布置

本工程采用小型盾構(gòu)機(jī)管幕頂進(jìn)施工。框架頂面及兩側(cè)使用φ900×16 mm熱軋無(wú)縫鋼管作管幕超前支護(hù)?？蚣茼敳抗苣婚L(zhǎng)為23 m（36根），框架側(cè)面管幕長(zhǎng)為21 m（24根），壁厚16 mm，凈間距按10 cm布置。沿平行于框架方向?qū)ⅵ?00×16 mm的鋼管水平打設(shè)在土體里，相鄰管幕之間用角鋼鎖扣連接，管幕外側(cè)設(shè)注漿管［7］。

3.4.2 頂進(jìn)設(shè)施安裝

導(dǎo)軌采用兩根型鋼制作加工，以便定位和支撐頂進(jìn)鋼管。千斤頂軸線垂直于反力墻，并與頂進(jìn)鋼管軸線平行，液壓千斤頂著力點(diǎn)垂直位于管幕斷面直徑的1／4處。千斤頂后座與反力墻貼緊，與頂管軸線垂直。千斤頂安裝不平行度不得超過(guò)3 mm，垂直方向不得大于2 mm。

本工程選用鐵建重工盾構(gòu)機(jī)，是具備清障功能的特種管幕掘進(jìn)設(shè)備。盾構(gòu)機(jī)主要部件在工廠組裝調(diào)試后，運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，采用吊裝方式現(xiàn)場(chǎng)拼裝。盾構(gòu)機(jī)和管線連接完畢后，進(jìn)行空載調(diào)試，并根據(jù)實(shí)際測(cè)得參數(shù)進(jìn)行校核［8］?？蛰d調(diào)試設(shè)備正常后，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)負(fù)荷調(diào)試，檢查各種管線及其密封設(shè)備的負(fù)載能力。

3.4.3 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)

（1）準(zhǔn)備工作

盾構(gòu)機(jī)首次始發(fā)是整個(gè)管幕頂進(jìn)最關(guān)鍵工序，在始發(fā)之前必須做好以下幾項(xiàng)準(zhǔn)備工作：

①盾構(gòu)機(jī)托架和反力架安裝。盾構(gòu)機(jī)托架是盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)“基座”，必須確保位置準(zhǔn)確無(wú)誤，才能保證盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入預(yù)留洞口位置的精確度。反力架為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)提供反力支撐，反力架必須牢固安裝。

②端頭加固。為避免盾構(gòu)機(jī)始發(fā)階段由于刀盤對(duì)既有穩(wěn)定土層的擾動(dòng)導(dǎo)致端頭位置坍塌或漏水等意外情況，必須對(duì)始發(fā)端頭進(jìn)行加固，同時(shí)到達(dá)端頭也必須進(jìn)行加固處理。根據(jù)始發(fā)和接收端各影響因素綜合分析，需選用不同的加固措施。

③洞門密封。采用簾布橡膠和折葉式壓板有效密封洞門。

（2）管幕頂進(jìn)

①啟動(dòng)設(shè)備推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)，切削的土體進(jìn)入鋼管，通過(guò)小型托運(yùn)機(jī)配合人工轉(zhuǎn)運(yùn)至管幕工作井土箱后吊運(yùn)至地表。

②鋼管在工作臺(tái)導(dǎo)軌上完成管節(jié)對(duì)接焊接工作，管節(jié)對(duì)接焊接需滿足相關(guān)要求。

③頂進(jìn)過(guò)程中根據(jù)地質(zhì)條件，適當(dāng)調(diào)整千斤頂推力保證平穩(wěn)推進(jìn)，按預(yù)定方向準(zhǔn)確掘進(jìn)。

④管幕頂進(jìn)精度由導(dǎo)軌安裝精度、頂進(jìn)施工測(cè)量、頂管機(jī)激光測(cè)量導(dǎo)向及三級(jí)預(yù)警機(jī)制保證。

（3）全面復(fù)核

首管頂進(jìn)到位全面復(fù)核管道預(yù)設(shè)位置，確保管道密貼兩端部支撐橫梁，且軸線偏位不超過(guò)10 cm，否則重新調(diào)整，以保障后續(xù)管道能夠順利就位。

3.4.4 注漿及混凝土填充

管幕頂進(jìn)到位后，在頂部位置向下開孔，側(cè)面位置管幕向左右兩邊開孔，進(jìn)行注漿處理。管幕內(nèi)及時(shí)進(jìn)行C30自密實(shí)微膨脹混凝土填充，以加大管幕縱向剛度，并避免管幕局部出現(xiàn)應(yīng)力集中。

3.5 開挖支護(hù)及框架施工

左右框架涵分幅施工，先拆（移）除10?？蚣車o(hù)樁及反壓土堆。單幅開挖寬度為17.2 m，分兩臺(tái)階先中后側(cè)4步開挖。施作HW175型鋼鋼架，噴18 cm厚C25混凝土［9］。開挖支護(hù)形式如圖4所示。

圖4 開挖支護(hù)形式（單位：cm）

（1）分臺(tái)階開挖①、②部，同時(shí)逐步施作初期支護(hù)和中隔壁臨時(shí)支護(hù)，架立框架鋼架并接長(zhǎng)臨時(shí)鋼架，架設(shè)水平橫撐，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

（2）分臺(tái)階開挖③、④部，靠管幕側(cè)采用鋼板與管幕焊接［10］。

（3）開挖端部的底部位置，臨時(shí)中隔壁鋼架噴射混凝土，保留底部臨時(shí)鋼支撐，灌注V部底板混凝土。

（4）監(jiān)控量測(cè)支護(hù)收斂穩(wěn)定后拆除臨時(shí)支撐，分次澆筑側(cè)墻Ⅵ部及頂板Ⅶ部混凝土，循環(huán)完成主體施工。

3.6 回填注漿

框架現(xiàn)澆完成后，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%且防水層制作完成后方可進(jìn)行涵頂、涵背回填施工。采用C20混凝土進(jìn)行框架涵頂、涵背回填，分層填筑、振搗密實(shí)［11］。監(jiān)測(cè)沉降量穩(wěn)定后拆除L1聯(lián)絡(luò)線加固D型鋼便梁，恢復(fù)線路。

4 關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

（1）監(jiān)控量測(cè)

變形監(jiān)測(cè)是現(xiàn)場(chǎng)判定支護(hù)結(jié)構(gòu)、線路穩(wěn)定安全性的重要依據(jù)。本施工過(guò)程必測(cè)項(xiàng)目包括凈空變化、隧頂下沉、鐵路路基沉降、擋墻變化、軌道沉降、基坑穩(wěn)定、鋼架內(nèi)力等?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)監(jiān)測(cè)值對(duì)支護(hù)參數(shù)、施工進(jìn)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果確定既有線路搗固次數(shù)、開挖進(jìn)尺、注漿壓力等，以最大限度減小地層變形。

監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)施工進(jìn)展情況確定，配備滿足觀測(cè)精度和量程要求的設(shè)備，且應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）管幕頂進(jìn)精度控制

管幕頂進(jìn)橫縱向共分4段落，每段落首管頂進(jìn)都需嚴(yán)格控制精度，確保到達(dá)預(yù)定位置，為支撐整體穩(wěn)定提供保障。首管就位頂部確保密貼兩端混凝土支墩，側(cè)面頂進(jìn)端緊貼框架，末端緊頂原支護(hù)樁，后續(xù)管道通過(guò)鎖扣定位定向、依次實(shí)施。通過(guò)精準(zhǔn)高程平面控制、激光測(cè)量導(dǎo)向和過(guò)程調(diào)整，確保框架空間精確，否則可能會(huì)引發(fā)支撐沉降、凈空不足、漏水等現(xiàn)象發(fā)生［12］。

（3）加固注漿

路基注漿需控制注漿質(zhì)量、過(guò)程壓力，避免注漿不足出現(xiàn)局部松軟，同時(shí)注漿壓力不能過(guò)大，防止出現(xiàn)地表鼓脹現(xiàn)象。注漿通過(guò)不同地質(zhì)試注和孔周圍取芯檢查，保障注漿整體加固質(zhì)量。頂管管體調(diào)整引起的土體擾動(dòng)、隧道開挖發(fā)現(xiàn)的漏注、第一榀臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)完成以及框架回填都需及時(shí)對(duì)路基或管幕周圍進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)，最大程度保障線路下方是一個(gè)穩(wěn)定“空間”。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)河?xùn)|中心路下穿隧道框架施工，采取多重加固支護(hù)形式，借鑒既有線路架空D型便梁施工技術(shù)、地鐵管幕施工技術(shù)，利用隧道法施工新建框架涵與原鐵路線路下方未完通道精準(zhǔn)對(duì)接，達(dá)到框架涵順利接長(zhǎng)、線路穩(wěn)定要求，為類似工程提供成功實(shí)例。