锁扣管幕在浅埋暗挖隧道下穿既有铁路中的应用

理财产品阅读 31 2024-12-11 14:36:25

张启中铁二十三局集团有限公司

摘要：浅埋隧道下穿既有铁路路基时，为确保铁路正常运营，在隧道开挖时要重点控制坍塌、地表沉降，在下穿区段采用管幕预加固处理技术，形成超前预支护体系，有效控制和预防地表沉降变形、塌方等不利影响，为隧道安全施工提供保障。基于此，阐述管幕?402mm钢管顶进施工，并介绍其施工方法和质量控制要点，旨在为管幕法施工积累经验。

关键词：管幕预加固;精度控制;沉降控制;钢管顶进;

作者简介：张启（1986—），男，天津人，工程师，研究方向为轨道交通、岩土工程、市政工程。;

0 引言

地铁工程在建设过程中往往要穿越既有铁路、机场等构筑物，管幕工法在地铁穿越既有线中的应用在我国取得了很好的效果。管幕预加固体系的钢管通过锁口连接，并在管外进行注浆，形成整体结构。在下穿该区段时，先对土体进行注浆加固，然后在管幕的保护下，边开挖边支撑。该工法由于管幕的作用，可以显著减少地面沉降，通常可控制在20mm以内。

1 工程概况

新机场线草桥站后折返线暗挖区间左、右线隧道分别在左K43+815—左K43+890、右K43+815—右K43+890处下穿京沪线铁路路基，隧道与铁路整体呈114°斜交，下穿位置隧道覆土厚度约12m。京沪铁路为国家一级铁路，有砟道床，正线双线（上行线、下行线），设计时速120km/h。为确保铁路运营安全，减少地铁暗挖施工对京沪线铁路影响，暗挖穿越施工前，采取沿区间左、右线隧道拱部开挖轮廓外约2m位置，于45°破裂影响线范围内打设?402mm超前管幕，并且对该范围内的京沪铁路路基进行地表深孔注浆。本文重点介绍该工程中?402mm管幕施工经验。

2 施工工艺流程

本次工程所在地地质为砂卵石，采用“管内螺旋出土+导向顶管跟进”的方法，钢管逐根顶入后在隧道拱顶形成密排咬合的扇形管幕结构[1]。管幕采用外径402mm，壁厚20mm的热轧无缝钢管，环向间距460mm，为使钢管间更加牢固，需用锁扣连接。在进行管幕施工时，需采用水泥砂浆对其补偿注浆。具体流程见图1。

图1 管幕施工流程图下载原图

3 施工要点3.1 管幕竖井施工

为便于管幕施工，在铁路北侧空地与区间左、右线正上方分别设置管幕工作竖井，两处竖井平面呈长方形布置，内净空尺寸均为18.44m×5m，开挖深度约14.5m，左、右线竖井距铁路上行线最小水平距离约13.9m。竖井采用倒挂井壁法施工，根据基坑开挖宽度，竖井中间增设3道中隔壁，将竖井横向分四仓进行施工，加强竖井支护刚度，减少地层变形。

管幕施工前，在竖井施工阶段预埋管幕锁扣钢板，钢板位置根据管幕位置进行测量定位，钢板和初支结构采用双面焊接，每块钢板上设置10根C20、L=150mm锚筋，锚筋与钢板采用锚塞焊焊接牢固，相邻钢板通过Y形焊缝焊接[2]。如图2。

图2 竖井管幕位置处钢板布置详图下载原图

3.2 测量定位

由测量人员利用全站仪在施工竖井的墙面上，精确放样出每根钢管的位置，做好标记，用油漆喷出相应的序号。采用人工手持风镐将管幕每根钢管的位置进行破除，破除高度0.45m。

3.3 操作平台搭设及钻机就位

根据管幕的施工范围，搭设对应的操作平台。钻机操作平台采用梁式支架，设有导轨，并且有升降和位移功能。在钢管顶进前，导轨起着导向作用，以保证第一节管按预定的轨迹和标高进入土体。导轨可采用型钢制作，如轨面高程存在偏差，需将偏差控制在3mm以内。钻机操作平台搭设应安全可靠、牢固，防止在钢管顶进过程中发生偏移从而影响管幕的质量和出现安全事故。根据测量放出钢管中心线的位置，对钻机进行调整，千斤顶轴线应垂直于反力墙，并应与顶进钢管轴线平行，调整到位后将钻机固定。

3.4 顶力计算

钢管的总顶力可按照下列公式计算：

式（1)～(2）中：F0为钢管总的顶进阻力标准值（kN);D1为顶进钢管的外径（m)=0.402m;L为设计钢管的顶进长度（m)=45m;fk为钢管外壁与其周围土层之间的平均摩阻力（kN/m2），本次顶管地质为砂卵石，取13kN/m2;NF为钢管顶进的迎面阻力（kN);Dg为先导管外径（m)=0.402m;t为先导管刃片厚度（m)=0.02m;R为开挖工作面单位土体顶进迎面阻力（kN/m2），可根据地质情况取（300～500)kN/m2，本次取400kN/m2。

在设备选择上，使用对施工影响较小的TY-LD600-1250型螺旋顶管机，主顶油缸采用两台1 000kN级油缸，由以上计算可知，所选设备符合施工要求。

3.5 顶进施工

钻机就位后，通过汽车吊将加工好的钢管从地面吊至钻机位置。根据管幕打设顺序，先顶进标准管，再顶进常规管。为避免顶推阻力过大，需控制顶进速度，在焊接钢管时，用靠尺和水平仪来控制精度，采用手工焊打底加半自动焊填充盖面进行对位焊接，以保证钢管的焊接质量。

3.6 管内外注浆

钢管顶进到位管内渣土清理完成后，对管内外及时进行注浆。为防止地表发生微沉降，注浆顺序为先进行管外补偿注浆，然后再灌注管内，并根据现场实际情况及监测数据实时进行调整。

(1）管幕外补偿注浆

利用钢管外侧焊接的注浆管进行补偿注浆，注浆压力需控制在0.3MPa以内，同时注意观察监测数据，如有问题及时调整，确保其符合施工要求。

(2）管内水泥砂浆填充

在管口采用1cm钢板封端（预留灌浆孔和排气孔），然后在管内插入排气管（PPR管），然后通过车载地泵进行管内砂浆填充，在此过程中需注意填充速度。

4 控制要点4.1 导向定位

在螺旋钻杆前端的中心位置和中心位置的2～3cm处分别安装一个激光。先顶进楔形无线导向杆，随后连接相应的螺旋钻杆（螺旋钻杆为中空结构，作为导向激光通道），管幕钢管直接作为螺旋钻杆直径的外套管，通过钻机钻头旋转，同时顶管机的油缸将钢管缓缓顶入土体[3]。管幕机施工时，顶进、螺旋出土同时进行，钻渣通过螺旋钻杆从钢管内螺旋排到孔外。

4.1.1 导向原理

在导向钻头内放置光靶，通过钻机后面的经纬仪和对应的显示器来观测导向钻头的空间位置。先在地层中打一个导向孔，导向孔可保证100%的精度，成孔后将钻进导向孔时使用的导向钻杆留在孔内，螺旋钻杆钻进时，钻杆套在导向杆上进行钻进。

4.1.2 纠偏原理

通过导向钻头内安装的激光装置，直至钻机尾的激光靶，根据激光靶上激光的位置，实时监控导向钻头的轨迹，算出钻头的偏差值。导向钻头前端的楔形板利用土压平衡原理，按照偏离的反方向直接顶进来改变钻进轨迹，从而达到纠偏，确保钻孔精度。纠偏角度最大不得大于1.5°，应控制在0.5°以内。顶进纠偏必须勤测量，多微调。至少要保证后方的激光靶上有一个激光点，若两个激光点都不在激光靶上，应立即进行纠偏[4]。

4.1.3 管幕监控原理

运用导向仪来预导向和预控制钢管顶进的轨迹，根据已顶进钢管的偏差（角度偏差和轴线偏差）情况，对将要顶进钢管的角度及轴线进行调整。顶进钢管需要逆时针转动时，及时在锁扣位置加垫块，以阻止其顺时针偏转。

4.2 标准管顶进

为保证管幕的整体精度要求，标准管的施工精度要严格按照精准导向+全过程监控的原则，采用ABS方式进行顶进。标准管顶入土体前，首先根据设计资料准确复核定位钻机位置。在施工过程中，先顶进导向钻杆，并确保顶进长度和管幕相同，利用监控对其进行监控，如有误差可使用楔形板进行纠偏。在钻进过程中如果遇到较大阻力，可使用灌注减阻液或调节钻机参数，让钻头伸出钢管进行适当的扩底钻进，随后收回钻头进行正常同步顶进。

4.3 锁扣

标注管施工完成后开始顶进相邻的常规管，标准管幕钢管上的锁扣决定了其相邻?402mm管幕钢管的走向，始终保持采用公扣贴母扣方式，同时在钢管补偿注浆管内安装导向仪的探棒。顶进时需注意随时掌握钢管动态，并由其动态来调整楔形板方向，使其精度符合要求。见图3。

图3 管幕连接布置图下载原图

4.4 沉降控制

(1）管幕施工时需要控制出土量，防止因出土量过多而产生塌方。

(2）钢管顶进入既有铁路下方时，需在旋转状态下直接顶进，同时加强监测的次数。

(3）控制顶进速度，开孔端不宜过快，匀速顶进。

(4）结合既有线路基监测沉降值，及时进行补偿注浆。

铁路线路内采用无线全自动化沉降采集系统，共布设沉降监测点120个。采用自带记录程序的数字水准仪进行监测记录，传输至计算机进行分析。管幕施工完成后，各点的累计沉降值均在允许偏差内，部分监测点沉降值如表1。

表1 部分监测点沉降值下载原图

5 注意事项5 注意事项

(1）首节钢管控制前几米管幕的精度，防止偏离预定的轨迹。若偏移量超过允许偏差值，则需将钢管拔出来，重新顶进。施工过程中要随时测量钢管的精度，偏移时及时做出调整。后一根钢管公扣紧贴前一根钢管母扣进行顶进施工，若前一根钢管轨迹有偏移，则后一根钢管锁口的位置要进行微调，以抵消前一根钢管的偏移。

(2）钢管焊接时，两根钢管要用卡套固定住，禁止在接口处出现错缝和轴线偏移。

(3）尽可能减少钢管接头的时间，以免因时间太长而出现“抱管”，导致顶力过大。

6 结语

随着我国现代化城市建设向纵深发展，市政浅埋暗挖隧道施工难度越来越大，为减少对地面构筑物的影响，通常会采用管幕超前支护技术。本文分析了管幕预加固技术，对施工过程中的控制要点、施工流程进行了说明，并提出了一些注意事项。实践证明，这一施工技术安全可行，可为同类工程项目的建设提供参考。

参考文献

[1] 张利铨.浅埋暗挖隧道管幕施工经验[J].海峡科学，2010(9):34-36.

[2] 葛金科.饱和软土地层中管幕法隧道施工方案研究[J].上海公路，2004(1):38-43.

[3] 况勇，朱永全，贾晓云.上海地铁2#线淤泥质地层地铁隧道浅埋暗挖施工技术方案研究[J].岩石力学与工程学报，2006(S1):2946-2951.

[4] 高胜雷.棚盖法平顶暗挖地铁车站施工力学行为研究[D].北京：北京工业大学，2018.

声明：我们尊重原创，也注重分享。有部分内容来自互联网，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如无意中侵犯了哪个媒体、公司、企业或个人等的知识产权，请联系删除（邮箱：glyhzx@126.com），另本头条号推送内容仅代表作者观点，与头条号运营方无关，内容真伪请读者自行鉴别，本头条号不承担任何责任。