顶管隧道的发展与施工技术

李永永

（山西吕梁建设有限公司，山西 吕梁 033000）

顶管隧道的发展与施工技术

李永永

（山西吕梁建设有限公司，山西 吕梁 033000）

顶管隧道是公路与铁路构成立体交叉的一种特殊构造物，特别是公路与铁路立交经常采用，文章介绍了顶管隧道的发展史及顶进涵洞常用的施工方法、工作坑和滑板作用及制作技术。

隧道顶管；发展；施工技术；滑板

1 概述

顶管隧道是公路与铁路构成立体交叉的一种特殊构造物，是在不中断原有铁路交通的情况下，确保铁路交通能照常安全运营；不影响或较小的影响列车车速的一种构筑立体交叉的方式，是把在路线一侧基坑内预制好的钢筋混凝土箱涵，用顶进的施工方法穿越铁路的过水涵洞、水渠以及矿山排洪沟等。

在原有铁路线下用顶进法建造箱涵式地道桥的施工方法，是在20世纪60年代前后发展起来的。最早的顶进涵洞是德国于1957年初在奥芬堡市的铁路线下，顶进宽2.5 m、高2.4 m的盒式钢筋混框架人行通道。后来又在德国的阿伊梅洛台茵车站下，用顶进箱涵的方式建造宽度达15.25 m，高度为4.5 m的地下通道。采用先顶入两头的桥台，然后在桥台之间的上方和线路下面，顶进顶板结构，构筑成框架桥式地下通道。

英国于1960年采用激光方式制导推进方向并开发了机械挖掘方式建造地下隧道。1976年日本国铁等单位开发的URT（Under Railway Tunnelling）是一种采用钢管护顶作为永久结构对待，使得地道桥上方的覆盖土为最小厚度，所使用的钢管断面是梯形或椭圆形的刚度较大的中空箱型单体。从路线的垂直方向水平压入路基下面，作为横梁支承线路荷载，而横梁线路上的荷载则支撑在与线路平行的主梁上。1977年有开发了PCR工法（Prestressed Concrete Roof），即预应力混凝土顶盖工法的简称。用预应力混凝土中空方型断面梁，沿横断线路方向水平地逐根压入铁路路基下面，以承受线路上的荷载。

我国最早采用顶进法施工的立交箱涵地道桥，是天津市政工程部门，他们于1966年用顶进法先顶进3座箱型桥墩，然后在3座桥墩的上方水平顶进两块桥面板（板的上方覆盖土为1.0m），再挖去板面下墩与墩之间的土体，最后浇注底板，组成框架式地道桥。该地道桥穿过8股铁路线，总长近60 m，横断面的内部净空为：宽（2+5.5+5.5+2）m，高 4.05 m（边孔）和 4.2 m（中空），后来又相继完成了其他几座地道桥。20世纪70年代后开始广泛应用，尤其在华北、西北和一部分中原地区，设计并施工了不少箱涵，箱涵的断面形式也由单孔、双孔及三孔的一次顶进，发展到用组合成分离式双孔、三孔等不同形式。还改良了顶进设备和工艺，较少设备的功率，达到节省投资的目的，由单一的“顶”演变到对顶、拉顶、牵引等多种方式，在采用中继千斤顶设施后大幅度地降低了传到后背上的反顶力，把顶力减少到相当低的程度。

2 顶进箱涵的施工

2.1 工作坑

工作坑是顶进工程水位基地，箱涵的预制、养护和顶进的开始等工序，都是在工作坑内完成的，必须安置好这个基地，才能保证箱涵的安全顶进和正确就位。

虽然工作坑是仅供施工阶段使用的临时性建筑物，在箱涵顶进工程结束后就失去作用，但是对工作坑的重要职能决不可轻视，因为它决定了施工期间工程的安全性及可靠性。

工作坑的位置，通常选择在既不妨碍公路交通，又便利顶进工程材料、设备的运入以及土方外运的地方。工作坑可能用放坡开挖，其边坡应在1∶1～1∶1.5之间，并且要保证其上角与铁路最外侧的一根轨道距离不小于2.5 m，也可以借板桩维护坑壁进行开挖。坑内四周要设置排水明沟和集水渠，坑内放入潜水泵等抽水设备，以便及时排除工作坑的积水，使地下水位保持在坑底以下50～100 cm。

2.2 滑板

滑板的用途主要是在箱涵预制时作为施工垫层，在箱涵顶进起动时作为与基底层的隔离层，确保箱涵结构在混凝土浇筑过程中不产生不均匀的沉降，防止箱涵起动时基垫底面下的土体滑动，以及起导向作用等。

滑板式顶进施工的临时设备，除应具有一定的强度外，还要有相当好的平整度，在有润滑剂的隔离层作用下，使箱涵十分容易起动，能脱离滑板的黏着向前推移。平整度、光洁度越好，推进的顶力越能大幅度地减少，因此滑板必须满足以下要求：①有足够的刚度和稳定性；②表面要达到一定的平整度；③底部要按构造要求，设置一定数量的横肋，其方向与箱涵前进方向相垂直，间距为3～4 m，以便增加滑板底部的抗滑能力；④对平坡顶进的箱涵，滑板面应按0.3%～0.5%的上坡设置坡道，以便消除在顶进过程中的一部分“下叩”值；⑤为防止箱涵左右偏移，可在箱涵的外侧5～10 cm处等距离设置方向墩，以便控制箱涵的平面偏移。

3 滑板的形式及分类

根据顶进的实际需要和施工现场的取材难易程度，尽量做到经济、牢靠。其结构形式通常有以下两种：

3.1 滑板与后背梁分离式

这种滑板的受力特点是靠近后背梁一端受力最小，而沿着顶进方向在箱涵尾部滑板承受的拉力逐渐增大，从工程实际来看，在起动顶进时，滑板的断面位置一般出现在箱涵尾部附近。

3.2 滑板与后背梁为整体式

这种滑板承受的拉力沿顶进方向逐渐减少，断裂可能出现在滑板和后背梁连接处。为了保障滑板和后背梁的整体性，应该把滑板中的钢筋伸到后背梁中并加以锚固。

3.2.1 混凝土滑板

用15～20号混凝土浇注成20～25 cm厚的滑板，在混凝土底部铺设10～15 cm厚的道渣或碎石即可。在地基强度中等的地区，一般可采用这种滑板。

3.2.2 钢筋混凝土滑板

涵洞顶进工程处于地质条件差、承载强度低的软土地基时，应用钢筋混凝土结构滑板，有两种形式：

（1）滑板与后背梁为分离式结构时，滑板顶面可以布置构造钢筋，钢筋规格为φ8～φ10 mm，间距（纵横）可取20 cm左右。

（2）滑板和后背梁为整体式结构时，在整个滑板长度上的钢筋布置可分成2～3个区段，靠近后背梁的一个区段，钢筋用量按实际计算数量放置中间区段，钢筋用量可减少1/3，到第三个区段，可再减少1/3，但减少的数量不得少于构造配筋量。钢筋直径不宜大于16 mm，尽量选用φ10 mm左右的钢筋，间距以20 cm，左右为宜。

3.2.3 干砌块石滑板

对易于取得石块的地区，可采用干砌块石滑板，砌筑完毕后，上面铺一层10 cm厚的素混凝土，并压平抹光。

3.2.4 白灰土、三合土滑板

在北方土质较好、干燥，又不受地下水影响的地区，为了节省投资，先用白灰土夯实，上面再铺设厚度2～5 cm的粗砂，即筑成白灰土滑板。还有采用石灰、黏土、煤渣等配制的三合土，经夯实、整平后即筑成三合土滑板。

3.2.5 利用旧钢轨铺设的滑板

在工作坑内，经强夯压实、整平、铺设20～25 cm碎石道渣后，铺设旧枕木（间距取50 cm），沿着滑板纵向按25 cm间距铺设旧钢轨，轨间间隙充填石灰。煤渣或三合土并夯实，按轨顶标高抹平，上面涂刷石蜡、机油作为润滑隔离层，即筑成滑板。

设置润滑隔离层的目的是在于减少摩阻力。润滑隔离层有润滑剂和隔离层两部分组成。通常使用的润滑剂有黄油、机油、石蜡和滑石粉等。虽然石蜡效果较好，但价格较贵，且在施工时受气温影响较大，当前用的较多的是机油和石蜡以1∶3的比例调制而成的润滑剂，使用时操作也较简单方便。隔离层的材料有塑料薄膜和油毡纸等，前者应用比较方便，只需要一层塑料薄膜覆盖在涂过润滑剂的滑板上面即可。

Top Pipe Tunnel's Development and Construction Technique

Li Yongyong

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U455.7

A

1000-8136(2011)05-0008-02

李永永，男，1981年4月4日出生，山西离石人，2005年7月毕业于中央广播电视大学公路与桥梁专业，助理工程师。