Φ299长大管棚回拖法在穿越高铁路基施工中的应用

【摘要】南昌市新龙岗大道下穿向莆铁路框架桥顶进工程，设计φ299mm管棚长110m，管棚中对中间距50cm，穿越南昌西客站城际场10股道及2组18号道岔，路基覆土厚1.7-2.0m，在传统工艺基础上进行细化改进，采用管棚回拖法施工，保证了高速铁路列车行车安全，并取得了良好应用。

【关键词】长大管棚；回拖法；导向钻孔

浅埋地段长大管棚下穿高速铁路施工属国内同类工程中施工工艺复杂、施工难度较大的工程，受地质条件影响，钻孔回拖法本身施工工艺较复杂，再加上覆土薄，要严格控制路基沉降，防止铁路线路几何尺寸变化，危及列车行车安全，这就要求我们从施工工艺细节入手，尽量减少对路基本体破坏。

1、回拖法施工工艺简介

1.1工艺原理

管棚“回拖法”又称“导向扩孔回拖法”，是指在地表测出管棚轴线，通过导向仪控制钻头沿着轴线钻通管棚位置，再逐级回拖扩孔，过程中水钻泵浆护壁，当孔径达到合适孔径后，再把钢管从导通侧回拖至起始端。

1.2工艺流程

工作准备 →测量放线→泥浆调配→Φ120导向钻孔→Φ180一级扩孔→一级清孔→Φ320二级扩孔→二级清孔→焊管→拉管→结束

2、回拖法施工工艺要点

2.1泥浆配合比

一般地段施工泥浆由水和膨润土拌合就满足要求，但钻孔、清孔过程中造浆、排浆、护壁效果不好，泥浆粘稠度不足，孔内残存干性土体较多，且孔壁粗糙，在清孔、拉管过程中强行挤压孔壁，造成管棚上方覆土隆起、开裂，进而改变上方线路几何尺寸，行成安全隐患。为了增加泥浆粘稠度，在泥浆中加入纤维素及活碱，纤维素，起到很好的增稠、增粘、稳定等作用。活碱增加孔壁润滑作用，两种外加剂和水、膨润土拌合成粘稠度較大的泥浆，以增加井壁颗粒间的胶结力，粘性较大的泥浆渗入孔壁地层中，可以明显增强砂、砾之间的胶结力，以此使孔壁的稳定性增强，起到护壁润滑作用，减小对孔壁周围土体的破坏。现场 总结其配合比（重量比）为，水：膨润土：活碱：钎维素=2500：125：1：0.5，泥浆比重1.05。

2.2 钻头直径及钻头形状

为了减小拉管时未排净泥浆对孔壁的挤压力，就要尽量排净孔内残碴，保证拉管时孔内通畅，对钻头直径及形状做了如下调整：将Φ180mm和Φ320mm二级钻孔，调整为Φ200mm、Φ300mm和Φ360mm三级扩孔。

钻头调整后主要优点有：

（1）分级扩孔减小了单次泥浆排出量，利于清孔；

（2）钻头直径逐级增加减小了钻机扭矩，进而减小了钻头对孔壁周围土体的破坏；

（3）每次清孔总是不能绝对清理干净，增大孔径为残存泥浆留下膨胀空间，减小对孔壁挤压。

为增加最后一次清孔效果，将Φ360mm钻头由原橄榄式中空钻头调整为橄式封闭钻头，两端封闭钻头有利于泥浆排出，降低泥浆残存量，如图1、图2所示。

图1橄榄式中空钻头 图2橄榄式封闭钻头

2.3 扩孔、清孔工艺流程

施工过程中，扩孔、清孔效果可以从孔口泥浆排出量判断，孔口排出的泥浆排出量大、流动性较好说明清孔效果好，反之则清孔不彻底，为此我们对扩孔、清孔工艺做调整，调整后的流程图如图3所示。

2.4 钢管焊接质量及平直度控制

由于场地限制，110m长管棚由多节无缝钢管焊接而成，而本项目由于地形条件限制，部分钢管仅能使用3m钢管，相邻钢管如不能保证平直度，则多节钢管组合轴线必形成一波浪线，如误差多重叠加，甚至形成弓背形，拉管时钢管弓起位置与孔壁接触或顶起，则大大增加拉管阻力，甚至顶起覆土层。为此平直度是焊管重要把控项目，具体处理措施如下：

（1）管棚焊接采用二氧化碳气体保护焊，因二氧化碳气体保护焊效能高、抗锈能力强、焊接变形小、不用清理焊碴等优点，施工中既能保证焊接质量又能保证效率。管棚焊接质量不过关，容易出现管棚拉断现象，在长大管棚施工中如出现管棚拉断现象，钢管在孔内进出都非常困难。

（2）在焊管前，对相应钢管的管口断面进行平整度的测量，管口平整度不合要求的钢管，要对管口进行修边处理，防止焊接后钢管平直度不合要求。

（3）加强焊接过程中钢管平直度检查，钢管对位及点焊固定时用水平尺检查平直度。

2.5 拉管时拉力及拉速控制

在拉管过程中，拉力变动常常是一瞬间的或者是在某一很短时段内，当拉管速度在0.2m/s-0.125m/s时，钻机拉力一般为11Mpa～16Mpa，当拉管速度大于0.2m/s时，拉力会产生突变，由于拉管速度的增大，孔内应力得不到足够的释放时间，很容易对地层造成破坏。同时拉管受到较大的土体阻力时，拉力也会突然增大，这两点如同时发生很难区分，所以高速拉管很容易造成路基覆土隆起变形。所以施工中应以控制拉力为主拉速为辅的原则，具体如下：

（1）拉管速度v控制在0.2m/s以内，且拉管要保证匀速拉管；

（2）选用专业的管棚机械操作员；

（3）派遣专职施工员在现场监控管棚施工拉力及速度；

（4）如发现钻机拉力异常，立即停止施工，组织技术人员分析原因。

3结语

《铁路局客运专线施工维修管理办法》中规定所有影响铁路，客运专线行车设备稳定、设备使用和行车安全的施工、维修、检查、检测等作业，必须在天窗时间内进行，严禁利用列车间隔进行作业。而目前国内薄覆土情况下长大管棚下穿高速铁路施工在国内尚居首例。通过技术改进，加强施工过程监控，实现了管棚施工法在穿越高铁路基工程中的应用，并且不影响线路几何尺寸，保证列车运行安全。

参考文献

[1]《上海铁路局 300～350km/h 客运专线施工维修管理办 法（暂行）》

[2]二氧化碳气体保护焊用户手册

[3]黄敏 章和平 南昌市新龙岗大道下穿向莆铁路工程管棚施工专项方案.2013

[4]冯卫星 岳祖润.机场滑行道下箱涵顶进长大管棚施工方案.铁道建筑技术.2006（5）