天津LNG项目输气干线穿越南港铁路工作坑支护施工技术

2018-04-02吴兴政

科技视界 2018年3期

吴兴政

（中石化江苏油建工程有限公司，江苏扬州 225002）

1　工程概况

天津LNG项目输气干线工程在南港铁路（在建，设计时速80Km/h，双线）里程DK25+921.41和DK25+925.84处，D1016与D813天然气管道与铁路交叉，交叉角度分别为 75°26′和 67°53′11″，穿越处需要预埋φ1750 （燃气）-s型和 φ1550 （燃气）-s型两根防护套管，套管顶高程分别为-4.6m～-4.82m，至铁路路基面的距离分别为9.09m和9.31m。铁路南侧工作坑位于645专用线与南港铁路之间，北侧接收坑分别距离南港铁路149m及66m。勘察资料显示，深度20.0m范围内的地基土属第四系全新统人工填土层，陆相沉积层、海相沉积层，稳定水位埋深1.5～1.6m,最大冻土深度 0.7m，标准冻土深 0.6m。

LNG即液化天然气，主要成分甲烷，无色、无味、无毒且无腐蚀性，是一种清洁、高效的能源。随着我国“西气东输”工程的蓬勃开展，国家天然气“十三五”规划、煤改气等引导、规划政策的不断深入与落实，大力推广天然气已成为我国的能源政策。由于我国的天然气资源分布不均匀，西部约占全国陆上天然气资源的87%，为了促进能源结构和产业结构调整，带动东部、中部、西部地区经济共同发展，天然气长距离输送网络干线、连接各地区的支线，工程规模大、投资高，沿途需要穿越项目多，例如穿越公路、铁路、江河等。[1]本工程施工技术为该类项目提供了有效的借鉴和参考。

2　工作坑支护设计

工作坑施工经常由于地下水控制不合理，支护结构选型不科学，施工监测和数据处理不到位等原因，导致施工过程中出现了很多问题，给现场施工操作带来了诸多不便，甚至造成了巨大的经济损失和引发施工安全事故。[2]本工程地下水位较高，渗透性较强，采用双排φ700mm桩长12m水泥搅拌桩作为止水帷幕，搅拌桩的搭接不小于150mm；综合基坑深度，土的性状及地下水条件，基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果，经济指标、环保性能和施工工期等因素，采用φ1000mm桩长20m钢筋混凝土钻孔灌注桩防护，钻孔桩上设置冠梁，高度为 900mm，基坑并采用 I45b双拼钢板桩腰梁及 φ610mm钢管支撑进行支撑。设计要点如下：

（1）搅拌桩止水帷幕要求室内配合比设计 7d无侧限抗压强度Qu≥0.8MPa，完成后渗透系数≤10-6cm/s。钻孔灌注桩及冠梁，混凝土等级为C30，钢筋采用HRB400、HPB300热轧钢筋，钢材、型钢采用 Q235钢、Q345钢。

（2）支护结构最大水平位移≤0.3%Hmm（H为基坑开挖深度），且≤30mm。

（3）工作坑开挖时应分层，分段对称平衡开挖，每层先挖中间土后挖两侧土，每层挖土厚度不宜超过3m，开挖至支撑下500mm后及时架设支撑，在支撑未达到正常使用前，不得超挖下层土方。

（4）工作坑及支护结构施工需要进行营利和变形监测，通过动态信息管理，对监测数据及时处理并反馈以指导施工，发现排桩异常情况应立即做施工处理，防止发生工程事故。

（5）施工前须详细做好沿线地下管物的物探，核实场区地下水情况，将工程影响范围内容挖槽暴露于明面并根据具体情况进行加固、架设、防护并派人看守。

3　施工技术

3.1　水泥搅拌桩施工

3.1.1试验

本工程施工前先根据设计要求进行了室内配合比实验，确定了最佳配合比，然后进行了成桩工艺性试验，确定了各项工艺参数，并报监理单位确定。试验桩每个工作坑2根。

3.1.2施工程序

场地平整→桩机就位→预搅钻进至设计深度→反转喷浆搅拌提升→重复喷射钻进搅拌→重复搅拌提升→成桩完毕、移位。

（1）桩机就位：用白粉放好桩位线后钻机就位，桩位误差不得大于50mm，垂直偏差不得超过1%，桩直径和桩长不得小于设计值。

（2）搅拌下沉：搅拌机冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉，使土搅松，下沉速度由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于10A；如下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。

当搅拌机下沉到一定深度时，按预定掺入比和水灰比拌制水泥浆，并将水泥浆倒入集料斗内备喷。

（3）喷浆搅拌提升：搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵，其出口压力保持0.4～0.6Mpa，使水泥浆自动连续喷入地基，搅拌机边喷浆边旋转边严格按已确定的速度提升，直到设计要求桩顶标高。

（4）重复搅拌下沉：为使以喷入土中的水泥浆与土充分搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边沉入土中直到设计要求深度。

（5）清洗：向已排空的集料斗注入适量清水，开启灰浆泵，清洗管道中残留水泥，直至冲洗干净，同时将搅拌头清洗干净。

（6）移位：重复上述步骤，进行下一根桩的施工。

3.2　钻孔灌注桩施工

本工程采用泥浆护壁钻孔灌注桩，正循环钻机成孔，施工工艺为：确定桩位→护筒制作与埋设→桩机就位→钻孔→注入泥浆→清孔验孔→钢筋笼制作安装→安装导管、二次清孔→水下灌注混凝土→桩头混凝土养护。

（1）护筒的制作与埋设：护筒采用厚 4mm～6mm钢板制作，水中桩节长4m，陆地桩护筒节长2米，内径比设计桩径大20cm。护筒埋设时顶部高出施工地面30cm，高出孔外水位200cm，其中心轴线应正对测量标定的桩位中心。

（2）钻孔：钻机就位后，钻杆中心准确对准孔位中心，底座和顶端保证平稳，待泥浆性能符合要求后开始钻进，轻压慢转数分钟后，逐渐增加转速和增大钻压，并适当控制钻速，正常钻进时，应合理调整和掌握钻进参数，不得随意提动孔内钻具，控制水头高度，并经常测定泥浆性能。钻孔达到要求后采用灌注桩孔径检测系统进行检查

（3）清孔验孔：，钻孔各项指标符合要求后立即进行清孔，重点检查孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重、含砂率、粘度。采用检孔器验孔设备检查孔深、孔径、倾斜度及孔底沉砟厚度，达到要求监理工程师签证后方可进入下道工序。

（4）钢筋笼制作安装：钢筋笼采用加工场集中加工，分段加工，孔口对接，每隔2m设置一组定位钢筋，每组4根均匀设于桩基加强筋四周。汽车吊装，钢筋笼接长安装到位后固定在孔口。

（5）安装导管、二次清孔：试拼、检验、安放导管。利用导管二次清孔，检查孔底沉碴厚度。

（6）水下灌注混凝土：关键控制好首批封底混凝土数量，导管下口埋入混凝土中不小于1m，然后连续进行。整个灌注过程中，及时提升导管，控制导管埋深，导管在混凝土埋深不小于2m。最后浇筑面按高出桩顶设计高程1个直径，保证桩顶混凝土的质量。

3.3　冠梁施工

钻孔桩检验合格后开挖破桩头，绑扎钢筋，经监理检验合格后立模浇筑砼，拆除模板后覆盖洒水养生。

3.4　工作坑支撑

工作坑分层、分段平衡开挖，每层先挖中间后挖两侧，开挖至支撑下500mm后及时设支撑。采用I45b双拼钢板桩腰梁及φ610mm钢管进行，腰梁下采用角钢焊接成三角进行承托，腰梁与排桩的间隙采用C30细石混凝土充填密实。

3.5　洞口地基加固

顶管机头进出洞时，有水泥搅拌桩止水及钻孔灌注桩围护，正常情况能满足顶管机头出洞要求，但本工程由于工程的需要，钻孔灌注桩需要凿除至基坑底部略高于洞口顶部，洞口临空面桩体难以承受地层的土压力，因此进行加固处理。具体加固方案为：在洞口围护桩外圈增加一排水泥土搅拌桩，与围护结构同时施工，该排桩宽度比洞口宽度每边宽1.5m，深度比洞口下沿深4m，施工方法与洞口水泥土搅拌桩类同，如图1所示。

图1　洞口加固示意图

图2　钉型桩布置图

3.6　铁路路基加固

为了保证工后铁路路基基本稳定，顶管及两侧各15m范围内沿南港铁路的地基采用φ500mm桩长18m钉型桩加固，桩间距 1.6m，具体布置见图 2，其中顶管两侧呈正三角形布置，顶管管间呈正方形布置。其中扩大头部分直径1.0m，扩大头长4.0m。

4　施工监测与管理

在基坑工程中，工程的实际工作状态与设计工况往往存在一定的差异，设计值还不能全面、准确的反映工程的各种变化；由于工程的复杂性难从已有的经验中借鉴，也难从理论上找到定量分析、预测方法，需要依赖于施工过程中的现场监测。特别是在基坑出现质量问题或支护结构不稳定时，基坑监测就成了决策者的耳目，时刻指引着基坑施工工作向着安全、稳定的方向发展。

（1）监测的项目：围护桩顶水平位移、钢管支撑轴力，桩身倾斜，水位监测、地面沉降等。

（2）监测的程序：先根据设计要求编制监测方案，布设控制网，设置监测点，施工前测出初始值，施工时根据设计频率观测。

（3）监测的等级及预警报警值：基坑按照安全等级一级监测，地面最大沉降量≤0.10%H，围护结构最大水平位移0.3%H（H基坑开挖深度）的80%时应采取适当措施并加密观测次数；铁路路基沉降值最大3mm。控制值的70%为预警值，80%为报警值。

（4）仪器、观测精度、频率：变形监测采用天宝DNI12高精度电子水准仪，精度0.3mm/km，按一等变形监测精度测设，应力监测采用应变计。监测频率按照设计要求监测，异常时加密监测频率。

（5）信息管理：对监测数据及时处理及时反馈以指导施工。如监测值超出预警值，立即汇报，停止施工，查明原因，制定相应措施后方可施工。