顶管穿越古城煤矿铁路专项施工方案

赵 鹏

（山西泽城西安水电有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

辛安泉改扩建工程屯留县供水配套工程，位于山西省屯留县境内，涉及屯留县路村乡、上村镇，年供水能力2 659万m3。本工程主管线需穿越潞安集团古城煤矿铁路专用线1处，铁路宽12 m，设计采用顶管工艺施工。本工程为工业供水工程的给水主渠道，采用DN 700球墨铸铁管铺设，穿铁路时采用直径1 200 mm钢筋混凝土管作为套管顶进，顶进管长度为2 m/节，顶进长度不小于62 m，即不少于31节。为避免顶进时不毁坏铁路路基，并根据工地的实际情况，顶进管设于铁路路基以下3 m，顶进坑离铁路25 m。

屯留县西部地区为古生界三迭系长石砂岩、石英砂岩及泥岩；中西部丘陵区为古生界二迭系页岩、砂岩，底部夹煤层；东部平川区为新生界第四系细砂、泥灰岩、赤色土、黄土及近代冲积层。顶管段穿越地层主要为红粘性土，地下水位埋深较深，本项目施工不受地下水影响。

2 施工工艺技术

2.1 技术参数

顶管长62 m，埋深9.5 m，穿越古城煤矿宽12m的铁路专用线；顶进井、接收井上部采用大开挖方式，坡比1∶1.5。顶进井尺寸为6.5 m×4.5 m×5 m（长×宽×深），深度5 m处设一马道，宽2 m，顶进井底部2.0 m工作坑，采用直墙垂直开挖。顶管后背墙为高2.5 m、宽2.2 m、厚5 cm的钢板及两层轨道枕木，枕木尺寸为16 mm×22 mm×250 mm。接收井尺寸为13 m×4.5 m×5 m（长×宽×深），深度5 m处设一马道，宽2 m（此工作坑主要是为在顶管内安装DN 700球墨铸铁管所用）。

图1 穿铁路管道安装示意图

2.2 工艺流程

顶管施工作业在顶进坑内进行，操作坑内的顶进后背，采用钢板、枕木结合的方式，油压千斤顶产生动力，后背提供反作用力，推动混凝土管向土体切入，管内的土用小车运至顶进坑处，再提升至地面，边出土边顶进，当顶管顶入土内不大于1/2根时，接另一根，直至顶入长度达到设计要求。

穿铁路管道安装示意图见图2。

3 施工方法

3.1 测量放线

找准原点，测量放线。

3.2 顶进坑土方开挖

穿铁路段的地下水位埋深较大，不涉及排水问题。土方开挖过程中，由人工配合机械进行边坡修整，坡比为1∶1.5，开挖至建基面前，预留20 cm厚的土方人工开挖，开挖至设计底高程后，采用电夯对原基进行压实。

3.3 后背墙钢板安装

后靠背是给千斤顶提供反作用的构造，在施工中后靠背要保持稳定，一旦后靠背出现松动或被破坏，顶管施工就要停止。后靠背允许偏差：垂直度0.1%H（H为后靠背的高度）；水平扭转度0.1%L（L为后靠背的长度）。

后靠背表面要平直，并垂直于顶进管道的轴线，与坑壁土体墙面贴紧，并用砂石料将空隙填塞密实，底部在顶进坑底以下，不宜小于50 cm，油缸的着力中心高度不小于后背高度的1/3，不大于后靠背高度的1/2。

3.4 顶进设备安装

3.4.1 导轨的安装

两导轨应顺直、平行、等高，顶进坑入土处纵坡，按管道设计坡度进行施工，当管道坡度＞1%时，导轨可按平铺设置。

导轨安置允许偏差：轴线位置允许偏差为3 mm；顶面高程允许偏差为0～3 mm；两轨内距允许偏差为±2 mm。

导轨安装牢固后，底板的两侧用垫有钢板的槽钢或方木与坑壁顶紧，防止下管时轻微碰撞，导致导轨中心与管轴线有太大的偏差。

3.4.2 顶进油缸安装

顶进油缸采取规格一样、对称分布的液压驱动活塞式双作用油缸。顶管工程由于每处顶进的管径不同、顶进长度不同，根据所需的顶力，分别选用适宜的油缸，千斤顶宜固定在支架上，要求与管道中心线垂直对称，保证合力的作用点在管道中心的垂线上。根据其顶进力对称布置的要求，通常选用2、4、6偶数组合。见图2。

图2 主顶千斤顶布置示意图

3.4.3 顶铁的安装及使用

安置后的顶铁轴线，应与管道轴线平行、对称，顶铁与导轨之间不能有杂物、污垢。顶铁的允许联接长度，应根据截面尺寸下料。当采取截面为20 cm×30 cm的顶铁时，单行顺向长度不得大于1.5 m；双行顺向长度不得大于2.5 m，且应在中心加横向顶铁相联。顶铁管口之间应采取缓冲料衬垫，当顶力接近管节料的允许抗压强度时，管端应增添U形或环形顶铁。

3.4.4 混凝土套管安装

安放套管最主要的是将管下铺垫物找平，在套管下方平行铺设四根枕木（全部卧于碎石中），宽度为2.5 m。要求四根枕木必需在一个平面。枕木必须夯实，以保证足够承受套管的重量而保持不下沉，具有较好的稳定性。

3.5 顶管施工

将钢筋混凝土管道下到导轨上，装好顶铁，检测混凝土管道的轴线和管底标高是不是满足设计规定。

管道顶进过程中，工具管的中心和高程测量应满足手工掘进的工具管进入土层时，每顶进30 cm，量测一次。管道进入土层后，正常顶进，每顶进100 cm，量测不少于一次；纠偏时，增加量测频次。全段顶完后，应在每一个管节接口量测其轴线位置和高程，有错口时，要测相对高差。

为了防止钢筋混凝土管道在顶管中错口，管节漂移，在顶进的前三节管中应加内衬钢环，用槽钢将前三节管子连为一体。

管道顶进，应延续施工，在管道顶进过程中，如碰到障碍、后背墙变形严重、顶铁产生扭曲现象、管位误差过大且校正无效、顶力大于管端的允许顶力等情况时，应停止顶进，及时采用应变技术措施，并向有关部门报告。当顶进施工停止时间较长，为了避免开挖面的松动或坍塌，对掌子面进行正面支撑或全部封闭。

本工程顶管挖土采取人工开挖，装运土小车运至顶进坑内，由吊车吊运至坑外，再装自卸汽车运至弃土场或管道回填区。采用24 h不间断施工，期间停止时间超过6 h，若设备发生故障，应及时更换备用设备。顶进距离较长时，采用混凝土管外壁涂蜡，以降低顶进时的阻力。

施工中将24 h延续作业，采取人工挖土，先开挖小于混凝土管外径的洞体，量测轴线找点修整，然后进行高程量测，满足设计要求时，再进行顶进施工。修整时，下方135°内不得超挖、空挖，上方超挖不得大于20 mm。

3.6 顶管接口处理

采取钢筋混凝土管时，其管节未进入土层前，接口外侧应垫麻丝、油毡或木垫板，管口内侧应留有10～20 mm的缝隙；顶紧后两管间的缝隙宜为10～15 mm。管节入土后，管与管接口处安置内胀圈，管节接口位于内胀圈的中部，并将内胀圈与管道之间的空隙用木楔塞紧。

3.7 注浆与接缝施工

顶进施工完成后，立即用1∶1配比的水泥浆，注浆处理外缝，用高压管道把注浆机和顶进管道的注浆孔连接起来，最大压力不能超过0.3 MPa，把管壁外部和土体之间的缝隙填满。

然后打压，把管壁缝内，用钢丝刷清刷、擦拭、清洁后，按设计要求抹聚硫密封膏，并用水泥砂浆抹平；灌浆孔也按照上述办法，等管缝干燥后，把聚脲防水涂料涂抹光滑，涂层厚度为1.5 mm。也可采用机器喷涂。内缝要按照设计要求，抹聚硫密封膏，然后用砂浆抹平，最后用聚脲防水涂料，把管缝刮涂平整即可。

4 结语

通过选定合理的技术参数、工艺流程、施工方法等，在不影响古城煤矿铁路专线正常运行的情况下，既保证了穿越古城煤矿铁路顶管施工高质量完成，也保障了辛安泉改扩建工程屯留县供水配套工程施工的质量和安全，又保证了施工工期。