顶管下穿既有铁路线施工技术应用

韩淑琳

(国能诚信招标有限公司，北京 100161)

0 引 言

近年来，随着我国城市的快速发展，规模不断扩大，城市中的地下管网在供水、供电、供热、供电和排污方面起着非常重要的输送作用，被称作为城市地下生命线工程。而顶管施工是在不对地面进行全断面开挖埋设管线的情况下，通过千斤顶从始发工作井沿预留洞口将管道顶入，紧接顶管后进行管道敷设，不断接长顶入，直至管线贯通至接收井。这种顶管施工技术在下穿既有道路、建筑物过程中对既有构造物无干扰破坏，适应各种地层，在施工过程中安全可靠，表现出极大的优越性与先进性。

与明挖法相比，顶管施工工作面小，地下地质情况不能清楚全面的掌握，外部环境对施工影响较大，在既有铁路列车通行荷载的作用下，顶管范围内的地质环境处于变化的应力环境当中，而且在地层中容易发生不均匀沉降，出现偏差修正难度较大，在外部环境复杂情况下，顶管施工过程难以准确控制，一定程度上影响了顶管施工的质量，因此，本文对顶管下穿既有铁路线施工工艺进行归纳总结，确保既有铁路线的运营安全。

1 工程背景

本项目顶管工程包含给水、通信、电力三种类型，管道内径依次为1.55 m、1.55 m、1.95 m，共计3条钢筋混凝土管道、4个出发井、2个接收井。采用顶管施工下穿铁路与道路，顶管总长为385.5 m。其中，通信管和给水管共用同一出发井、接收井，出发井结构尺寸均为11 m×13 m，接收井结构尺寸为7 m×13 m；电力管井与其相邻，出发井结构尺寸为11 m×7 m，接收井结构尺寸为7 m×7 m。

2 顶管施工关键技术

根据现场地质情况，顶管下穿铁路、道路施工采用土压平衡机械进行顶进作业。土压平衡机械顶管下穿既有线路施工，可不中断交通，顶进施工速度快，地表沉降小，对路面结构影响小等优势，被广泛应用于地下管线顶管施工中。

2.1 工作坑开挖

出发井四周通过设置φ1.25 m、φ1 m钻孔防护桩进行防护，接收井则采用12 m钢板桩进行防护。工作坑开挖采用普通挖掘机+长臂挖掘机方式开挖，挖至基底以上10 cm时由人工开挖，自卸汽车弃土。顶进井采用排木后背，仅靠后背墙安放200 mm×200 mm的方木排木，宽3 m，高3 m，排木外侧立2～4根I40工字钢，在立铁外侧放一根大刚度横铁，千斤顶作用在横铁上。顶进过程中，出发井用以支撑千斤顶的墙壁需具备足够的强度承受千斤顶的反推力。同样，墙壁应平整并与管轴线垂直，以免偏心受压。

2.2 顶进施工

顶进前，先在工作坑底板上安装机械顶管行走的导轨，导轨两侧用工字钢进行焊接固定，并将工字钢另一端端头抵在侧墙上。机械入洞前，需在前进方向的墙壁上装上止水环，以防止地下水流进工作井中。用起重机吊装顶管机，将顶管机放入顶进坑内的导轨上。

在顶管机前端距井壁大约0.3 m时，先把洞口处的墙壁凿掉，然后人工向前挖进大约0.8 m。再将机头慢慢推入洞口中。当刀盘进入孔洞内时，调整止水环的位置，使地下水完全被封闭。开启顶管机刀盘，当土仓压力达到100 kPa时，此时螺旋输送机的土压力也达到70 kPa左右。掘进机刚入土时，由于只受导轨的约束，机头很容易旋转。因此，掘进机在入土后的大约 m的顶进过程中，顶管的顶进速度宜控制在5 mm/min以下，防止掘进机头部整体转动，顶进过程中随时观察掘进机头部倾斜和转动变化，及时校正调整。顶进2 m后，当机头头部不在发生转动时，顶进速度可适当提高。当机头完全埋入土中后，土仓压力宜控制在50～80 kPa，第一段混凝土管反向封闭。

在顶管施工过程中，起减阻作用的泥浆必须同步注入，这是降低顶管过程中的管壁与土的侧摩阻力、提高顶管速度的一项重要施工环节。减阻泥浆由膨润土制备，并通过机头尾端的注浆孔注入，边顶进，边注浆，形成原始浆套。每节管道上设有3个注浆孔，用来持续不断的补充灌浆。

2.3 泥浆置换

顶管施工完成后，需要用水泥和粉煤灰浆将顶推过程中注入的膨润泥浆液替换掉，以将管壁与土层空隙进行填充加固，水泥∶粉煤灰∶水的配合比为1∶3∶5。通过管道内的压浆孔压注，且不少于3次，间隔时间不超24 h。每两节管道编排成一组，两节管道的内部孔道分别作为灌浆和排浆孔两部分。清洗灌浆泵，将吸浆龙头放入浆池，启动注浆，将第1组灌浆孔打开，待出浆孔出浆后，关闭阀门，再将第2组打开，依此类推，直至全线贯通。换浆后，必须进行雷达探测，雷达探测到的孔洞必须用水泥和粉煤灰浆补注填塞。

3 顶管施工问题及防护措施

3.1 管道轴偏过大

顶管施工过程中，如果管道顶进轴线与目标轴线相比，偏差过大时将会造成管道弯曲，管接头损坏，接口渗漏等病害。因此，在顶管施工前，需要认真调研管道通过区域的地质条件，用以指导管线轴偏纠正。纠偏工作应按照多测量，多纠偏的作业方法进行。在顶进过程中，采用同规格千斤顶，通过同步顶推控制系统，使千斤顶的顶推力、行程与速度保持同步一致，顶力的合力线与管道中心线重合。同时，要对顶管后背的施工质量进行严格控制，保证后背不动、且平整，这样才能确保顶管设备的安装精度。

3.2 地面沉降与隆起

如果在顶管结束后，管线两侧的地表发生局部沉降或者隆起。此时，要严格控制顶管轴线的偏差，顶进过程中多测量、多纠偏。顶进过程中，需要准备充足的符合技术标准的润滑支撑介质注入到管壁周围与土层之间的环形空间中去，充当填充作用。施工结束后，用水泥或粉煤灰置换润滑泥浆。

3.3 顶力突然增大

顶进过程中，出现顶力突然增大时，应根据不同的地质条件配制合适的浆液，采用同步注浆法，及时沿线补注足量泥浆，并定期检查泥浆的质量，尤其泥浆中不得含砂。施工前，对设备进行仔细检查。

3.4 管道接口渗漏

为防止管道接头渗水、漏水，必须对管节及接头的密封材料进行严格把关，禁止使用不合格品。严格控制管线轴偏，避免接头不平，降低胶圈的密封效果。下管时，要注意采用橡胶垫保护管口。采用F型插口管材时，应选用质量合格，型号配套的橡胶圈，下管前应加润滑油，安装正确。

3.5 钢筋混凝土管节裂缝

管节纵向和环向有明显裂缝，造成管道渗水、漏水现象时。主要是钢筋混凝土管节质量不合格，进场前需对管节质量严格把控。施工过程中，严格控制管道轴线偏差以及管节所能承受的顶力。在管节运输、吊装过程中采取管垫等保护措施，轻拿轻放。

3.6 顶管前端正面土体坍塌

在顶管过程中， 如遇到地面塌陷情况时， 根据现场实际情况，采取短开挖、勤顶进措施，随时关注土质变化，并向土仓内加泥浆，确保开挖量与顶进量保持相当，以达到仓压力平衡。

4 结 语

本文以顶管下穿既有铁路线施工为工程背景，介绍了土压平衡顶管施工工艺，其中工作井开挖、顶进施工及泥浆置换是整个施工过程中主要施工步骤，对施工关键技术进行了详细的介绍，最后对顶管施工过程中经常遇见的施工问题，如顶管轴偏过大、地面沉降与隆起、顶力突增、管线接口渗漏、管节开裂以及顶管前端正面土体坍塌等施工问题，给出具体的防护措施，可为类似工程提供借鉴与参考。