管幕法框架施工下穿既有线对接既有涵技术研究

李少先

（中铁二十五局集团有限公司 广东广州 510600）

1 引言

随着我国建设行业高速发展，涉及交叉、上跨、下穿甚至相互穿插的工程项目越来越多。管幕法由于地层变形控制好、不影响地面交通、施工安全性高，被广泛采用。本文结合佛山大沥河东中心路下穿隧道工程，通过对支护、支撑、对接原涵洞方案进行研究，制定出下穿既有线铁路框架涵现浇施工方案，确保了营业线安全运行，并与既有下埋框架涵精准对接。

2 施工总体步骤

佛山大沥河东中心路下穿隧道及引道工程位于佛山市南海区大沥镇。11＃框架中心里程位于贵广南广高铁三眼桥L1线K0＋297处。框架净宽13.5 m，净高6.7 m，边墙宽1.2 m、长15.5 m。9＃～10＃现浇框架与贵广铁路同步实施完成。贵广铁路已于2014年12月正式运营。由于高铁联络线L1提前接入广州站，无法按原设计进行11＃框架施工，现将原设计11＃框架现浇施工调整为直径900 mm管幕门式防护，分段现浇。框架与铁路位置关系如图1所示［1］。

图1 框架与铁路位置关系

3 管幕法框架涵施工技术

3.1 施工工艺流程

管幕法框架涵施工工艺流程如图2所示。

图2 管幕法框架涵施工工艺流程

3.2 注浆加固及线路架空

加固施工分为路基固化、L1线路加固。路基固化采用注浆法，注浆范围为L1联络线、南广左线路基管幕施工范围外10 m。南广左线注浆固化深度为路基机床以下6 m，L1联络线路基基床以下12 m［2］。L1联络线采用D16＋D24＋D24＋D16钢便梁加固，采用枕木垛及P50钢轨对线路按3-5-3形式扣轨加固。施工C30混凝土支墩，两孔跨框架钢便梁支墩采用人工挖孔桩基础，中间桩设置在新建11＃框架两幅之间。

（1）注浆加固路基

注浆前探明所有地下管线，进行避让。根据施工放样的点位，钻机吊运到位后调整钻机使其符合垂直和水平度要求。制浆、注浆设备同步进行安装，注浆管线需满足使用需要且保障注浆管口压力［3］。根据配比设计现场配置浆液，严格控制水灰比，搅拌时间控制在5 min左右，搅拌结束后将水泥浆置入存浆罐中［4］，并不断进行人工复搅，避免浆液沉淀。

按照规定位置钻孔至设计深度，进行正式注浆前，在现场不同地质的注浆段落，选取2～3个桩位进行试注浆。结合设计要求，对注浆参数、设计注浆孔距进行验证调整，水泥浆应一次连续压入不得中途随意停顿。

（2）人工挖孔桩施工

在慢行＋封锁施工条件下施作桩基，挖孔作业由人工从上而下逐段采用掘进工具进行，一般地段以1.0 m为一施工段，易坍地层以0.5 m为一施工段。遇到坚硬土层或岩石时采用风镐破碎，挖出弃渣及时运出线路路基外。挖孔桩护壁采用C30混凝土，砼现场拌制，护壁混凝土厚度为15 cm，每施工段下口处混凝土厚度同样为15 cm［5］。桩基施工完成后，5处支墩同步实施。

（3）线路架空

D型便梁适用于既有线路或站场的桥涵施工，在不中断行车的情况下，具有运输和拆装方便的特点。L1联络线利用D型钢便梁架空，保证线路正常运营，同时避免后期框架施工沉降叠加超标影响正常使用［6］。

首先提前不少于一周对轨道应力进行释放，在线路之间清理一条D型便梁摆放凹槽，按670 mm间距确定每根轨枕的具体位置，人工将横梁穿至枕木间。用吊车将纵梁吊至联络线线路边的走行轨上，再人工拨移至挡墙侧，在指定位置缓慢落下纵梁，调整好位置和标高。纵梁吊装就位后，根据实际纵梁位置人工撬拨调整横梁位置，纵梁对称布置于挖孔桩中心位置两侧，待纵梁垫稳撑牢之后，安装连结板S4及牛腿，并设置纵横向限位装置。线路按每一列一检查，做好记录，确保安全。安装使用200 t汽车吊配合人工进行，如图3所示。

图3 D型便梁安装

3.3 管幕工作井

工作井基坑采取钻孔桩＋3道内支撑支护，桩顶设置冠梁，桩外设3排φ700＠500 mm双轴搅拌桩止水帷幕。钻孔桩设置为φ1 250＠1 500 mm，桩间挂设镀锌铁丝网。工作井沿竖向分层开挖，分层高度按2 m为一个阶段。开挖过程中观察工作井四周土层变化，监测路基和轨道等情况；工作井井壁若有渗水现象，及时进行疏水，观察渗水流量和水质变化，必要时采取注浆封堵、加固以保持工作井壁稳定。开挖结束后施作反力墙混凝土结构，反力墙表面应平整，千斤顶受力范围内垂直度允许偏差为 1／200。

3.4 管幕顶进施工技术

3.4.1 管幕布置

本工程采用小型盾构机管幕顶进施工。框架顶面及两侧使用φ900×16 mm热轧无缝钢管作管幕超前支护。框架顶部管幕长为23 m（36根），框架侧面管幕长为21 m（24根），壁厚16 mm，净间距按10 cm布置。沿平行于框架方向将φ900×16 mm的钢管水平打设在土体里，相邻管幕之间用角钢锁扣连接，管幕外侧设注浆管［7］。

3.4.2 顶进设施安装

导轨采用两根型钢制作加工，以便定位和支撑顶进钢管。千斤顶轴线垂直于反力墙，并与顶进钢管轴线平行，液压千斤顶着力点垂直位于管幕断面直径的1／4处。千斤顶后座与反力墙贴紧，与顶管轴线垂直。千斤顶安装不平行度不得超过3 mm，垂直方向不得大于2 mm。

本工程选用铁建重工盾构机，是具备清障功能的特种管幕掘进设备。盾构机主要部件在工厂组装调试后，运往施工现场，采用吊装方式现场拼装。盾构机和管线连接完毕后，进行空载调试，并根据实际测得参数进行校核［8］。空载调试设备正常后，进行盾构机负荷调试，检查各种管线及其密封设备的负载能力。

3.4.3 盾构机始发

（1）准备工作

盾构机首次始发是整个管幕顶进最关键工序，在始发之前必须做好以下几项准备工作：

①盾构机托架和反力架安装。盾构机托架是盾构机的始发“基座”，必须确保位置准确无误，才能保证盾构机进入预留洞口位置的精确度。反力架为盾构机掘进提供反力支撑，反力架必须牢固安装。

②端头加固。为避免盾构机始发阶段由于刀盘对既有稳定土层的扰动导致端头位置坍塌或漏水等意外情况，必须对始发端头进行加固，同时到达端头也必须进行加固处理。根据始发和接收端各影响因素综合分析，需选用不同的加固措施。

③洞门密封。采用帘布橡胶和折叶式压板有效密封洞门。

（2）管幕顶进

①启动设备推动盾构机顶进，切削的土体进入钢管，通过小型托运机配合人工转运至管幕工作井土箱后吊运至地表。

②钢管在工作台导轨上完成管节对接焊接工作，管节对接焊接需满足相关要求。

③顶进过程中根据地质条件，适当调整千斤顶推力保证平稳推进，按预定方向准确掘进。

④管幕顶进精度由导轨安装精度、顶进施工测量、顶管机激光测量导向及三级预警机制保证。

（3）全面复核

首管顶进到位全面复核管道预设位置，确保管道密贴两端部支撑横梁，且轴线偏位不超过10 cm，否则重新调整，以保障后续管道能够顺利就位。

3.4.4 注浆及混凝土填充

管幕顶进到位后，在顶部位置向下开孔，侧面位置管幕向左右两边开孔，进行注浆处理。管幕内及时进行C30自密实微膨胀混凝土填充，以加大管幕纵向刚度，并避免管幕局部出现应力集中。

3.5 开挖支护及框架施工

左右框架涵分幅施工，先拆（移）除10＃框架围护桩及反压土堆。单幅开挖宽度为17.2 m，分两台阶先中后侧4步开挖。施作HW175型钢钢架，喷18 cm厚C25混凝土［9］。开挖支护形式如图4所示。

图4 开挖支护形式（单位：cm）

（1）分台阶开挖①、②部，同时逐步施作初期支护和中隔壁临时支护，架立框架钢架并接长临时钢架，架设水平横撑，复喷混凝土至设计厚度。

（2）分台阶开挖③、④部，靠管幕侧采用钢板与管幕焊接［10］。

（3）开挖端部的底部位置，临时中隔壁钢架喷射混凝土，保留底部临时钢支撑，灌注V部底板混凝土。

（4）监控量测支护收敛稳定后拆除临时支撑，分次浇筑侧墙Ⅵ部及顶板Ⅶ部混凝土，循环完成主体施工。

3.6 回填注浆

框架现浇完成后，强度达到设计强度100%且防水层制作完成后方可进行涵顶、涵背回填施工。采用C20混凝土进行框架涵顶、涵背回填，分层填筑、振捣密实［11］。监测沉降量稳定后拆除L1联络线加固D型钢便梁，恢复线路。

4 关键技术要点

（1）监控量测

变形监测是现场判定支护结构、线路稳定安全性的重要依据。本施工过程必测项目包括净空变化、隧顶下沉、铁路路基沉降、挡墙变化、轨道沉降、基坑稳定、钢架内力等。现场根据监测值对支护参数、施工进展进行动态调整，根据监控量测结果确定既有线路捣固次数、开挖进尺、注浆压力等，以最大限度减小地层变形。

监测频率根据施工进展情况确定，配备满足观测精度和量程要求的设备，且应具有良好的稳定性和可靠性。

（2）管幕顶进精度控制

管幕顶进横纵向共分4段落，每段落首管顶进都需严格控制精度，确保到达预定位置，为支撑整体稳定提供保障。首管就位顶部确保密贴两端混凝土支墩，侧面顶进端紧贴框架，末端紧顶原支护桩，后续管道通过锁扣定位定向、依次实施。通过精准高程平面控制、激光测量导向和过程调整，确保框架空间精确，否则可能会引发支撑沉降、净空不足、漏水等现象发生［12］。

（3）加固注浆

路基注浆需控制注浆质量、过程压力，避免注浆不足出现局部松软，同时注浆压力不能过大，防止出现地表鼓胀现象。注浆通过不同地质试注和孔周围取芯检查，保障注浆整体加固质量。顶管管体调整引起的土体扰动、隧道开挖发现的漏注、第一榀临时支撑结构完成以及框架回填都需及时对路基或管幕周围进行注浆补强，最大程度保障线路下方是一个稳定“空间”。

5 结束语

针对河东中心路下穿隧道框架施工，采取多重加固支护形式，借鉴既有线路架空D型便梁施工技术、地铁管幕施工技术，利用隧道法施工新建框架涵与原铁路线路下方未完通道精准对接，达到框架涵顺利接长、线路稳定要求，为类似工程提供成功实例。