一種橫向穿越鐵路線地下管道頂進施工方法與流程

本發明屬于管道施工技術領域，特別是提供了一種橫向穿越鐵路線地下管道頂進施工方法；它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地上建筑物的地下管線施工。

背景技術：

根據市政綜合管線設計圖，共有7條管線穿越大臺鐵路。下穿鐵路施工，對橋體、鐵路的正常運行和周邊既有建筑影響較大，為防止因施工造成橋墩、周邊既有建筑的沉降和傾斜，確保鐵路正常運營需對橋墩、路基進行注漿加固，采用頂管、直埋、暗挖的防護方法，并編制合理的施工方案，確保了施工高效順利的完成。

管線穿越鐵路防護方式和布置情況如下表：

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種橫向穿越鐵路線地下管道頂進施工方法，地下管道頂進施工是繼盾構施工之后而發展起來的一種地下管道施。由于施工場地位于鐵路下方與城市快速路旁，通行車輛多、交通人員流動大、場地狹窄，同時受鐵路線制約。所以采用地下管道頂進施工，既能保護地面已有建筑物，又能節約工程造價。

施工中加強對安全施工的監控力度，最大限度地降低對周邊環境的影響。

進行場地平整，根據現場情況實行控制樁點及水準點加密，并對其進行保護，確保測量數據控制在允許范圍內。豎井等施工鋼架加工成形后應進行試拼，經檢驗合格后方可成批生產，將拼裝偏差、公差、平面翹曲控制在規范允許范圍內。噴射混凝土應分層進行，一次噴射厚度根據噴射部位和設計厚度確定，噴射混凝土表面應密實、平整，無裂縫、脫落、漏噴、空鼓、滲漏水等現象，平整度控制在允許偏差內。鋼筋混凝土后背應考慮作用在后座土體上的應力，頂進力，確定后座寬度和后座高度。安裝導軌應先復核管道中心線的位置，兩導軌應順直、平行、等高、其縱坡應與管道設計坡度一致。兩根導的內距計算：應考慮管外徑、導軌高、混凝土管外皮距軌地面高。根據頂力計算結果選用適宜的千斤頂，根據勘察報告，確定頂管及隧道開挖所處土層。頂力計算考慮管道的外徑(m)；粘性土系數，為保證安全，所有系數均取最大值。頂進測量，在頂第一節管時，以及在校正偏差過程中，測量間隔不應超過規范值，保證管道入土的位置正確。測量采用中心測量、高程測量、激光測量。校正(糾偏)：頂管誤差校正是逐步進行的，可采用超挖糾偏方法和千斤頂糾偏法，以保證頂管位置準確。具體步驟如下：

(1)測量放樣

1)采用經緯儀三角測量定位地面控制樁，

2)通過控制樁用儀器定出井下管道頂進軸線測量儀器的位置，

3)在頂進過程中要經常對頂進軸線的測量，每頂進100～150測量1次，并記錄3次/節管子，頂進軸線的測線與設計軸線一旦發生偏差，要及時采取糾偏措施，減少偏差數值；

(2)鐵路線加固施工(施工流程見圖15)

2)調整枕木

根據橫梁位置調整既有枕木，每隔6根枕木加穿一根3.5m長枕木，為穿工字鋼做準備；施工時所用工具必須做好絕緣措施，防止聯電，同時為防止線路斷軌事故發生，在線路加固前，對施工地點兩側各50m范圍內扣件重新緊固；

3)鋪設扣軌

組裝形式為3-5-3扣軌，43kg/m軌，鋼軌接頭錯開1m以上，道心五扣安裝施工在線路維修天窗內進行，維修天窗點前將鋼軌集中堆放于線外不侵限位置。扣軌與枕木間通過φ22-U型螺栓，扣板及緊固件聯結一起，扣軌擺放好一道，立即進行鋼軌接頭處扣板安裝，防止鋼軌翹起超限，危及行車安全，接頭處扣板安裝完畢后進行剩余扣板安裝，扣軌端部設置梭頭并固定牢靠；

4)穿橫向工字鋼

線路加固施工前將橫梁工字鋼在線路外連接完畢，首先在鋼軌上畫出穿鋼位置標記，穿工字鋼時采用人工配合挖掘機和吊車的方法；橫梁采用145b工字鋼，工字鋼橫梁按照60-120的間距循環布置，工字鋼置于鐵軌之下。為保證線路安全，穿工字鋼時隔六穿一，按順序依次進行，每穿一根工字鋼，立即將梁底石喳搗固密實，橫梁穿插好后，橫梁延伸于抗移樁上，防止線路橫移，工字鋼與鐵軌之間要加塞木板起絕緣作用；

5)安裝縱梁

橫梁穿插好后，按照給定位置在距線路中心2.3m、2.8m處安裝縱梁，線路兩側每側縱梁使用2道145b型鋼，與工字鋼橫抬梁用扣板連接。145b型鋼長度分為12m、6m兩種，連接處錯開，用連接板栓接。縱梁型鋼接頭采用相錯搭接。縱梁的兩端支撐在枕木垛上；

縱梁安裝在封閉點內進行，由于縱梁工字鋼重量較大，由吊車吊至橫梁上，用鋼管和鋼軌滑至指定位置，所以增加了抬運工字鋼人數，抬運過程中由防護人員跟隨，絕不允許在線路中橫向抬移，以免工字鋼脫落造成意外的發生；

(3)工作井地面設施安裝

根據設計圖紙測出圈梁平面位置，人工開挖至圈梁底面設計標高后，按設計綁扎鋼筋，預埋豎井邊墻拐子筋，支立模板澆注混凝土，混凝土強度達到設計要求后，在其上砌高500mm、寬370mm擋水磚墻，內外側砂漿抹面；

1)起吊設施：1號工作井和2號工作井施工現場各放置一輛50t汽車吊車，負責現場管節的吊裝及井下拼接管節時的起重任務；

2)供電設施：根據頂鎬功率配套供電線路；

3)頂管材料：鋼筋混凝土管依次排列在豎井旁的馬道上；

(4：導軌安裝

1)混凝土管應安放在導軌上，以保證混凝土管頂進方向的精度，確保不位移、不變形、不沉降；

2)兩導軌應順直、平行、等高、其縱坡應與管道設計坡度一致；

3)導軌由鋼軌、橫梁和墊板組成，導軌采用50kg/m的鋼軌；

(5)鋼筋混凝土后背

井壁為錨噴鋼格柵結構，通過鋼筋與現澆C25混凝土后背梁連成整體結構。

(6)千斤頂選擇：

根據計算頂力，選用兩臺行程為1.1m單級雙作用活塞式主頂千斤頂(320t)就能滿足要求；千斤頂動力由油泵提供，千斤頂后端通過分壓環將反力均勻作用于工作井后背梁，前端頂進分壓環，頂鐵將頂力傳至管節；分壓環制作具有足夠的剛性，與管端面接觸相對平整，無變形；

(7)管道頂進

1)頂進前破除馬頭門錨噴面，用砂漿將接觸面抹平。頂進開始時，應緩慢進行，待各接觸部位密合后，再按正常速度頂進；

2)在頂第一節管(工具管)時，以及在校正偏差過程中，測量間隔不應超過300mm，保證管道入土的位置正確；管道進入土書面通知后的正常頂進，測量間隔不宜超過1000mm；

3)挖出的土方要及時外運，及時頂進，使頂力限制在較小范圍內。

(8)頂管帷幕注漿

1)頂管洞身位于粉質黏土層中，且地下水位較高，為防止開挖期間地下水流失造成地表沉降以及保證隧道施工安全，隧道開挖前采用超前半斷面封閉預注漿加固土體和止水。注漿范圍為開挖輪廓線以外2m；

2)導管采用普通鋼管，環向布置0.3m一根，管頭為30°錐體，管身設注漿孔，搭接3m。導管布設沖突的地方可適當調整鉆孔位置，局部采用小導管補齊，小導管采用^32鋼管，長度2.5m；

3)一次注漿循環步長為12m，鉆孔采用回轉鉆機成孔，成孔直徑定為50mm，安裝注漿管后，封堵孔壁和管壁間空隙，保證注漿效果。鉆孔順序為：先上后下，先外后內；

(9)沉降監測

1)測點布設

依據《地鐵工程監控量測技術規程》、《建筑變形測量規范》并根據以往的工程經驗，施工監測應與第三方監測共點聯測。初始值采集完成后與施工單位進行交接樁；

擬建管線穿越過程中，在頂管及暗挖穿越進入橋區前每隔10m布設一個地表沉降測點，橋區地表布設三個斷面，測點間距為2m、3m、5m，斷面之間在擬建管線中線上方每隔10m布置一個測點；

2)基準點的設置

基準點(又稱監控點)是沉降觀測起始數據的基本控制點，埋設在沉降影響范圍以外的穩定區域，并且應埋設在視野開闊、通視條件較好的地方。

本發明它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地上建筑物的地下管線施工。

施工時應對對工程概況、總體施工部署、施工管理措施、具體施工方法、施工現場監測等因素做出了充分考慮。同時突出施工的科學性、適用性及針對性，確保了資源的優化配置，施工進度的合理安排。施工工藝和施工技術的特殊要求都進行了合理有效地說明，以指導和確保施工順利完成。

采用地下管道頂進施工，既能保護地面已有建筑物，又能節約工程造價。施工前做好各種宣傳和教育工作，施工中加強對安全施工的監控力度，最大限度地降低對周邊環境的影響。

頂管法施工的優點，除了控制精度高之外，采用頂管法施工還具有以下幾個優點：1、可以穿越障礙物；

2、建設公害少、文明施工程度比開槽施工高；

3、對交通的干擾小，無需隔斷交通；

4、頂進施工比開槽、加固鐵路線施工工期短。

附圖說明

圖1為U型桿示意圖。

圖2為扣板示意圖。

圖3為扣軌斷面圖。

圖4為縱梁工字鋼與橫梁工字鋼連接示意圖。

圖5為鐵路線加固斷面圖。

圖6為工作井、接收井斷面圖。

圖7為導軌安裝示意圖。

圖8為管道頂進斷面圖。

圖9為工作井管道頂進受力示意圖。

圖10為注漿管示意圖。

圖11為一種工作井頂進縱斷面圖。

圖12為另一種工作井頂進縱斷面圖。

圖13為一種監測沉降布點示意圖。

圖14為另一種監測沉降布點示意圖。

圖15為施工流程圖。

圖中，U型桿1、扣板2、工字鋼3、護軌4、縱向工字鋼5、橫向工字鋼6、螺母、墊片7、主軌道8、枕木9、絕緣墊片10、擋水墻11、圈梁12、水平鋼格刪13、鋼筋混凝土后背梁14、底板15、鋼筋混凝土管16、導軌17、枕木18、加強板19、洞口止水環20、環形頂鐵21、弧形頂鐵22、千斤頂23、測量儀24、護口鐵25、加強箍26、注漿孔27、管箍內車絲扣28、管箍外絲扣29、1#工作井30、原有混凝土墻31、原有擋墻32、1#接收井33、原狀土34、現有鐵路35、護坡樁36、2#接收井37、2#工作井38。

具體實施方式

圖1～圖13為應用新型頂進管道的一種具體實施方式。下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1～圖4為現有鐵路線加固示意圖。

圖5～圖11為工作井、接收井、導軌安裝、管道頂進等示意圖。

圖11～圖13為監測沉降布點示意圖示意圖。

1、確定施工關鍵線路

首先進行施工準備工作，其中包括：測量定位放線和場地平整。經驗收合格后進行工作井施工及橋墩加固，施工包括：土方開挖、鋼筋網綁扎、噴射澆筑混凝土和加固注漿及后背制作。最后頂進設備安裝和進行頂進施工。頂進完成后設備撤場及清理驗收。

2、施工具體程序

1)削方平整場地：先進行場地平整，清除地上、地下的一切障礙物。

2)豎井施工

(1)井口圈梁施工

(2)豎井提升裝置：本工作井的提升裝置主要用于提升砼切塊、鋼筋砼管、頂鐵、工具管、豎井及管內土方

(3)工作豎井開挖支護：當圈梁混凝土達到設計強度(C25)后，開始向下開挖土體，土方采用人工挖掘，每榀進尺為40cm，開挖進尺嚴格按設計施工。

(4)豎井馬頭門段施工

(5)在豎井開挖至設計深度后，進行豎井錨噴封底。

(6)施工人員上下通道為爬梯，根據豎井結構尺寸，爬梯寬90cm，坡度為1：1.5，拐角處設休息平臺，豎井型鋼安裝時注意埋設爬梯預埋件。

(7)后背梁：為保證管節頂進期間有足夠的支撐力支撐管節順利頂進，故在管節頂進反向的豎井側壁設置一道通長鋼筋混凝土梁。

3)拆除混凝土通廊切割流程：

(1)拱部切割 (2)側墻切割 (3)底板切割

4)鋼筋拱架、聯結筋及鋼筋網的架立安裝

5)噴射混凝土采用罐式噴射機濕噴工藝

6)初支背后注漿

7)頂管施工

8)施工監測。