采用大孔徑管棚支護下穿高速公路施工技術(shù)

荀 賀 健

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

采用大孔徑管棚支護下穿高速公路施工技術(shù)

荀 賀 健

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

結(jié)合工程實例，介紹了下穿高速公路施工技術(shù)，從大孔徑管棚支護下高速公路施工技術(shù)、管棚支護結(jié)構(gòu)形式及管徑選擇、管棚具體施工方案等方面進行了論述，指出采用大孔徑管棚支護下穿高速公路施工技術(shù)可以滿足工程施工質(zhì)量的要求，具有良好的推廣前景。

大孔徑管棚支護，下穿高速公路，施工技術(shù)

0 引言

目前我國城市及道路交通建設(shè)有很大的發(fā)展勢頭，其中高速公路占有重要地位，施工時，其主體完工后就會涉及到很多后續(xù)工程，而后續(xù)工程往往需要下穿一些建筑物和道路，這就需要在施工過程中做好防護工作，以減少對周圍環(huán)境、建筑物的沖擊和破壞，有必要做好施工前的防護工作。

1 下穿高速公路施工技術(shù)

高速公路直接開挖的施工方法本身存在一定的局限性，表現(xiàn)在下穿建筑物時會對周圍環(huán)境造成一定影響，同時也會給居民日常生活帶來困擾，因此需要采用一種新的施工技術(shù)和方法來解決這一問題。目前有兩種施工方法作業(yè)時對周圍環(huán)境影響較少，一種是頂管法暗挖施工，另一種是盾構(gòu)法施工。其中盾構(gòu)法在隧道及地鐵建設(shè)工程中應(yīng)用比較廣泛，相比之下，大孔徑管棚支護施工應(yīng)用則不多，原因是：高速公路管棚施工須充分考慮不同管間的連接性和止水性；管棚支護施工完成后，工程澆筑及內(nèi)部開挖等處可能會出現(xiàn)一定程度的沉降，給高速公路施工增加了困難。

目前我國一些高速公路施工中所使用的大管棚支護法主要用于以下施工中：小型管線施工；孔徑不大且覆土層厚的隧道施工。需要下穿施工的技術(shù)應(yīng)用，其要求是管頂上面覆土層厚度約為1.5 m～2 m，且須保證高速公路可以正常運營。滿足這種條件時即可選用頂管法管棚支護非明挖施工技術(shù)進行施工。

某市下穿高速公路工程概述。該工程位于某市在DK65+183.30處下穿高速公路，橋與高速公路斜交呈35°角；高速公路在該工程施工處共有十個車道，在車道外加左右幅匝道，橋梁總長87橫延米；該處高速公路日均流量比較大，交通狀況復(fù)雜，通過考察得出結(jié)論，不可選用明挖法下穿高速公路施工。該工程地處丘陵地帶，土表層風(fēng)化嚴(yán)重，上層砂粘土基本承載力為230 kPa，土層下風(fēng)化花崗巖基本承載力為260 kPa。

2 大孔徑管棚支護下高速公路施工技術(shù)

2.1 管棚支護結(jié)構(gòu)形式及管徑選擇

該工程鐵路在下穿高速公路時，受條件限制，所采用的是規(guī)格為(17×8.5)m的框架方式(如圖1所示)。管棚上面的鋼管要放在相同的層面上，且不能損壞現(xiàn)有公路路面構(gòu)成，還不能使用常見的拱形結(jié)構(gòu)；另外，使用門式構(gòu)造可節(jié)省大量資源。在注漿時，管棚根據(jù)情況采取自上而下的水平方法施工，管徑則可適當(dāng)選用4 m～6 m的方式進行運算，最后根據(jù)運算結(jié)果選擇合適的管徑。其中管材使用比較多的是低碳高強的鋼管。

2.2 管棚具體施工方案

1)成孔方法。

管棚成孔采用跟管鉆孔和潛孔錘進行施工，目的是防止填土層塌孔，其中采用潛孔錘鉆進施工時，應(yīng)使用內(nèi)外錘頭拖管機進行鉆進施工。

2)鉆進順序。

鉆進時應(yīng)從兩邊向中間施工，同時應(yīng)從兩側(cè)起拱線開始，從下往上鉆進，采用跳開布點鉆進。

3)控制鉆進方向。

在世界范圍內(nèi)，較早涉及到銷售管理系統(tǒng)的理論和實踐可以追溯到上個世紀(jì)。當(dāng)時，在1960年前后，作為先進科技代表的美國在傳統(tǒng)的計劃經(jīng)濟管理的基礎(chǔ)上，提出了物質(zhì)需求管理計劃(Material Requirement Planning，簡稱“MRP”)。在當(dāng)時背景下，打破了傳統(tǒng)的固有管理模式，大大提升了商業(yè)貿(mào)易效率。在隨后的時間里，計算機理論和技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得傳統(tǒng)的人為干預(yù)的記錄、計算逐步被計算機所代替。此時，以美國為代表的計算機領(lǐng)域太陽、甲骨文和微軟等知名公司，都相繼推出了功能較為完善的銷售管理軟件軟硬件產(chǎn)品。[1]

采用經(jīng)緯儀燈光測斜對鉆機方向、角度和位置定位進行控制，采用水平導(dǎo)向儀定位鉆進方向，利用導(dǎo)向儀對水平精度進行控制。

4)跟管作業(yè)。

鉆進施工時，管棚應(yīng)隨深度而跟進，每3 m設(shè)置一節(jié)管棚，且采用絲扣連接鋼管(扣長6 cm)；采用兩種不同規(guī)格的鋼管進行大管棚前端的搭接，這樣可錯開鋼管同斷面的搭接，具體是單雙號第一根鋼管錯開搭接，其長度分別為3 m和1.5 m，其余鋼管規(guī)格均為3 m。采用跳搭的施工順序進行搭設(shè)。

5)鋼筋束加固管棚。

為增強鋼管絲扣處的抗剪力，應(yīng)在單根管棚完全送入后，再在管棚內(nèi)插入3根直徑為16的鋼筋。

2.3 鋼管銜接方法及止水問題

該工程橋梁總長87 m橫延米，鋼管間橫向跨度達到了9.8 m，其單個鋼管頂層也達到了78 m，為有效形成管棚和加強不同鋼管間的銜接力，可在各鋼管間選擇公母接頭方式穩(wěn)固管棚(如圖2所示)。采用交直流自動焊接方式焊接接頭，焊劑則選用433型。各鋼管間剪應(yīng)力值可利用ANSYS軟件開展空間模型進行計算，通過計算得出的剪應(yīng)力值為19 MPa，比焊縫強度小。對于各鋼管之間的止水問題，具體到本工程，影響不大，因為工程地處丘陵地帶，受地下水影響較小，可以根據(jù)路面施工情況設(shè)計合理的排水坡，即可將地表水沿路基兩旁排泄。加上鋼管內(nèi)部還做了注漿處理，也能起到很好的止水作用。

2.4 管棚支護作業(yè)空間及對高速公路的影響

采用現(xiàn)澆技術(shù)對管棚支護框架主體進行施工，是由于框架主體軸向距離比較大，這樣也能保證高速公路正常運營，同時減少了框架的總分節(jié)數(shù)，讓工程施工不至于出現(xiàn)銜接不上的問題，在這一過程中，也要把混凝土澆筑及施工機械作業(yè)空間計算進去。該項目管棚立面的土層按照1∶1的比例進行施工，邊坡挖成臺階形，挖8 m長，按照4 m，5 m，6 m一節(jié)澆筑續(xù)框架混凝土，同時進行比較和分析。

根據(jù)工程需要，選擇不同特性的材料，鋼管選用低碳高強度鋼管(外徑分別為400 mm,500 mm和600 mm，相應(yīng)壁厚分別為10 mm,10 mm和14 mm)。鋼管中間部分采用M20的水泥砂漿進行填塞。另外，框架采用現(xiàn)澆施工，且管棚支護形式為門式布設(shè)。具體是取框架底以下12倍棚架寬度范圍和管棚兩側(cè)4倍寬度范圍內(nèi)的土體，同鋼管一起作為整體，同時按半無限體作為空間模型。超過此范圍的土體，變形量接近于零，基本不參與作業(yè)。

2.5 框架主體結(jié)構(gòu)形式及對應(yīng)的內(nèi)力分析

該工程的管棚支護框架主體在半徑為350 m的圓上，橋和高速公路斜交成35°角，按相關(guān)規(guī)范要求，線路中心線位于DK33+162.20及DK34+253.30位置的右側(cè)，合同支護架與墻內(nèi)距離為3.34 m。選取1.8 m×7.5 m的框架即可滿足支護要求。

在材料選擇上，支護框架主體結(jié)構(gòu)選用的是C35混凝土，具體方法是利用平面桿件結(jié)構(gòu)原理進行計算，得出結(jié)果后再進行分析。其坐標(biāo)原點在右邊墻和底板兩個軸線交點處，因此將支護框架主體結(jié)構(gòu)劃分為20個桿元和節(jié)點，框架底板荷載對應(yīng)寬度為3 m，分別作用在8和9兩個不同桿元上，對應(yīng)強度為148 kN/m。

2.6 管棚支護下穿高速公路施工方法

1)管棚下穿高速公路施工方法。

根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，將管棚支護施工方案定為頂管法，具體步驟是，先對土體進行暗挖，同時澆筑下穿支護框架；然后待框架達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時即可進行頂管施工，需利用經(jīng)緯儀做好頂進過程中的方向和軸線控制；最后形成管棚后，就可進行砂漿混凝土的澆筑，直至框構(gòu)主體成形。

2)管棚支護下穿高速公路施工工序。

首先處理邊坡，做好防護工作；然后在預(yù)制好后背墻后開始頂進，頂進結(jié)束即進行鋼管注漿，完成管棚支護，須注意后背墻預(yù)制工作應(yīng)在頂進之前進行；最后，開挖土體，應(yīng)逐次開挖，同時進行混凝土框架主體施工。

3 結(jié)語

采用大孔徑管棚支護下穿高速公路施工技術(shù)時，須注意如下問題：采用接頭自鎖形式銜接所有鋼管，使之形成支護所需要的管棚，重點要做好第一根鋼管的精確定位，以便順利進行后續(xù)頂進施工；比較分析文中提出的幾種管徑的管棚支護，得出具有參考價值的理論值，以確保高速公路施工中不受影響；可確定框架受力情況，文中采用的大孔徑管棚支護下穿高速公路施工技術(shù)可以滿足工程施工需要。

[1] 陳思勝.解析采用大孔徑管棚支護下穿高速公路施工技術(shù)[J].中華民居,2013(9)：56-57.

[2] 徐建國.探討采用大孔徑管棚支護下穿高速公路施工技術(shù)[J].江西建材,2014(3)：108.

Construction technology of applying large-aperture pipe-shed underpassing highway

Xun Hejian

(ShanxiHighwayBridge2ndEngineeringCo.,Ltd,Linfen041000,China)

Combining with engineering examples, the article introduces construction technology of underpassing highway, discusses large-aperture pipe-shed underpassing highway construction technology, pipe-shed support structure forms and pipe-aperture selection and specific pipe-shed construction schemes and so on, and finally points out that: applying large-aperture pipe-shed underpassing highway construction technology can not only meet engineering construction quality but also has great application prospect as well.

large-aperture pipe-shed support, underpass highway, construction technology

2015-04-05

荀賀健(1985- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)17-0144-02

U415

A