天津LNG項(xiàng)目輸氣干線穿越南港鐵路工作坑支護(hù)施工技術(shù)

吳興政

（中石化江蘇油建工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225002）

1　工程概況

天津LNG項(xiàng)目輸氣干線工程在南港鐵路（在建，設(shè)計(jì)時(shí)速80Km/h，雙線）里程DK25+921.41和DK25+925.84處，D1016與D813天然氣管道與鐵路交叉，交叉 角 度 分 別 為 75°26′和 67°53′11″， 穿 越 處 需 要 預(yù) 埋φ1750 （燃?xì)猓?s型和 φ1550 （燃?xì)猓?s型兩根防護(hù)套管，套管頂高程分別為-4.6m～-4.82m，至鐵路路基面的距離分別為9.09m和9.31m。鐵路南側(cè)工作坑位于645專用線與南港鐵路之間，北側(cè)接收坑分別距離南港鐵路149m及66m。勘察資料顯示，深度20.0m范圍內(nèi)的地基土屬第四系全新統(tǒng)人工填土層，陸相沉積層、海相沉積層，穩(wěn)定水位埋深1.5～1.6m,最大凍土深度 0.7m，標(biāo)準(zhǔn)凍土深 0.6m。

LNG即液化天然氣，主要成分甲烷，無色、無味、無毒且無腐蝕性，是一種清潔、高效的能源。隨著我國“西氣東輸”工程的蓬勃開展，國家天然氣“十三五”規(guī)劃、煤改氣等引導(dǎo)、規(guī)劃政策的不斷深入與落實(shí)，大力推廣天然氣已成為我國的能源政策。由于我國的天然氣資源分布不均勻，西部約占全國陸上天然氣資源的87%，為了促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，帶動(dòng)?xùn)|部、中部、西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)共同發(fā)展，天然氣長距離輸送網(wǎng)絡(luò)干線、連接各地區(qū)的支線，工程規(guī)模大、投資高，沿途需要穿越項(xiàng)目多，例如穿越公路、鐵路、江河等。[1]本工程施工技術(shù)為該類項(xiàng)目提供了有效的借鑒和參考。

2　工作坑支護(hù)設(shè)計(jì)

工作坑施工經(jīng)常由于地下水控制不合理，支護(hù)結(jié)構(gòu)選型不科學(xué)，施工監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理不到位等原因，導(dǎo)致施工過程中出現(xiàn)了很多問題，給現(xiàn)場施工操作帶來了諸多不便，甚至造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和引發(fā)施工安全事故。[2]本工程地下水位較高，滲透性較強(qiáng)，采用雙排φ700mm樁長12m水泥攪拌樁作為止水帷幕，攪拌樁的搭接不小于150mm；綜合基坑深度，土的性狀及地下水條件，基坑周邊環(huán)境對基坑變形的承受能力及支護(hù)結(jié)構(gòu)一旦失效可能產(chǎn)生的后果，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保性能和施工工期等因素，采用φ1000mm樁長20m鋼筋混凝土鉆孔灌注樁防護(hù)，鉆孔樁上設(shè)置冠梁，高度為 900mm，基坑并采用 I45b雙拼鋼板樁腰梁及 φ610mm鋼管支撐進(jìn)行支撐。設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）攪拌樁止水帷幕要求室內(nèi)配合比設(shè)計(jì) 7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度Qu≥0.8MPa，完成后滲透系數(shù)≤10-6cm/s。鉆孔灌注樁及冠梁，混凝土等級為C30，鋼筋采用HRB400、HPB300熱軋鋼筋，鋼材、型鋼采用 Q235鋼、Q345鋼。

（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.3%Hmm（H為基坑開挖深度），且≤30mm。

（3）工作坑開挖時(shí)應(yīng)分層，分段對稱平衡開挖，每層先挖中間土后挖兩側(cè)土，每層挖土厚度不宜超過3m，開挖至支撐下500mm后及時(shí)架設(shè)支撐，在支撐未達(dá)到正常使用前，不得超挖下層土方。

（4）工作坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)施工需要進(jìn)行營利和變形監(jiān)測，通過動(dòng)態(tài)信息管理，對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)處理并反饋以指導(dǎo)施工，發(fā)現(xiàn)排樁異常情況應(yīng)立即做施工處理，防止發(fā)生工程事故。

（5）施工前須詳細(xì)做好沿線地下管物的物探，核實(shí)場區(qū)地下水情況，將工程影響范圍內(nèi)容挖槽暴露于明面并根據(jù)具體情況進(jìn)行加固、架設(shè)、防護(hù)并派人看守。

3　施工技術(shù)

3.1　水泥攪拌樁施工

3.1.1試驗(yàn)

本工程施工前先根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了室內(nèi)配合比實(shí)驗(yàn)，確定了最佳配合比，然后進(jìn)行了成樁工藝性試驗(yàn)，確定了各項(xiàng)工藝參數(shù)，并報(bào)監(jiān)理單位確定。試驗(yàn)樁每個(gè)工作坑2根。

3.1.2施工程序

場地平整→樁機(jī)就位→預(yù)攪鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→反轉(zhuǎn)噴漿攪拌提升→重復(fù)噴射鉆進(jìn)攪拌→重復(fù)攪拌提升→成樁完畢、移位。

（1）樁機(jī)就位：用白粉放好樁位線后鉆機(jī)就位，樁位誤差不得大于50mm，垂直偏差不得超過1%，樁直徑和樁長不得小于設(shè)計(jì)值。

（2）攪拌下沉：攪拌機(jī)冷卻水循環(huán)正常后，啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松起重機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架切土攪拌下沉，使土攪松，下沉速度由電機(jī)的電流監(jiān)測表控制，工作電流不應(yīng)大于10A；如下沉速度太慢，可從輸漿系統(tǒng)補(bǔ)給清水以利鉆進(jìn)。

當(dāng)攪拌機(jī)下沉到一定深度時(shí)，按預(yù)定摻入比和水灰比拌制水泥漿，并將水泥漿倒入集料斗內(nèi)備噴。

（3）噴漿攪拌提升：攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后，開啟灰漿泵，其出口壓力保持0.4～0.6Mpa，使水泥漿自動(dòng)連續(xù)噴入地基，攪拌機(jī)邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)邊嚴(yán)格按已確定的速度提升，直到設(shè)計(jì)要求樁頂標(biāo)高。

（4）重復(fù)攪拌下沉：為使以噴入土中的水泥漿與土充分?jǐn)嚢杈鶆颍俅螌嚢铏C(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊沉入土中直到設(shè)計(jì)要求深度。

（5）清洗：向已排空的集料斗注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗管道中殘留水泥，直至沖洗干凈，同時(shí)將攪拌頭清洗干凈。

（6）移位：重復(fù)上述步驟，進(jìn)行下一根樁的施工。

3.2　鉆孔灌注樁施工

本工程采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，正循環(huán)鉆機(jī)成孔，施工工藝為：確定樁位→護(hù)筒制作與埋設(shè)→樁機(jī)就位→鉆孔→注入泥漿→清孔驗(yàn)孔→鋼筋籠制作安裝→安裝導(dǎo)管、二次清孔→水下灌注混凝土→樁頭混凝土養(yǎng)護(hù)。

（1）護(hù)筒的制作與埋設(shè)：護(hù)筒采用厚 4mm～6mm鋼板制作，水中樁節(jié)長4m，陸地樁護(hù)筒節(jié)長2米，內(nèi)徑比設(shè)計(jì)樁徑大20cm。護(hù)筒埋設(shè)時(shí)頂部高出施工地面30cm，高出孔外水位200cm，其中心軸線應(yīng)正對測量標(biāo)定的樁位中心。

（2）鉆孔：鉆機(jī)就位后，鉆桿中心準(zhǔn)確對準(zhǔn)孔位中心，底座和頂端保證平穩(wěn)，待泥漿性能符合要求后開始鉆進(jìn)，輕壓慢轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后，逐漸增加轉(zhuǎn)速和增大鉆壓，并適當(dāng)控制鉆速，正常鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)合理調(diào)整和掌握鉆進(jìn)參數(shù)，不得隨意提動(dòng)孔內(nèi)鉆具，控制水頭高度，并經(jīng)常測定泥漿性能。鉆孔達(dá)到要求后采用灌注樁孔徑檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢查

（3）清孔驗(yàn)孔：，鉆孔各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后立即進(jìn)行清孔，重點(diǎn)檢查孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm顆粒，泥漿比重、含砂率、粘度。采用檢孔器驗(yàn)孔設(shè)備檢查孔深、孔徑、傾斜度及孔底沉砟厚度，達(dá)到要求監(jiān)理工程師簽證后方可進(jìn)入下道工序。

（4）鋼筋籠制作安裝：鋼筋籠采用加工場集中加工，分段加工，孔口對接，每隔2m設(shè)置一組定位鋼筋，每組4根均勻設(shè)于樁基加強(qiáng)筋四周。汽車吊裝，鋼筋籠接長安裝到位后固定在孔口。

（5）安裝導(dǎo)管、二次清孔：試拼、檢驗(yàn)、安放導(dǎo)管。利用導(dǎo)管二次清孔，檢查孔底沉碴厚度。

（6）水下灌注混凝土：關(guān)鍵控制好首批封底混凝土數(shù)量，導(dǎo)管下口埋入混凝土中不小于1m，然后連續(xù)進(jìn)行。整個(gè)灌注過程中，及時(shí)提升導(dǎo)管，控制導(dǎo)管埋深，導(dǎo)管在混凝土埋深不小于2m。最后澆筑面按高出樁頂設(shè)計(jì)高程1個(gè)直徑，保證樁頂混凝土的質(zhì)量。

3.3　冠梁施工

鉆孔樁檢驗(yàn)合格后開挖破樁頭，綁扎鋼筋，經(jīng)監(jiān)理檢驗(yàn)合格后立模澆筑砼，拆除模板后覆蓋灑水養(yǎng)生。

3.4　工作坑支撐

工作坑分層、分段平衡開挖，每層先挖中間后挖兩側(cè)，開挖至支撐下500mm后及時(shí)設(shè)支撐。采用I45b雙拼鋼板樁腰梁及φ610mm鋼管進(jìn)行，腰梁下采用角鋼焊接成三角進(jìn)行承托，腰梁與排樁的間隙采用C30細(xì)石混凝土充填密實(shí)。

3.5　洞口地基加固

頂管機(jī)頭進(jìn)出洞時(shí)，有水泥攪拌樁止水及鉆孔灌注樁圍護(hù)，正常情況能滿足頂管機(jī)頭出洞要求，但本工程由于工程的需要，鉆孔灌注樁需要鑿除至基坑底部略高于洞口頂部，洞口臨空面樁體難以承受地層的土壓力，因此進(jìn)行加固處理。具體加固方案為：在洞口圍護(hù)樁外圈增加一排水泥土攪拌樁，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，該排樁寬度比洞口寬度每邊寬1.5m，深度比洞口下沿深4m，施工方法與洞口水泥土攪拌樁類同，如圖1所示。

圖1　洞口加固示意圖

圖2　釘型樁布置圖

3.6　鐵路路基加固

為了保證工后鐵路路基基本穩(wěn)定，頂管及兩側(cè)各15m范圍內(nèi)沿南港鐵路的地基采用φ500mm樁長18m釘型樁加固，樁間距 1.6m，具體布置見圖 2，其中頂管兩側(cè)呈正三角形布置，頂管管間呈正方形布置。其中擴(kuò)大頭部分直徑1.0m，擴(kuò)大頭長4.0m。

4　施工監(jiān)測與管理

在基坑工程中，工程的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)工況往往存在一定的差異，設(shè)計(jì)值還不能全面、準(zhǔn)確的反映工程的各種變化；由于工程的復(fù)雜性難從已有的經(jīng)驗(yàn)中借鑒，也難從理論上找到定量分析、預(yù)測方法，需要依賴于施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測。特別是在基坑出現(xiàn)質(zhì)量問題或支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時(shí)，基坑監(jiān)測就成了決策者的耳目，時(shí)刻指引著基坑施工工作向著安全、穩(wěn)定的方向發(fā)展。

（1）監(jiān)測的項(xiàng)目：圍護(hù)樁頂水平位移、鋼管支撐軸力，樁身傾斜，水位監(jiān)測、地面沉降等。

（2）監(jiān)測的程序：先根據(jù)設(shè)計(jì)要求編制監(jiān)測方案，布設(shè)控制網(wǎng)，設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，施工前測出初始值，施工時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)頻率觀測。

（3）監(jiān)測的等級及預(yù)警報(bào)警值：基坑按照安全等級一級監(jiān)測，地面最大沉降量≤0.10%H，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移0.3%H（H基坑開挖深度）的80%時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)措施并加密觀測次數(shù)；鐵路路基沉降值最大3mm。控制值的70%為預(yù)警值，80%為報(bào)警值。

（4）儀器、觀測精度、頻率：變形監(jiān)測采用天寶DNI12高精度電子水準(zhǔn)儀，精度0.3mm/km，按一等變形監(jiān)測精度測設(shè)，應(yīng)力監(jiān)測采用應(yīng)變計(jì)。監(jiān)測頻率按照設(shè)計(jì)要求監(jiān)測，異常時(shí)加密監(jiān)測頻率。

（5）信息管理：對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)處理及時(shí)反饋以指導(dǎo)施工。如監(jiān)測值超出預(yù)警值，立即匯報(bào)，停止施工，查明原因，制定相應(yīng)措施后方可施工。

5　結(jié)語

本工程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和國家規(guī)范組織施工，成樁質(zhì)量好，基坑支護(hù)牢固；對頂管機(jī)頭進(jìn)出洞口和在建鐵路路基進(jìn)行了加固，保障了施工進(jìn)程，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)；科學(xué)監(jiān)測方案，動(dòng)態(tài)信息管理，防止工程事故發(fā)生。

【參考文獻(xiàn)】

［1］馬鐵量.長輸天然氣管道配送方案研究[D].武漢,華中科技大學(xué).

［2］緒新,楊生彬,王冬海.密排大口徑排水管道頂管施工技術(shù)[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2005(6)：21-23.

［3］建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ94—2008[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

［4］建筑地基處理技術(shù)規(guī)范：JGJ79—2002[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.