淺談渠道倒虹吸穿鐵路頂管施工質量與安全控制

【摘要】渠道倒虹吸穿越鐵路施工，施工中需要對每一個環節進行精心的控制，以保證工程質量和行車安全。本文結合工程實際遵循“既有線施工安全無小事”的原則，確保行車、人身的安全。

【關鍵詞】頂進；有線施工；質量；行車安全

1、工程概況

大廣壩水利水電二期昌江干渠Ⅰ標工程 1#倒虹吸K0+000～K0+094.761段，穿越西環鐵路K176+087處夾角為73°，采用頂進結構倒虹吸形式，位于叉河至昌感鐵路區間段。該圓涵承受最大水壓力為0.1KPa，采用預制C40鋼筋混凝土管，內徑3.0m，壁厚0.3m，圓涵總長61.91m。其中下穿鐵路30m長圓涵內側加厚度為10.0mm的鋼管。圓涵中間12.0m采用預制鋼筋混凝土管頂進施工，兩端4.0m和14.0m段以及進出口部分采用現澆施工。倒虹吸涵頂與所在鐵路軌頂的距離為2.22m。

2、施工條件

根據《鐵路工務安全規則》及設計要求，開挖工作坑期間每天封鎖叉河至昌感區間2.5小時，封鎖開通后恢復常速；挖孔樁施工時限速 45km/h；架設便梁加固線路施工封鎖該區間2.5小時，封鎖開通后限速 45km/h（第一列不得為客車）至下次封鎖線路；頂進施工時該區間限速 45km/h；拆除便梁時封鎖該區間2.5小時，開通后列車限速45 km/h（第一列不得為客車）24小時，限速60km/h、80km/h各不少于24小時，以后恢復常速。慢行起止里程為K176+000～K176+150，慢行長度為150m。

3、施工方案及工藝、主要技術措施

3.1施工方案及工藝

1）施工測量

（1）標高測量

采用水準儀對基坑標高及管涵頂進時的標高進行控制，基礎開挖至接近設計標高時，及時用水平儀進行測量，防止超挖。頂進施工時，在基坑中適當位置設置臨時水準點，以方便觀測每一頂程過程中及時進行管底板標高測量，防止管出現“栽頭”或者“抬頭”，并對偏差進行糾正。

（2）平面測量

采用全站儀或激光經緯儀測設管的中線，并設置好中線樁及護樁，然后據此確定工作坑位置及尺寸。頂進施工過程中，每一頂程都須進行管中線測量，以便及時發現中線偏差，迅速予以糾正。施工過程中的平面測量貫徹“勤、準、快”的方針，保證施工的順利進行。

2）線路加固

從地質鉆探結論可知，地質條件滿足本次頂進。在頂進開挖路基時，如大斷面開挖，可能會造成鐵路路基的塌方，為了鐵路安全防止鐵路路基在列車經過時產生的震動而造成不穩或塌方，所以路基兩側采用人工挖孔樁進行支護，從而確保鐵路線路和行車的安全。

（1）線路加固及防護方案

架空采用抬梁法，為確保施工期間鐵路行車安全，線路架空安裝及拆除時必須封鎖線路，頂進施工時采取慢行措施，施工期間列車限速45km/h。頂進完成后，慢行2至3天，以便觀察路基變化。

架空線路以φ120cm挖孔樁作為架空支墩，挖孔樁長為6.0m。挖孔樁頂面設支墊鋼板，縱抬梁采用四片Ⅰ56C工字鋼梁，縱抬梁利用支墊鋼板進行加固，橫抬梁采用Ⅰ36C工字鋼梁，每個軌枕間隙穿一根橫抬梁，縱橫抬梁間連接螺栓要聯接牢固。

（2）、挖孔樁施工

①φ120cm挖孔樁采用人工開挖，內模采用分塊式楔式鋼模，每節100cm，鋼筋籠采用孔外分節綁扎，鋼筋籠的吊放方法采用簡易木質扒桿；為了安全便于挖孔樁護壁下一層鋼筋。

②開挖方法：采用人工開挖，孔位處架設三腳架，用10KN～20KN慢速卷揚機提升，保證施工的連續性；在施工過程中控制好每筐裝渣的數量，組織三班制循環作業；采用彩條布作雨棚并在既有路基邊坡鋪彩條布，以防下雨影響挖孔樁施工和既有路基邊坡的穩定；挖孔與護壁連續作業，挖孔達到設計深度后應及時進行孔底檢查，灌注混凝土，盡量減少對既有線路的影響時間。

③挖孔樁施工工藝：采用人工進行分層挖孔，在挖土過程中，每一層土不宜挖得過深，每層控制在約35cm左右，每挖二、三層土澆灌一層鋼筋混凝土護壁，護壁混凝土標號為C20，厚15cm；挖孔時要使孔壁稍有凹凸不平，以增強護壁的摩擦力。當孔底地質復雜或開挖中發現不良現象時，查明孔底以下地質情況再做終孔處理；檢驗合格后進行混凝土澆筑。

④鋼筋籠制作和安裝：因為距離既有鐵路較近，用提前綁扎吊車或吊具吊入的方法。

⑤混凝土施工采用導管法灌注孔內混凝土。在灌注過程中，導管的下口保持在距混凝土面不大于2m的距離。

⑥挖孔樁施工安全措施：按照廣鐵集團相關文件要求，挖孔樁施工的全過程線路必須慢行45km/h。另外孔內應經常檢查有害氣體濃度，當二氧化碳濃度超過0.3%或其它有害氣體超過允許濃度時，應設置通風設備；孔內滲水量不大時用水桶提引排出；滲水量較大時用潛水泵在集水坑抽排，將水排入地表排水溝，挖至設計位置后，孔底不應積水；挖孔及支撐護壁兩道工序必須連續作業，不得中途停頓，以防坍孔；挖孔樁開始施工，必須24小時連續工作，以盡可能減少對既有線的干擾，但夜間開挖時一定要注意安全；棄渣距離樁口邊緣不少于2m，并及時清運；樁基工作人員用鋼筋梯上下，工具用籮筐送下，順序為：下孔時工具先下，人后下；上時工具先裝好，人先上，人上井后再提工具筐。井下工作人員必須配戴安全帽和安全帶作業。

3）管涵施工

本管涵采取單邊設置工作坑預制管、鋼筋混凝土頂進后背梁，后背梁后采用鋼軌樁承力；一次頂進法將管涵頂進就位的方法施工。

（1）工作滑板施工

本管涵滑板按設計要求布置鋼筋，并與后背梁相連接，以確保滑板能夠達到設計要求具有足夠承載力；從而增加滑板的連結性。滑板采用涂石蠟摻機油、滑石粉層，上覆塑料薄膜一層、油毛毯。滑板順涵軸方向做成1%的縱坡。

滑板澆注時將地錨梁和滑板一起澆注，形成整體，導向墩設在滑板兩側，以防止管涵頂進入土前方向發生偏離。滑板表面以水泥砂漿抹面，要求平整度在3mm以內。砂漿表面涂3mm石蠟一層，然后再在其上涂1mm刷滑石粉一層，要求表面光潔、平滑。管涵底板澆注前再鋪塑料薄膜一層，以減少頂進阻力。

（2）管涵預制

本管涵工程內外模均采用大塊鋼模板，確保涵內混凝土表面美觀平順。管涵體鋼筋均集中在鋼筋加廠內加工制作好后送到施工現場。

管混凝土制作兩組混凝土標準試件，一組用于頂進前比較強度，與管混凝土同條件養護。管混凝土派專人采用草袋覆蓋灑水養護，達到頂進所需強度方可頂進。

（3）鋼筋施工

當基礎墊層設置好后，在滑板上放出管涵底板及墻身位置線，在控制位置設置定位鋼筋，在定位筋上按設計尺寸依次標出底板下層鋼筋位置，由端部按順序依次綁扎。下層鋼筋綁扎完后，可安裝上層定位架立筋，在下部設置砂漿墊塊，其縱橫間距不宜大于1m，并采用同樣方法綁扎上層鋼筋，最后綁扎上下層拉結鋼筋，位置應準確，綁扎應牢固，澆注混凝土時不應變形。

（4）混凝土施工

為保證混凝土澆灌質量，混凝土應分層澆注，分層厚度不超過 40cm，采用插入式振搗器振搗。振搗時，不得碰撞模板、鋼筋和預埋件，振搗延續時間以混凝土不再沉落，不出現氣泡，表面呈現浮漿為度。

混凝土澆注完畢，采用草袋覆蓋，澆水養生，每天澆水次數應連續保持混凝土表面濕潤為度，至少連續保養14天。混凝土管身上噴涂石蠟，以減少頂進時的摩擦。

4）頂進

根據設計要求，千斤頂采用300噸千斤頂2臺，頂進時兩邊同時頂進。

（1）安裝頂進設備：包括高壓油泵、油管、千斤頂、頂鐵、頂柱等就位。

（2）試頂：為了檢查頂進設備的性能及工作狀態、以及后背梁的情況，通過起動頂力預測頂進的最大頂力與理論計算力的誤差，同時把涵洞頂置挖土坡前就位，為挖土頂進作好準備。

（3）頂進挖土：挖土以機械挖土為主，人工開挖為輔，挖土分臺階進行，管涵頂以上土方比以下土方超前挖1m，上部土方采用放坡并做臺階式開挖，預防坍塌，下部土方按比管身外輪廓寬0.15m進行開挖，每次挖掘的進尺約為20～50cm厘米。在列車通過或機械故障時不得挖土。同時挖土工作必須與觀測工作緊密配合，根據偏差分析決定挖土方法。土方以小型裝載機或人力斗車運出，再做二次外運。

（4）頂進：頂進前檢查管涵頂的標高是否符合設計要求和頂進要求，頂進是前方挖土完成一沖程后，開動高壓油泵，利用千斤頂推動管涵前進。開始頂進是中心環節，每次開頂前必須檢查油泵等液壓系統有無故障、挖土情況是否符合要求、頂鐵安裝是否合格和后背變形等情況，在以上條件符合要求，并經過中線、高程測量檢查后（如有偏差，在確定有效的糾偏方法并作好處理后），方可開頂。頂進過程要做到一頂一測即每頂進一次測量一次，測量內容包括管涵高程及軸線偏差情況，同時作好頂進記錄。每次頂進時要密切注意前方地質變化情況，每頂進一段一定要有有經驗的工作人員及質檢人員進入檢查，確認安全后進行下一頂進工作。

5）線路基床回填恢復線路

（1）頂進就位后，要加緊組織人力進行頂進后管涵頂回填，恢復線路。線路路基及管涵側不允許回填土方，因為無法進行夯實工作，線路易發生沉降，會加大以后線路的維修保養工作，同時會影響到行車安全，要求回填砂或砂夾碎石，并邊填邊用水沖實，其它夯填土方則按規范施工。道床鋪設要按照軌道標準采用道碴規格，并有專業的線路技術人員在現場進行監督指導，同時要作好線路恢復后的監測，作好線路的調整及補充道碴工作，及時對線路進行保養，線路達到正常行車要求后取消慢行恢復正常行車。

（2）拆除線路架空程序如下

管涵就位后經檢查完畢，驗收符合要求后，即按施工電報計劃封鎖線路進行拆除線路加固設施。首先拆除縱橫抬梁的連接部件；拆除單邊縱抬梁；單根抽出橫抬梁，及時補充道渣，以確保線路穩定，保證線路設備的良好狀態，確保行車安全；拆除另一邊縱抬梁，恢復線路；拆完線路架空設施后，及時對該線路段進行搗實、保養，并進行全面檢查，確保線路狀態符合有關規定要求后，作好記錄取消封鎖及慢行。

3.2施工技術措施

（1）管涵在空頂階段容易發生方向偏差，可充分利用方向墩設專人加換左右兩側與方向墩間的滾契鐵板。

（2）當管身重心脫離工作坑底板時，容易產生“扎頭”現象。為防止“扎頭”，除在工作坑底板上預留坡度外，還在管身前端底板下設置“船頭坡”。

（3）管身入土后，應注意挖土端面務求正確，使頂入挖成的土孔與管涵身方向一致。

（4）管身方向左右偏差調整的技術措施

用增減一側千斤頂的頂力；即開或關一側千斤頂閥門，增加或減少千斤頂頂力數。

用輪流開動兩邊高壓油泵調整；如向左偏就開左側高壓油泵，向右偏就開右側高壓油泵。

用后背頂鐵調整；在加換頂鐵時，可根據偏差的大小，將一側頂鐵契緊，另一側頂鐵契松或留1-3cm的間隙。

前端左右兩側可在一側超挖，另一側少挖土或不挖來調整方向。

在管身前端加橫向支撐來調整；支撐一端支在管涵上，另一端支在開挖面上，頂進時迫使其向被頂一側調整。

（5）糾正管身“抬頭”的技術措施

用儀器檢查底板是否向上翹起過大，側墻是否有左右傾向，可以適當調整挖土的角度，來糾正管身“抬頭”現象。

兩側挖土不夠寬，易造成管身“抬頭”，故可在兩側適當多挖。

管身“抬頭”量不大，可把開挖面挖到與管底面平。如管身“抬頭”量較大，則在底板前超挖20-30厘米，寬度與管身相同，同時使上管不吃土，在頂進中逐步調整。

（6）糾正管身“扎頭”的技術措施

適當增加抬頭力矩，即增加管頂的阻力，使管頂部多吃土，管邊稍加吃土量，底板前不得超挖，逐步頂進調整。

挖土時，開挖面基底保持在管涵身底面以上8-10cm，利用船頭坡將高出部分土壤壓入管底。

如基底土壤松軟時，可采取換填等方法加固地基，增加承載力。

用增加管身后端平衡重的辦法，改變管涵身前端土壤受力狀態，達到糾正“扎頭”的目的。

4、結束語：

頂管施工是一門綜合性技術，施工工藝和地質條件、原有地下設施復雜，地下障礙物等必須引起高度重視，必須配備一支技術熟練的專業隊伍，嚴格按照設計要求及相關施工技術規范進行施工，方能保證有線鐵路的行車安全和工程質量。

參考文獻：

[1] 《混凝土結構工程施工質量驗收規范 》GB50204-2015

[2] 《鐵路橋涵施工技術規范》TB10203—2002

[3] 《鐵路橋涵工程質量檢驗評定標準》TB 10415—2003，J 286--2004

[4]《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202-2013

作者簡歷：劉成斌（1983.05——），男，河南鄧州人，本科，畢業于河海大學，現任工程師職稱，主要從事工程施工管理工作。