排水管道穿越鐵路復雜土層頂管施工技術的研究與應用

何勝良

平煤神馬建工集團有限公司 河南 平頂山 467000

1 前言

平煤股份七礦礦尾水處理項目，是將七礦井下尾水抽至井口沉淀池沉淀，然后通過敷設兩趟排水管道，穿越七星選煤廠正在使用的三股鐵道到達新建沉淀池再沉淀，經水泵房將尾水輸送到平煤供水總廠一分廠再經凈化處理后供礦區居民使用。本項目排水管道穿越七星選煤廠正在使用的三股鐵道，設計方案采用頂管施工。依據現場實際情況，該頂管施工采用液壓千斤頂作為頂進設備，頂管用的管道采用鋼承口水泥管。由于鐵路下面土質情況復雜，南段為矸石渣土，北段為黃泥土，因此在液壓千斤頂頂進過程中施工難度大、危險性極高。

此方案的實施不僅加快了施工進度，而且也為今后類似工程的施工提供了成熟可靠的施工經驗。

2 實施方案

2.1 測量放線定位

由于本工程直接影響著礦區居民的生活用水，時間緊任務重，我單位立即組織技術人員對現場進行測量放線，在礦方協助下完成了定位放線的任務，確定了頂管的走向與標高。

2.2 挖掘工作坑和接受坑

工作坑和接收坑大小相同，尺寸均為5.9m（長）*7.3m(寬)*4m(深），基坑挖完后施工工作坑內的后背基礎及工作坑和接收坑內的混凝土地坪，工作坑內的后背基礎采用C30混凝土澆筑，地坪采用C15混凝土澆筑，待后背墻基礎混凝土和地坪混凝土強度均達到施工要求后再進行下道工序施工。

2.3 頂進設備的架設

經計算管道頂進過程中的最大摩擦阻力為291t，選用一個300t的千斤頂即能滿足施工要求。千斤頂在工作坑內頂進時，頂力作用點與管壁反作用力的作用點在同一軸線上，目的是為了防止頂進過程中產生錯位現象，造成頂進偏差。由于管道上部及兩側與土壁有間隙，因此液壓千斤頂頂鎬的著力點應作用在管子直徑的1/4～1/5處為宜。頂鐵安裝必須順直，為防止水泥管口不被頂裂，在管道頂進前在水泥管端部增加緩沖墊。

油泵應與液壓千斤頂相匹配，并有備用油泵，油管順直，轉角少；油泵安裝完畢后進行調試。頂進開始時，應緩慢進行，待各接觸部位動作后，再按照正常速度頂進，頂進過程中油壓突然增高時，應立即停止頂進，待問題處理后方可繼續頂進。工作坑后背采用20cm長×20cm寬×2m高的方木碼放，并貼緊墻壁，高度與后背平齊，保證后背平面與管道中心線垂直。方木前設立一塊同等面的20mm厚鋼板，如有空隙用砂石填充嚴密，以便均勻地將頂力傳到后背壁上。

2.4 頂進

頂進前再次確認水泥管進口位置，由于穿越鐵路南段路基為矸石渣土層，土質松散，同時拉煤重車經常在此通行，震動大，會擾動矸石渣土層，管道在頂進過程中極易發生塌方現象，給頂管施工帶來很大困難。為防止此種現象的發生，我們根據現場實際情況在施工過程中采取了切實有效的措施，在頂管穿越鐵路矸石渣土層時采用“先人工挖掘、坑木支護，后頂進”的施工方案。為加快施工進度采用連續晝夜24小時施工作業。坑木支護施工時，必須按照作業規程規定采用前探梁臨時支護或其它臨時支護形式，嚴禁空頂作業。

2.4.1 施工中不得使用下列支護材料及支架。

①不符合作業規程規定的支護材料；

②腐朽、劈裂、折斷、過度彎曲的坑木；

2.4.2 嚴禁將柱腿架設在煤渣或矸石塊上。

2.4.3 支護過程中損壞的支架應及時修復或更換。修復支架前，應先鑿掉危石、活動矸石，做好臨時支護。扶棚或更換支架時，應從外向里逐架依次進行。

2.4.4 架棚巷道支架之間必須安設牢固的拉桿或撐木。工作面10米內應敷設防倒器或采取有效措施防止上面過重車引起震動造成支架倒塌。

2.4.5 在震動大的地方架設對棚時，對棚應一次施工，不準采用補棚，以免對棚高低不平，受力不均。

2.4.6 架棚后應對以下項目進行檢查，不合格時應進行處理。

①梁和柱腿接口處是否嚴密吻合；

②支架是否按要求放置木墊板；

③梁、柱接口處及棚腿兩端至中線的距離；

④支架有無歪扭邁步，前傾后仰現象；

⑤支架幫、頂是否按規定背緊、背牢。

2.4.7 底板是軟渣土時，要采取防止柱腿鉆底的措施。在柱腿下加墊塊時，其規格、材質必須符合作業規程要求。

2.4.8 采用人工上梁時，必須手托棚梁，穩抬穩放，不要將手伸入柱梁接口處。

2.4.9 頂板壓力較大時，應及時補打點柱，棚梁受到頂板來壓彎曲變形，當其中部與其兩端相比下沉≥50mm，且連續數量超過2棚時，每隔1棚施工1根支柱；當棚梁中部下沉≥80mm時，每棚均施工1根支柱。挖掘渣土深度約30cm進行坑木支護，支護高度約1.45m，同時挖掘的矸石渣土及時清理外運后進行管道頂進，如此反復循環，進尺達到2米時，進行下一節管道的頂進施工，直至矸石渣土層管道頂進施工完成。當頂進到黃泥土層時采用“先頂進、后挖掘”的施工方法，先利用液壓千斤頂將管子頂進泥土中一部分，再把水泥管中的泥土挖掘、清理、外運，如此反復循環，進尺達到2米時，進行下一節管道的頂進施工，直至管道頂到預定的接收坑位置。

2.5 注漿

單趟頂管的頂進工作完成后，須對矸石渣土層段頂管和其四周土體的空隙進行注漿，以防發生路基沉降，影響頂管施工和鐵路運輸的安全。施工方法：首先將水泥管口四周砌磚封堵，然后在矸石渣土層段的鋼承口水泥管上方（約70°和110°的位置）利用水鉆鉆3～4個孔徑Φ100mm的注漿孔，注漿管與各注漿孔連接，然后再連接到主注漿管上，最后用軟管與注漿泵一端相連，注漿泵的另一端與儲漿罐相連接。待注漿全部完成后，對所有注漿孔進行封堵，確認頂管內不再跑漿、漏漿。

3 解決的關鍵問題

3.1 根據矸石及黃土層等不同的土質情況，分別采用“挖掘-支護-頂進”及“頂進-挖掘”的施工工藝，解決了復雜地質條件下穿越鐵路路基頂管施工期間作業及行車安全的難題。

3.2 通過對頂管施工周邊空隙注漿填實，有效防止鐵路路基下沉，保證了鐵路的行車安全，為類似工程的具有借鑒意義。

4 結束語

此方案的實施縮短了施工工期，節約了成本，保證了復雜地質條件下穿越鐵路路基頂管施工期間作業及行車安全。為今后遇到類似復雜土層過鐵路頂管的施工，提供了成熟可靠的施工經驗。同時在此類項目上積累了豐富的施工經驗，創造良好的行業信譽和榜樣。