大直徑夯管超前支護施工技術

曠啟德

（廣東省基礎工程集團有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

某工程采用2孔凈跨徑18.2m×6.0m預制頂推框架橋下穿某高速公路，橋梁全長51m，總寬42.6m，斜交相交角為63.881°。

框架橋頂板、側墻厚1.3m，底板厚1.4m，采用C40混凝土結構，分3節頂推，單節長度17m，節與節之間設3cm沉降縫。

2 管棚設計

由于框架橋上覆土不到3m，為確保施工期間高速公路正常使用，沿箱涵外輪廓線外側采用大直徑夯管進行超前支護，起到等同于管棚的作用，以確保沉降控制在行車允許條件內。（1）根據箱涵外包尺寸設計，管幕采用Ф500鋼管與Ф728鋼管組成封閉結構。其中Ф500鋼管布置在涵頂與兩側位置，Ф728鋼管布置道路中心線位置。（2）管幕單根長度為50～60m，采用Q235鋼管，鋼管單節長度為12m，鋼管接長時接頭采用坡口焊接。（3）Ф500管幕和Ф728管幕采用夯管法施工工藝，精度控制在10cm以下。（4）鋼管夯通后利用風壓將管內土壤壓出，再填注自密實混凝土，形成鋼管混凝土帷幕。

3 夯管施工工藝流程

夯管施工包括測量放樣、設備安裝、鋼管夯進、取土、灌注混凝土等工序。其施工工序流程如圖1所示。

圖1 夯管施工工藝流程圖

4 夯管施工

4.1 管棚施工精度控制

管棚精度控制：水平±50㎜；垂向±50mm。沉降控制：高速路面容許最大沉降量30㎜，沉降坡度1‰，故因管幕施工造成的地面沉降應控制在10㎜內。

4.2 夯管施工

（1）施工順序及設備。先施工箱涵頂部管棚，頂部管棚施工完畢后，再施工箱涵兩側和中間的管棚，自上而下交替進行。施工前需先搭設支架，在支架上同時鋪設4條導軌，由西向東一次夯入。采用TT450夯錘，直徑為450mm/510mm（內徑/外徑），長度為2850mm，重量為2465kg，耗氣量為35m3，沖擊參數為180次/min，夯擊力為1160t/次；選用26.5m3空壓機。管棚施工采用0.3%的仰角與軸線夾角，防止夯進完成后遠端下沉。夯管作業的第一節鋼管應適當長些，以取得較好的導向作用。在管外壁均焊接互鎖式定位導向器，每根鋼管管首安裝切削環，保證鋼管夯擊時不被障礙物壓壞變形。

（2）測量放樣。在工作坑內測放出管棚的輪廓線，距離箱涵拱部開挖輪廓線10cm。

（3）設備安裝。①搭設夯管作業平臺。鋼管固定在工字鋼支架，工字鋼豎向放置，利用槽口承托鋼管，工字鋼根據鋼管直徑確定。下面鋪[10槽鋼，間距1m，槽鋼和工字鋼間用肋板焊接牢固，槽鋼固定在支架上，具體如圖2所示。②導向器及鋼管的安裝。第一，夯管導向器。引導后續鋼管的夯進方向，防止鋼管縫隙過大，鋼管焊接導向連接器。互鎖導向器示意圖如圖3所示。導向器采用10mm鋼板軋制，一側軋成鉤狀，便于與另一個導向器互鎖；另一側焊在鋼管上，導向器寬為6cm。第二，管材的預加工、安裝。為保證焊接質量，需將每段鋼管的兩端端口處打成30°坡口，在前端加焊15cm寬的切削鋼環，減少管壁與土壤的摩擦力，確保鋼管前端遇到障礙物不變形，如圖4所示。

圖2 夯管導向平臺示意圖

圖3 互鎖導向器示意圖

圖4 切削鋼環示意圖

（4）夯管作業程序。①采用吊車吊裝鋼管及夯錘。首先，在工作坑里搭設夯管導軌；其次，先將夯錘從工作坑上方吊下；再次，用吊車將夯錘吊運至需要的位置，先將夯錘放入導軌內，后使夯錘前端空出鋼管的位置；最后，將加工好的夯管擺放到夯管軌道上。②夯錘安裝的連接配件由供氣管、連接拉緊帶、出土器等組成。必須使錘體與夯管中心位置一致。③夯管為無縫鋼管，單根長度為12m，采用TT450夯錘帶土夯進，夯進動力由1臺大功率空壓機提供。④將夯管與夯錘擺放到軌道后，使夯管與夯入中心線重合，將互鎖導向器焊接到夯管兩側。夯入1m時停止，按照中心軸線復測，如有偏差立即糾正。⑤第一節管夯進后，拆除夯錘，采用電弧焊接接長夯管，夯管作業和夯管接長焊接交替流水作業。第1節夯管夯進的方向會影響最終方向，必須嚴格控制，開始時以較小夯擊力啟動，逐漸加大夯擊力，保持夯管、夯錘處于同一軸線上；保持夯錘和夯管的緊密連接，要隨時拉緊兩側的繩帶；要對作業平臺的水平進行監測，當導軌沉降超過3mm時，或夯管軸向偏差大于3mm時，停止作業，調正導軌和夯錘。

（5）取土、洗管。在打壓一端封堵管頭，留出打壓小管孔。利用氣壓將土石整體一次排出，最大氣壓不得超過0.7MPa，也可用高壓水槍將鋼管沖洗干凈。

（6）灌注混凝土。夯管施工完成后，在出露端封堵并焊接混凝土灌注管，安設排氣管，管口要求高于管棚10cm。利用輸送泵高壓灌注自密實混凝土，連接灌注管壓入自密實混凝土，壓力達到0.5MPa，穩定5～10min，封堵端口。自密實混凝土要做試件，同條件養護，待混凝土強度達到設計值90%以后再進行下一道工序施工。

（7）夯進方向及高程控制。①方向控制。第一，夯進過程中，時刻觀測夯錘中線與鋼管中線不發生偏離，若發生偏離可通過調整夯錘兩側拉索松勁校準。第二，導軌的穩固性、方向準確性是最關鍵的，安裝后的導軌應牢固，應經常檢查、校核，使用過程中不得有位移。第三，導軌安裝允許偏差應為頂面高程0～+3mm，軸線位置3mm。第四，在安裝夯錘時，保證夯錘與夯管同心同軸。第五，遵循勤勘測的原則，開始的兩根夯管要加密校核頻率，發現偏差糾正過來。第六，注意夯錘工作參數的調整，第一根管夯入土層應“輕錘慢進”，反復校核鋼管方向。第七，把好焊接關。鋼管端面必須平，切口平面垂直于管軸。為保證夯管的平直，接口焊接必須在鋼軌上進行，嚴禁將鋼管完全夯下導軌。②高程控制。在確定定位管下口高程符合設計圖紙后，由測量人員沿夯管基座邊線每2m設置一個木樁，放出導軌上邊高程+30cm的一條前高后低爬坡線，坡度根據施工現場土質情況而定，擺放枕木基座及導軌時參照這條高程線。待枕木碼放齊后，用水準儀復核高程及坡度，經細調后安放工字鋼導軌。

5 確保管棚安全穿越高速公路的措施

（1）進場施工前在高速公路管理部門辦理相關審批手續，對已探明和改移的纜線須進行有效的防護。（2）在夯進的過程中雖然不會破壞原狀土體的穩定性和整體性，但還是要對高速公路路基進行觀測。（3）施工監控。①監控原則。提供準確可靠的測量數據及結果，有效指導施工，保證高速公路安全。②測量數據在當天收集后，要及時對數據進行計算、整理分析結果以便及時指導施工。每天對監測項目觀測兩次，如出現異常現象需要加大觀測頻率，并及時向高速公路管理部門匯報。③現場監控測量項目。該項目主要是路面沉降、變形、橢變度等項目的監測。

6 施工效果

在直徑夯管超前支護加固后，在框架橋盾構機進行掘進工程中，對高速公路進行沉降、變形、橢變度等項目的監測，監測結果的累計變化值較小，路面沉降最大值為8mm，小于設計要求的20mm，有效確保了公路的運營安全，保證盾構頂進的順利進行，高速公路的路面變形量也得到了有效的控制。