管幕法框架施工下穿既有線對接既有涵技術研究

李少先

（中鐵二十五局集團有限公司 廣東廣州 510600）

1 引言

隨著我國建設行業(yè)高速發(fā)展，涉及交叉、上跨、下穿甚至相互穿插的工程項目越來越多。管幕法由于地層變形控制好、不影響地面交通、施工安全性高，被廣泛采用。本文結合佛山大瀝河東中心路下穿隧道工程，通過對支護、支撐、對接原涵洞方案進行研究，制定出下穿既有線鐵路框架涵現(xiàn)澆施工方案，確保了營業(yè)線安全運行，并與既有下埋框架涵精準對接。

2 施工總體步驟

佛山大瀝河東中心路下穿隧道及引道工程位于佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)。11＃框架中心里程位于貴廣南廣高鐵三眼橋L1線K0＋297處。框架凈寬13.5 m，凈高6.7 m，邊墻寬1.2 m、長15.5 m。9＃～10＃現(xiàn)澆框架與貴廣鐵路同步實施完成。貴廣鐵路已于2014年12月正式運營。由于高鐵聯(lián)絡線L1提前接入廣州站，無法按原設計進行11＃框架施工，現(xiàn)將原設計11＃框架現(xiàn)澆施工調(diào)整為直徑900 mm管幕門式防護，分段現(xiàn)澆。框架與鐵路位置關系如圖1所示［1］。

圖1 框架與鐵路位置關系

3 管幕法框架涵施工技術

3.1 施工工藝流程

管幕法框架涵施工工藝流程如圖2所示。

圖2 管幕法框架涵施工工藝流程

3.2 注漿加固及線路架空

加固施工分為路基固化、L1線路加固。路基固化采用注漿法，注漿范圍為L1聯(lián)絡線、南廣左線路基管幕施工范圍外10 m。南廣左線注漿固化深度為路基機床以下6 m，L1聯(lián)絡線路基基床以下12 m［2］。L1聯(lián)絡線采用D16＋D24＋D24＋D16鋼便梁加固，采用枕木垛及P50鋼軌對線路按3-5-3形式扣軌加固。施工C30混凝土支墩，兩孔跨框架鋼便梁支墩采用人工挖孔樁基礎，中間樁設置在新建11＃框架兩幅之間。

（1）注漿加固路基

注漿前探明所有地下管線，進行避讓。根據(jù)施工放樣的點位，鉆機吊運到位后調(diào)整鉆機使其符合垂直和水平度要求。制漿、注漿設備同步進行安裝，注漿管線需滿足使用需要且保障注漿管口壓力［3］。根據(jù)配比設計現(xiàn)場配置漿液，嚴格控制水灰比，攪拌時間控制在5 min左右，攪拌結束后將水泥漿置入存漿罐中［4］，并不斷進行人工復攪，避免漿液沉淀。

按照規(guī)定位置鉆孔至設計深度，進行正式注漿前，在現(xiàn)場不同地質(zhì)的注漿段落，選取2～3個樁位進行試注漿。結合設計要求，對注漿參數(shù)、設計注漿孔距進行驗證調(diào)整，水泥漿應一次連續(xù)壓入不得中途隨意停頓。

（2）人工挖孔樁施工

在慢行＋封鎖施工條件下施作樁基，挖孔作業(yè)由人工從上而下逐段采用掘進工具進行，一般地段以1.0 m為一施工段，易坍地層以0.5 m為一施工段。遇到堅硬土層或巖石時采用風鎬破碎，挖出棄渣及時運出線路路基外。挖孔樁護壁采用C30混凝土，砼現(xiàn)場拌制，護壁混凝土厚度為15 cm，每施工段下口處混凝土厚度同樣為15 cm［5］。樁基施工完成后，5處支墩同步實施。

（3）線路架空

D型便梁適用于既有線路或站場的橋涵施工，在不中斷行車的情況下，具有運輸和拆裝方便的特點。L1聯(lián)絡線利用D型鋼便梁架空，保證線路正常運營，同時避免后期框架施工沉降疊加超標影響正常使用［6］。

首先提前不少于一周對軌道應力進行釋放，在線路之間清理一條D型便梁擺放凹槽，按670 mm間距確定每根軌枕的具體位置，人工將橫梁穿至枕木間。用吊車將縱梁吊至聯(lián)絡線線路邊的走行軌上，再人工撥移至擋墻側，在指定位置緩慢落下縱梁，調(diào)整好位置和標高。縱梁吊裝就位后，根據(jù)實際縱梁位置人工撬撥調(diào)整橫梁位置，縱梁對稱布置于挖孔樁中心位置兩側，待縱梁墊穩(wěn)撐牢之后，安裝連結板S4及牛腿，并設置縱橫向限位裝置。線路按每一列一檢查，做好記錄，確保安全。安裝使用200 t汽車吊配合人工進行，如圖3所示。

圖3 D型便梁安裝

3.3 管幕工作井

工作井基坑采取鉆孔樁＋3道內(nèi)支撐支護，樁頂設置冠梁，樁外設3排φ700＠500 mm雙軸攪拌樁止水帷幕。鉆孔樁設置為φ1 250＠1 500 mm，樁間掛設鍍鋅鐵絲網(wǎng)。工作井沿豎向分層開挖，分層高度按2 m為一個階段。開挖過程中觀察工作井四周土層變化，監(jiān)測路基和軌道等情況；工作井井壁若有滲水現(xiàn)象，及時進行疏水，觀察滲水流量和水質(zhì)變化，必要時采取注漿封堵、加固以保持工作井壁穩(wěn)定。開挖結束后施作反力墻混凝土結構，反力墻表面應平整，千斤頂受力范圍內(nèi)垂直度允許偏差為 1／200。

3.4 管幕頂進施工技術

3.4.1 管幕布置

本工程采用小型盾構機管幕頂進施工。框架頂面及兩側使用φ900×16 mm熱軋無縫鋼管作管幕超前支護。框架頂部管幕長為23 m（36根），框架側面管幕長為21 m（24根），壁厚16 mm，凈間距按10 cm布置。沿平行于框架方向將φ900×16 mm的鋼管水平打設在土體里，相鄰管幕之間用角鋼鎖扣連接，管幕外側設注漿管［7］。

3.4.2 頂進設施安裝

導軌采用兩根型鋼制作加工，以便定位和支撐頂進鋼管。千斤頂軸線垂直于反力墻，并與頂進鋼管軸線平行，液壓千斤頂著力點垂直位于管幕斷面直徑的1／4處。千斤頂后座與反力墻貼緊，與頂管軸線垂直。千斤頂安裝不平行度不得超過3 mm，垂直方向不得大于2 mm。

本工程選用鐵建重工盾構機，是具備清障功能的特種管幕掘進設備。盾構機主要部件在工廠組裝調(diào)試后，運往施工現(xiàn)場，采用吊裝方式現(xiàn)場拼裝。盾構機和管線連接完畢后，進行空載調(diào)試，并根據(jù)實際測得參數(shù)進行校核［8］。空載調(diào)試設備正常后，進行盾構機負荷調(diào)試，檢查各種管線及其密封設備的負載能力。

3.4.3 盾構機始發(fā)

（1）準備工作

盾構機首次始發(fā)是整個管幕頂進最關鍵工序，在始發(fā)之前必須做好以下幾項準備工作：

①盾構機托架和反力架安裝。盾構機托架是盾構機的始發(fā)“基座”，必須確保位置準確無誤，才能保證盾構機進入預留洞口位置的精確度。反力架為盾構機掘進提供反力支撐，反力架必須牢固安裝。

②端頭加固。為避免盾構機始發(fā)階段由于刀盤對既有穩(wěn)定土層的擾動導致端頭位置坍塌或漏水等意外情況，必須對始發(fā)端頭進行加固，同時到達端頭也必須進行加固處理。根據(jù)始發(fā)和接收端各影響因素綜合分析，需選用不同的加固措施。

③洞門密封。采用簾布橡膠和折葉式壓板有效密封洞門。

（2）管幕頂進

①啟動設備推動盾構機頂進，切削的土體進入鋼管，通過小型托運機配合人工轉運至管幕工作井土箱后吊運至地表。

②鋼管在工作臺導軌上完成管節(jié)對接焊接工作，管節(jié)對接焊接需滿足相關要求。

③頂進過程中根據(jù)地質(zhì)條件，適當調(diào)整千斤頂推力保證平穩(wěn)推進，按預定方向準確掘進。

④管幕頂進精度由導軌安裝精度、頂進施工測量、頂管機激光測量導向及三級預警機制保證。

（3）全面復核

首管頂進到位全面復核管道預設位置，確保管道密貼兩端部支撐橫梁，且軸線偏位不超過10 cm，否則重新調(diào)整，以保障后續(xù)管道能夠順利就位。

3.4.4 注漿及混凝土填充

管幕頂進到位后，在頂部位置向下開孔，側面位置管幕向左右兩邊開孔，進行注漿處理。管幕內(nèi)及時進行C30自密實微膨脹混凝土填充，以加大管幕縱向剛度，并避免管幕局部出現(xiàn)應力集中。

3.5 開挖支護及框架施工

左右框架涵分幅施工，先拆（移）除10＃框架圍護樁及反壓土堆。單幅開挖寬度為17.2 m，分兩臺階先中后側4步開挖。施作HW175型鋼鋼架，噴18 cm厚C25混凝土［9］。開挖支護形式如圖4所示。

圖4 開挖支護形式（單位：cm）

（1）分臺階開挖①、②部，同時逐步施作初期支護和中隔壁臨時支護，架立框架鋼架并接長臨時鋼架，架設水平橫撐，復噴混凝土至設計厚度。

（2）分臺階開挖③、④部，靠管幕側采用鋼板與管幕焊接［10］。

（3）開挖端部的底部位置，臨時中隔壁鋼架噴射混凝土，保留底部臨時鋼支撐，灌注V部底板混凝土。

（4）監(jiān)控量測支護收斂穩(wěn)定后拆除臨時支撐，分次澆筑側墻Ⅵ部及頂板Ⅶ部混凝土，循環(huán)完成主體施工。

3.6 回填注漿

框架現(xiàn)澆完成后，強度達到設計強度100%且防水層制作完成后方可進行涵頂、涵背回填施工。采用C20混凝土進行框架涵頂、涵背回填，分層填筑、振搗密實［11］。監(jiān)測沉降量穩(wěn)定后拆除L1聯(lián)絡線加固D型鋼便梁，恢復線路。

4 關鍵技術要點

（1）監(jiān)控量測

變形監(jiān)測是現(xiàn)場判定支護結構、線路穩(wěn)定安全性的重要依據(jù)。本施工過程必測項目包括凈空變化、隧頂下沉、鐵路路基沉降、擋墻變化、軌道沉降、基坑穩(wěn)定、鋼架內(nèi)力等。現(xiàn)場根據(jù)監(jiān)測值對支護參數(shù)、施工進展進行動態(tài)調(diào)整，根據(jù)監(jiān)控量測結果確定既有線路搗固次數(shù)、開挖進尺、注漿壓力等，以最大限度減小地層變形。

監(jiān)測頻率根據(jù)施工進展情況確定，配備滿足觀測精度和量程要求的設備，且應具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）管幕頂進精度控制

管幕頂進橫縱向共分4段落，每段落首管頂進都需嚴格控制精度，確保到達預定位置，為支撐整體穩(wěn)定提供保障。首管就位頂部確保密貼兩端混凝土支墩，側面頂進端緊貼框架，末端緊頂原支護樁，后續(xù)管道通過鎖扣定位定向、依次實施。通過精準高程平面控制、激光測量導向和過程調(diào)整，確保框架空間精確，否則可能會引發(fā)支撐沉降、凈空不足、漏水等現(xiàn)象發(fā)生［12］。

（3）加固注漿

路基注漿需控制注漿質(zhì)量、過程壓力，避免注漿不足出現(xiàn)局部松軟，同時注漿壓力不能過大，防止出現(xiàn)地表鼓脹現(xiàn)象。注漿通過不同地質(zhì)試注和孔周圍取芯檢查，保障注漿整體加固質(zhì)量。頂管管體調(diào)整引起的土體擾動、隧道開挖發(fā)現(xiàn)的漏注、第一榀臨時支撐結構完成以及框架回填都需及時對路基或管幕周圍進行注漿補強，最大程度保障線路下方是一個穩(wěn)定“空間”。

5 結束語

針對河東中心路下穿隧道框架施工，采取多重加固支護形式，借鑒既有線路架空D型便梁施工技術、地鐵管幕施工技術，利用隧道法施工新建框架涵與原鐵路線路下方未完通道精準對接，達到框架涵順利接長、線路穩(wěn)定要求，為類似工程提供成功實例。