綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的施工技術要點分析

李勇、鄭偉、陳峰、陳清濤、龐佳斯

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100071）

0 引言

隨著綜合管廊及道路建設里程不斷增加，與既有鐵路相交的情況越來越多。為在穿越既有鐵路的施工過程中，確保既有鐵路的安全運行，頂推箱涵施工技術被廣泛應用。但在具體的施工建設中，還應加強下穿鐵路頂推箱涵施工技術的研究，完善綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的施工設計，從而在不影響高鐵交通運營的基礎上，保證施工作業(yè)的方便、快捷和安全。

1 項目概述

雄安容東管廊四標項目中，地面道路總長約7.3km，綜合管廊約2.49km，橋梁8 座。該綜合管廊建于地下，集電力、通信、燃氣、供熱、給排水等各種工程管線于一體，內(nèi)部設有電力艙、水信艙、能源艙、物流通道，是未來城市發(fā)展的重要基礎設施。由于該綜合管廊和該地區(qū)的既有高速鐵路相交，頂進下穿時的路基、箱涵就位、橋墩施工難度較大，需結合綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的施工技術要點規(guī)范施工。

2 綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的施工思路

為通過開發(fā)綜合管廊項目，充分利用地下空間，同時不影響高鐵運營安全，需要采用頂進下穿技術，采用“暗挖”的手法，使綜合管廊順利和高鐵橋墩相交。相關人員可基于《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》（TB 10182—2017）中的相關要求，控制具體施工活動中的各項參數(shù)。如綜合管廊頂進下穿時，高鐵橋墩墩臺的水平、豎向位移應控制在2mm以內(nèi)[1]。

雄安容東管廊四標項目實踐中，相關人員會依據(jù)雄安容東管廊的整體設計、所處區(qū)域，和城市鐵路相交的實際情況，制定頂進下穿施工方案。同時，由于該項目施工環(huán)境比較特殊，施工方要對整個頂進過程進行動態(tài)監(jiān)測，包括高鐵橋墩、地基結構變形和應力變化、頂進橋身的標高及方向偏差等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要在頂進下穿過程中及時反饋，以此作為后期工作的參考依據(jù)。具體的頂進下穿施工流程如圖1所示。

圖1 綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩施工思路示意圖

3 綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的施工技術難點

第一，綜合管廊屬于地下空間項目，管廊施工對環(huán)境會產(chǎn)生較大影響，會出現(xiàn)地表變形的情況，所以在頂進下穿高鐵橋墩施工時，地層變形風險較大。需要相關人員結合《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》（TB 10182—2017）和以往技術經(jīng)驗，提前建立BIM 模型，用3D 模型模擬管廊施工地層變形情況，提前優(yōu)化綜合管廊頂進下穿時的高鐵橋墩施工方案，預防地層變形隱患。

第二，由于項目地層參數(shù)、施工參數(shù)存在極大的不確定性，所以頂進下穿時的地層變形控制難度大，數(shù)值模擬僅能從總體上模擬管廊施工活動，和實際施工存在差異，需要建設方持續(xù)的對比、分析數(shù)值模擬、實測數(shù)據(jù)之間，獲取真實、完整的地層參數(shù)和施工數(shù)據(jù)，有效應用綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的施工技術方案[2]。

第三，管廊施工過程中地層移動、變形和施工時間息息相關，地層任一點地移動屬于時間函數(shù)，時間增長時，地層沉降、移動問題較為突出。為此，項目方需考慮地層移動期間的時間過程，為綜合管廊開挖下穿時的運營線路制定明確的控制標準，確保高鐵橋墩施工參數(shù)、支護、地基加固措施的可靠性，有效控制地層變形風險，減小頂進下穿對既有高鐵構筑物的影響。

第四，高鐵橋墩墩臺結構多為“群樁樁基礎結構”，頂進下穿時管廊和橋墩承臺的距離較近，對于大截面的綜合管廊，管廊結構頂進會直接擾動橋墩樁基礎周圍的土層。因此，還應在預加固橋墩承臺地基的基礎上，控制好承臺中心點的沉降問題，同時對綜合管廊頂進施工后的土層擾動情況展開模擬分析。

4 綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的施工技術要點

4.1 頂進圍護樁施工

在雄安容東管廊四標項目中，為避免綜合管廊施工時的下穿頂推力、震動導致高鐵橋墩、既有鐵路路基出現(xiàn)形變問題，還應在頂進時，在綜合管廊的頂推箱涵周圍布設圍護樁，具體施工技術要點如下。

第一，對高鐵橋墩、頂推區(qū)域進行測量放線后，將鉆機就位，并使用鉆孔設備在既有鐵路橋墩頂板結構上成孔。成孔后再次測量放線，確定圍護樁的具體點位，將其引入既有鐵路結構內(nèi)部后，利用鉆孔下放“鋼護筒”，抵達橋墩結構底板下方100cm 后，焊接固定既有結構間隙和鋼護筒[4]。

第二，制備封堵水泥漿液，在圍護樁底標高處鉆孔，并用配置好的泥漿封堵、密閉鋼護筒。隨后下放鋼筋籠并用混凝土漿液灌注，形成“鉆孔灌注樁”和基底旋噴支撐柱的工程支護體系。雄安容東管廊四標項目中，上層1m 范圍內(nèi)基坑采用放坡開挖；1m 以下基坑采用雙排鉆孔樁進行防護，兩排樁間距3m，冠梁層設1m 寬連梁。前排φ1000mm@1300mm、樁長18m；后排φ1000mm@2600mm、樁長14m，兼做后背樁使用。另外，安全保護區(qū)范圍外采用單排支護樁，φ1250mm@1600mm、樁長25m，頂部布設1.25m 寬、1m 厚冠梁。

第三，灌注樁施工現(xiàn)場，高鐵橋墩下的支護樁、綜合管廊頂進時的圍護樁灌注結束后，還應加強高鐵橋墩支撐、圍護結構的保護力度，同時同步澆筑后背樁頂冠梁、連梁結構，確保支護樁、圍護樁連接的整體性。

4.2 開挖支護

綜合管廊頂進范圍內(nèi)灌注樁施工結束后，還應在綜合管廊、高鐵橋墩的頂進坑內(nèi)進行開挖支護施工。頂進坑內(nèi)的支撐方法是設置2 道φ508（t=16mm）鋼管支撐，預加力400kN，鋼筋混凝土支撐結構，坑壁支護采用掛網(wǎng)噴錨混凝土進行支護。由于綜合管廊地下開挖深度較大，所以每開挖2m 需支護一次。

首先，首層頂進坑開挖時，可用挖掘機開挖為主，輔以人工修正，開挖深度超過2m 后，設置第一道內(nèi)支撐。首層開挖支護結束后，開挖第二層頂進坑，開挖深度大于2m 后進行二次支護。

其次，頂進坑開挖支護時應遵循“先支護后開挖”“分層開挖”的原則。坑壁支護施工時，當頂進坑開挖深度超過4m 后，應采用人工開挖方法，避免開挖時擾動高鐵橋墩處的土層。為避免頂進坑壁存在“塌孔”現(xiàn)象，必要時可應用“單側開挖支護工藝”，先開挖一層的頂進坑，支護后，在混凝土強度為設計強度的80%后，開挖另一層頂進坑并支護[5]。

最后，綜合管廊頂進坑四周還應提前留設三角土護坡，且坑內(nèi)每層開挖厚度不得超過2m，開挖深度和設計坑底約3m 時人工開挖、找平，隨后及時封閉坑底，避免出現(xiàn)超挖情況。

4.3 頂進施工

頂進施工是綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩施工技術的核心內(nèi)容，頂進工藝、土質(zhì)條件、綜合管廊覆土深度、高鐵動荷載都可能引起橋墩土層沉降變形。因此，相關人員應全方位地完善頂進施工流程，合理應用頂進設備、輔助裝置。

第一，設置頂進設備。根據(jù)項目實際情況，配置對應規(guī)格的頂鐵、頂柱或頂管，頂進設備包括高壓油泵、頂鎬、挖掘機、自卸翻斗車。頂進施工過程中安放頂鐵、頂柱時，還應使其軸線一致、長短、位置保持一致。頂鐵長度一般為4m、2m、1.2m 等，拆裝后可采用吊車配合安放。頂鐵或頂柱需要和高鐵立交橋軸線相互平行，橋梁橫梁結構需要和頂柱、頂管垂直。頂進時，施工人員需時刻留意頂柱受力情況，填土碾壓時，使填土厚度、底板相同。

第二，頂進前挖土。為控制頂進方向、綜合管廊的頂進高程，預防頂進偏差，在應用頂管、頂柱前還需在頂進前挖土。需要注意的是，頂進施工作為綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的關鍵內(nèi)容，正式頂進前還應進行試頂。試頂頂力為高鐵橋墩自重的0.8～1.2 倍。試頂進期間，還應派專人檢查頂進設備、后背、橋體結構，確定頂進施工時的頂進參數(shù)。隨后進行頂進施工，頂進時應堅持“先頂后挖”原則。即檢查萬頂鐵的平直度后，緩慢頂進，待頂管、頂樁和相關結構密切接觸后適當增加頂進速度。

第三，頂進受阻時應用觸變泥漿減阻。比如在頂管頂進施工作業(yè)中，管道頂進和管壁、土壁的摩擦力會導致頂進非常困難，所以可注入觸變泥漿的方式，使管壁、土壁形成泥漿套，在保證泥漿不外流的前提下，封閉頂進坑壁，使頂管順利頂進。施工人員配置好觸變泥漿后，可隨頂進作業(yè)注漿，土體和頂管之間會產(chǎn)生泥漿環(huán)，約20～30mm。觸變泥漿的主要材料為膨潤土，基本的配合比如表1所示。

表1 頂進施工時觸變泥漿的常見配合比

第四，框架橋頂進。雄安容東管廊項目中，高鐵框架橋頂程35m，頂進前端應根據(jù)按1∶1.3 進行放坡。頂進施工需要嚴格控制每次的土方開挖量，同時監(jiān)測頂進施工現(xiàn)場的實際情況，靈活地調(diào)整頂推力、頂進方向。頂進過程中一般需要應用高壓油泵，配合千斤頂形成頂推力，推動綜合管廊下穿后的橋梁箱身前進。每頂進1m 左右，應用挖掘機、自卸翻斗車出土，頂進坑內(nèi)出土清理完畢后，再次頂進并反復循環(huán)。

第五，為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性，還應使用高精度測量儀器，在頂進作業(yè)中進行施工測量。比如監(jiān)測頂進方向、箱涵就位情況，同時用高精度全站儀控制頂進軸線而減少偏差，測量頻率為每3m 測量1 次。綜合管廊下穿區(qū)域頂進結束后，測量頂進區(qū)域頂管、頂柱的軸線位置和實際高程。然后結合實際情況進行糾偏。

由于該項目施工環(huán)境復雜，綜合管廊穿越地層時，頂管受力、高鐵橋墩受力會受多種因素的影響，所以還應在頂進期間應用糾偏技術，避免頂進軸線偏離所設計的基準線，爭取做到頂進過程中糾偏、小角度逐步糾偏的方式。糾偏方法包括：超挖糾偏法、頂木糾偏法、千斤頂糾偏法等。頂進偏差較小時，可采用超挖糾偏法，即在頂管偏向的相反側超挖，偏向側不超挖，逐步地糾正頂管方向和位置。頂進偏差大于2cm 時，采用頂木糾偏法，用方木、圓木輔助糾偏。

第六，挖土及出土。頂進施工中，由于高鐵橋墩施工無法進行常規(guī)開挖工藝，所以在綜合管廊箱涵頂進過程中需應用地表、頂進坑內(nèi)雙出土模式。即縱向開挖、頂進后及時取土，由自卸翻斗車裝車外運。頂進點同時配有裝載機，外運剩余的土方。頂進出土時，施工人員應注意預留頂進坑內(nèi)的刃角土，避免高鐵橋墩兩側坍塌。兩側刃角墻體結構一般采用人工開挖，可避免橋墩施工中因橋體吃土過多而引起塌陷。

第七，頂進施工結束后，還應及時頂進箱涵的混凝土后背拆除，補齊兩側刃角。完成頂進作業(yè)后，將箱涵后背梁、混凝土樁體拆除，然后回填頂進坑。隨后在頂進就位后，將刃角混凝土鑿毛處理，同時設置補強鋼筋和兩側刃角焊接。刃角底板下需要鋪設C30混凝土墊層，墊層厚度30cm，底板、側墻同時澆筑。澆筑完畢后，分層回填刃角背部土方，并檢測回填密實度。為增加后靠背處的地面荷載，可在箱涵頂進區(qū)域壓上鋼錠，隨后用工字鋼作為箱涵后靠背的墻墊，封堵混凝土后背后端結構，并澆筑混凝土，使箱涵后座墻形成整體結構。

5 結語

綜上所述，針對綜合管廊和既有高鐵相交的復雜環(huán)境，相關人員需要采用頂進下穿工藝，完成綜合管廊和高鐵橋墩相交區(qū)域的建設任務，將綜合管廊頂進下穿高鐵橋墩的質(zhì)量指標控制在合理范圍內(nèi)。在此過程中，相關人員需要重點監(jiān)測地層變形、地層移動風險，強化頂進下穿高鐵橋墩時的開挖支護、基地加固力度，確保頂推施工的安全性，為綜合管廊和既有鐵路相交后的施工作業(yè)提供支持。