市政給排水管道穿越既有鐵路技術探討

摘" 要：由于鐵路具有較強的特殊性，其無法向公路一樣進行改道施工，所以如果在不停止運行的條件下，實現(xiàn)管道鋪設施工操作，提高鐵路使用效果，是目前市政給排水管道施工的關鍵點。基于此，該文以泥水平衡頂管施工技術為主要研究對象，分析該施工技術使用優(yōu)點，明確市政管道下穿越鐵路線施工的注意事項，結合工程實例，將泥水平衡頂管施工技術應用到市政給排水管理施工方面，加固線路質(zhì)量，降低管道頂進施工對上述結構質(zhì)量帶來的影響程度，保證鐵路運營的安全性。

關鍵詞：市政給排水管道；下穿鐵路；線路加固；頂進護管；施工技術

中圖分類號：TU992.02" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）04-0151-04

Abstract： Due to the strong particularity of railways， they cannot be diverted for construction like highways. Therefore， achieving pipeline laying construction operations and improving the effectiveness of railway use without stopping operation is currently a key point in the construction of municipal water supply and drainage pipelines. Based on this， this paper takes the mud-water balance pipe jacking construction technology as the main research object， analyzes the advantages of the construction technology， and defines the matters needing attention in the construction of crossing the railway line under the municipal pipeline， combined with engineering examples， the mud-water balance pipe jacking construction technology is applied to the municipal water supply and drainage management construction to strengthen the line quality， reduce the influence of pipeline jacking construction on the above structure quality， so as to ensure the safety of railway operation.

Keywords： municipal water supply and drainage pipeline; underpass railway; line reinforcement; jacking protection pipe; construction technology

隨著城市現(xiàn)代化進程不斷深入，地下市政排水管道數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的形式，和城市地面既有建筑物、道路產(chǎn)生較強沖突性，很多管道工程被連接成管網(wǎng)，個別管網(wǎng)要在鐵路下進行穿越。因此，工作人員利用非開挖技術，能有效控制地表開挖量，甚至做到不開挖地面，大幅度降低對地面建筑物的影響程度，保證地面建筑物和道路能正常使用。如果在其他位置出現(xiàn)施工下沉現(xiàn)象，不會給道路、行駛車輛帶來嚴重影響，但在鐵路上對2條鋼軌下沉量提出更高要求，一旦傾斜和沉降量超過標準值，會產(chǎn)生嚴重的安全事故。加上鐵路線上有各種行車設備，如信號機、電氣化柱等設備，如果該環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，很容易產(chǎn)生連鎖反應，給整個社會經(jīng)濟造成嚴重影響。而頂管施工作為現(xiàn)代最常見的非開挖技術，不用進行開挖操作就能穿越地面鐵路。但值得注意的是，工作人員在施工中要全面控制施工條件，結合實際情況優(yōu)化施工技術方案，全面提升工程整體施工質(zhì)量[1]。

1" 泥水平衡頂管施工技術的優(yōu)點

頂管施工技術適應于市政管道施工方面。當頂管施工技術和其他地表物體相互沖突時，頂管施工技術能通過立體交叉方式，避免影響到其他物體正常運行，所以被廣泛應用到地下管道施工方面。頂管施工技術是指在不損壞地表結構基礎上， 通過液壓頂進裝置，利用擠壓、切削土體的方式，將管道鋪設在指定位置，將頂管作為基礎前端，等到頂進施工操作完成后，才能進行管道鋪設操作。主要原因是施工環(huán)境處于地下，采用頂管施工技術能在不影響上部交通和生活基礎上，完成整個施工操作任務。同時，為了提高鐵路運營的安全性，管道下穿鐵路施工最常用泥水平衡頂進施工技術。目前，泥水平衡頂管具有多樣化優(yōu)點：①土質(zhì)適用能力較強，能應用在地下水壓力較高、變化幅度較大的土質(zhì)；②能提高頂進面的穩(wěn)定性，降低頂進管道周圍的土地波動幅度，導致地面產(chǎn)生較小沉降；③通過將添加劑、水、黏土相互攪拌，形成高質(zhì)量泥水，經(jīng)過輸送管道被傳輸?shù)侥嗨摚嗨谕诰蛎嫔袭a(chǎn)生一層不透水泥膜，能有效避免泥水向挖掘面進行滲透。加上泥水自身具有較強壓力，能有效控制地下水壓力和土壓力；④刀盤切削下來的泥土傳輸?shù)侥嗨摵螅脭嚢铏C進行充分攪拌，通過泥水分離操作將挖掘土體分離出來，使過濾到土砂中的泥水，重新傳輸?shù)侥嗨摚瑥亩鴮崿F(xiàn)整個施工的閉環(huán)。

2" 工程實例

2.1" 工程概況

武漢江夏紙坊泵站至污水處理廠中間的傳輸管網(wǎng)，穿越整個京廣鐵路，頂管管道中心線和鐵路傾斜交叉，交角69°，傳輸管網(wǎng)采用雙排DN1220鋼管設計，最高工作壓力為0.5 MPa，管頂距離鐵路軌底距離為11.05 m。鐵路兩側頂管工作井和接收井間距控制在115 m。

2.2" 方案選擇

為了控制管道頂進施工技術對上部運行帶來的影響，要結合現(xiàn)場實際施工情況，采用泥水平衡法頂進施工。而想要實現(xiàn)施工中上端鐵路不間斷安全運營，在施工前期要加強線路穩(wěn)定性，利用D16甲型施工便梁架空線路，當列車在線路架空階段經(jīng)過時要進行限速。同時，綜合考慮到穿越鐵路線段施工屬性的特殊性，要注重降低后期管道運行鐵路的影響程度，結合頂進護管方式，在護管中鋪設各種傳輸管線。

2.3" 方案實施

2.3.1" 線路加固

在制定線路加固方案時，要提前上傳到鐵路部門進行審批，結合施工計劃內(nèi)容，計算鐵路封鎖時間。鐵路上有各種設備，如信號、通信、供電等設備，施工前要和其他設備管理部門進行討論，簽訂完整的安全協(xié)議，要求設備管理部門在頂進過程中全面檢查設備，提前做好應急準備工作。值得注意的是，在頂進施工中可能產(chǎn)生沉降操作，要合理限制列車速度，保證其低于45 km/h，在正常通過本施工段后，將其重新提升到最初運行速度。同時，本段線路加固要利用D16和D12甲型施工便梁架空線路，其中D12支墩應用枕木垛，D16支墩應用挖孔樁[2]。目前，線路加固施工操作流程如下：①澆筑便梁支撐。要合理控制支墩頂面標高，并在每個支撐安裝觀測柱。②提前抽出軌枕，科學調(diào)整軌枕間距，做好應力放散工作，保證軌枕和線路相互垂直，保證調(diào)整后的間距為670 mm。③建設橫梁。要在鋼軌和鋼橫梁中間位置安裝橡膠絕緣板，確保橫梁在中心位置，且垂直于線路，兩端相互平行。④縱梁施工。要通過軌道吊機輔助施工，將縱梁固定在臨時支墩上面。⑤組裝便梁。固定連接板和牛腿上的螺栓，定期檢查其是否出現(xiàn)松動現(xiàn)象，采用定位器固定其位置（圖1）。⑥安裝便梁限位裝置。利用便梁限位裝置緊固便梁，保證便梁自身穩(wěn)定性，并在其表面涂刷順序編號，確保編號標志的醒目性。同時，應用鋼尺測量便梁縱橫向位移距離。⑦布置便梁沉降觀測點。要提高觀察點的清晰性，根據(jù)順序進行編號[3]。

2.3.2" 護管頂進施工

在下穿越鐵路段頂管施工時，最常用泥水平衡頂管施工技術，綜合考慮穿越鐵路段施工的特殊屬性，避免管路運行給鐵路應用質(zhì)量造成嚴重影響。同時，利用頂進護管方式，在護管中鋪設轉輸管線。目前，標準轉輸管線外徑為1 220 mm，護管采用內(nèi)徑2 400 mm、壁厚240 mm、單節(jié)長度2 500 mm的規(guī)格，鋼筋混凝土頂管等級為III級，外徑規(guī)格為2 880 mm，護管總長度115 m，等到管節(jié)頂進位置達到指定位置后，要在管壁外側0.5 m范圍內(nèi)注入適量漿體，保護管道安全性[4]。在本工程施工過程中，采用破碎泥水平衡頂管機，頂進系統(tǒng)安裝4個300 t油頂，實現(xiàn)同步頂進操作，實時控制上述油頂?shù)捻斶M方向，避免其出現(xiàn)頂進操作失誤現(xiàn)象（圖2）。

1）初始頂進。是指將頂管從破洞到第三節(jié)混凝土管道全部推進土中。在頂管施工過程中，初始頂進質(zhì)量具有重要作用，其頂進質(zhì)量和整個頂管施工質(zhì)量有直接關聯(lián)。因此，工作人員在破洞前，要注漿加固洞口質(zhì)量，避免洞口土體出現(xiàn)塌方問題，注漿水灰比為1∶1，形成完整的水泥漿，正常氣溫養(yǎng)護期時間控制為7 d，但由于養(yǎng)護期時間過長，加固土體強度較高，無形中增加了機具穿越難度系數(shù)；而在注漿接收井洞口時，要摻和30%粉煤灰，養(yǎng)護時間控制在28 d，等到坡口處理后，要啟動頂管機刀盤，通過主頂油缸將頂管機緩慢推到土中，合理控制頂進速度，在頂管機左右側設置角撐，避免機殼出現(xiàn)大幅度旋轉。同時，將機頭后方混凝土管和機頭管相互結合，形成一個完整個體，合理控制頂進段的中線和高程，保證整個初始頂進工作順利進行。另外，要進行全面測量，將測量數(shù)據(jù)繪制成曲線。

2）合理調(diào)整頂管機刀盤轉速和扭矩。在頂進操作過程中，要根據(jù)頂進效果和土質(zhì)數(shù)據(jù)，科學調(diào)整刀盤轉速和扭矩。在正常情況下，刀盤要上升到高轉速、中低扭矩工作狀態(tài)，從而得到良好的泥水分離效果[5]。

3）泥水控制。在泥水平衡頂管施工過程中，要注重泥水管理操作質(zhì)量，提前計算最初頂進距離，計算泥水各種技術參數(shù)，如密度、流量、壓力等數(shù)據(jù)。經(jīng)過工作人員計算發(fā)現(xiàn)，其泥水流量要高于1.4 m3/min；泥水密度為1.1；泥水壓力為145 kPa。

4）頂進速度、糾正操作、頂進測量。頂進速度要控制在30～50 mm/min區(qū)間范圍。在初始頂進操作時，要每隔0.5～1.0 m距離測量一側，并做好詳細記錄工作，確定其施工質(zhì)量滿足標準后繼續(xù)頂進操作；每頂進2 m測量一次，遇到糾正環(huán)節(jié)每1 m測量一次，測量中要保證激光點和管道中心軸線在相同位置。目前，糾偏是利用激光經(jīng)緯儀進行測量，頂進施工中要全面觀測光靶上激光點的行走軌跡，科學預測機頭偏差方向。如果發(fā)現(xiàn)偏移距離超過20 mm，要利用液動裝置調(diào)整系統(tǒng)，保障掘進系統(tǒng)前部鉸接的機頭產(chǎn)生偏擺，從而調(diào)整鋪管方向。同時，在糾偏操作時，要對比機頭和機尾數(shù)據(jù)，控制回歸趨勢，合理控制頂進距離。糾偏控制通常采用糾偏千斤頂進行，共設置4個糾偏千斤頂，糾偏角度為2.5°，能實現(xiàn)全方位糾偏操作，每次糾偏角度不低于0.5°，保證曲率半徑能回到軸線上[6]。

5）觸變泥漿和填充注漿。首先，觸變泥漿。要保證頂管機頭外徑超過管道外徑10 cm，注漿后要建設泥漿環(huán)，將泥漿環(huán)設置在土體和管道中間位置，合理控制頂進施工中管道產(chǎn)生的摩擦阻力。而注漿操作要開始在頂管機后部第1節(jié)和第2節(jié)位置，全程通過閘門進行控制，保證管道前段在頂進中得到持續(xù)注漿填充。同時，在頂進操作時，要利用后期管節(jié)注漿孔進行補漿，補漿距離控制在2～5節(jié)管，合理設置補漿孔，保證漿液能緩慢注入到管道中，且注漿壓力低于管道上部土的承壓能力。其次，填充注漿。在管道頂進操作完成后，要填充管外壁和土層之間的空間，置換填充觸變泥漿層。注漿量要根據(jù)空隙體系控制，注漿壓力控制在0.1～0.3 MPa。

6）施工沉降監(jiān)督。在頂管施工過程中，要沉降監(jiān)測地表、鐵路行車設備、線路鋼軌等環(huán)節(jié)。其沉降監(jiān)測的主要目的是保證周圍建筑物的穩(wěn)定性，加強鐵路設備安全性，指導后期工程施工操作，給接下來的施工操作流程提供正確決策。因此，工作人員要將沉降觀察點設置在頂進方向的路面上，鐵路地段每條鋼軌都要設置一組沉降觀察點，非鐵路環(huán)節(jié)每隔15 m設置沉降觀測點。沉降觀察點是在管中心線左右側3 m位置，3點連接作為一組，并在電氣化柱上設置觀測點。隨著頂進操作流程正式實施，要進行相關沉降工作，應用水準儀檢測鐵路外的實際情況，結合施工人員地面檢查結果，分析地面是否存在下沉、開裂等問題，保證沉降觀測數(shù)據(jù)的準確性。同時，當頂管機頭在鐵路路基邊坡底部時，要開展鐵路監(jiān)測操作，檢查專業(yè)線路，安排專業(yè)人員目測鐵路線路，判斷線路水平方向，通過軌距尺丈量鋼軌軌距。利用水準儀定期觀測沉降觀測點，保證施工監(jiān)測操作能24 h實施，將監(jiān)測結果上報到上級部門，給接下來施工操作提供豐富的數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測情況判斷是否要調(diào)整頂力和頂進速度[7]。

7）鋪設管線。在鋪設護管時，要利用護管后部的頂進設備，將傳輸管道應用到指定位置。同時，在推入管道前，要將300 mm粗砂作為基礎鋪設在護管內(nèi)部，并在周圍安裝適量圓木，保證軌道施工順利進行。在推進首段管節(jié)下鋪設枕木，通過微調(diào)管道控制鋪設角度，確保首節(jié)管道前端呈現(xiàn)仰角，避免推進中前頭向下，影響到粗砂基礎厚度。使用粗砂填充傳輸管道和護管之間的間隙，加強護管的穩(wěn)定性。在施工中，要使用鋼板將護管后端封堵，鋼板頂部預留200 mm排氣孔，護管前端隨著灌砂數(shù)量增加，被完全封堵，灌砂應用砂子自重連接滑管進行逐層灌注[8]。

3" 結束語

綜上所述，結合實際情況優(yōu)化施工技術方案，全面提升工程整體施工質(zhì)量。基于此，本文將泥水平衡頂管施工技術應用于市政給排水管理施工中，結合工程實例，以泥水平衡頂管施工技術為主要研究對象，分析該施工技術的使用優(yōu)點，明確穿越鐵路線在市政管網(wǎng)下施工的注意事項，加強線路質(zhì)量，減少因管道定頂施工而影響上述結構質(zhì)量的程度，確保鐵路運行安全。

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