宋廣成，于厚文

（1.遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000；2.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

大直徑輸水管道穿越高鐵套管頂進施工

宋廣成1，于厚文2

（1.遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000；2.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

輸水管道穿越既有高鐵必須設(shè)置防護套管，文中工程首次采用大直徑套管穿越高鐵工程實踐，介紹了套管頂進工藝流程、關(guān)鍵工序施工方法、工程測量和質(zhì)量控制等，供同類工程借鑒。

套管；頂進施工；大直徑；輸水管道

1 工程概況

輸水管道共有4條管道，分別由八寶屯特大橋第126—129孔穿越，交叉處鐵路中心里程為K810+419.30 m，管線與京哈高鐵的交叉角度為60°。管道由套管和鋼管組成，鋼管直徑為準3 220 mm，外套DN4 000×3 000H8頂管，套管內(nèi)徑4.0 m，壁厚0.4 m，單節(jié)長3.0 m，設(shè)計覆土厚度按照1.2 m考慮，每條線頂管長63.0 m。套管采用掘進式頂進法施工，頂進前端設(shè)導(dǎo)向機頭，吃土頂進。

2 關(guān)鍵工序施工操作要點

工藝流程：場地布置→設(shè)置后背樁及冠梁→工作坑開挖→設(shè)置后背→安設(shè)導(dǎo)軌→安裝后頂座及機械設(shè)備→試頂及各項準備工作檢查→頂進套管（中途測量）拆除機具→清理現(xiàn)場。

2.1 工作坑開挖

1）施工區(qū)地下水豐富，基坑底處于地下水2 m以下，基坑邊一側(cè)存在既有水田。

2）工作坑局距穿越的既有高鐵要有一定的安全距離，并取得鐵路部門同意。

3）基坑開挖采取分層開挖，開挖過程中集水坑安設(shè)于后背樁中間，防止抽水過程中出現(xiàn)基坑邊坍塌。待開挖完畢后，將集水井設(shè)置在離既有水田基坑邊的另一側(cè)。

2.2 導(dǎo)向軌和頂進設(shè)備安裝

滑板上預(yù)埋錨栓與導(dǎo)軌進行焊接，滑板底部每間隔2 m設(shè)一道地錨梁，共4道。根據(jù)管底設(shè)計高度，將導(dǎo)軌基礎(chǔ)按照管底的設(shè)計高度進行布置，鋪設(shè)坡度為3‰（上坡）。導(dǎo)軌采用60 kg鋼軌導(dǎo)軌，安放在混凝土基礎(chǔ)面上，導(dǎo)軌定位必須穩(wěn)固、準確，兩根軌道必須相互平行、等高，導(dǎo)軌面上的中心標高按頂管管內(nèi)底標高設(shè)置。在頂進中經(jīng)常觀測調(diào)整，以確保頂進軸線的精度，導(dǎo)軌安放前先校核管道中心位置。為保證導(dǎo)向高程偏差，進行以下修整：

1）頂進施工過程中線路有時會發(fā)生導(dǎo)向軌磨損現(xiàn)象，為防止這種情況發(fā)生需采取一些預(yù)防措施：導(dǎo)向軌改為2 m一節(jié)，每節(jié)之間采用高強螺栓進行連接，其中導(dǎo)向軌的原材使用Q335型鋼雙拼加固；在頂板處增加3 cm厚鋼板進行加固；采用CO2氣體保護焊焊接；對于導(dǎo)向軌磨損嚴重位置，使用千斤頂將套管頂出該段部位，然后再進行更換；導(dǎo)向軌加工過程中，增加橫梁強度以防止橫向變形，而使得套管下沉。

2）打磨接觸面：采用打磨機將原先棱角打磨為圓角，其圓弧直徑為4.8 m。打磨之前對打磨位置進行測量，保證其在同一平面內(nèi)。

3）固定鋼軌：在施工時，為了防止實際鋼軌在頂進期間內(nèi)發(fā)生橫向的移動，橫梁之上添加角鋼；導(dǎo)軌通常情況下由很多片組成，由于鋼軌截面為工字型，不易焊接，采用等邊角鋼或高強螺栓等措施來固定幾片導(dǎo)軌，保證鋼軌的整體性。

2.3 后背墻

后背墻作為千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)，必須有足夠的強度和剛度，壓縮變形要均勻。為保證后背墻受力均勻，在頂進設(shè)備后增加10 cm厚鋼板，安裝在頂進設(shè)備后側(cè)。

2.4 頂進配套設(shè)備

1）糾偏頂進機頭選型。糾偏頂進機頭是頂管的關(guān)鍵機具之一，其主要作用為掘進、防塌、岀泥、導(dǎo)向。根據(jù)管線穿越地層為粉質(zhì)黏土，含水層位于頂管中軸線左右。該工程選用的工具管為雙節(jié)工具管。

2）主定設(shè)備選型。根據(jù)頂力的要求，同時考慮套管的接觸面大小，采用12臺300 t油壓千斤頂，千斤頂頂程為2 000 m。此次頂進最大頂力為2 840 t，12臺主頂固定在型鋼制作的千斤頂支架上，支架焊接在基坑底的橫梁上，千斤頂頂力為均勻。

3）頂鐵部分兼顧出土區(qū)域，分別采用14 mm、20 mm厚Q345鋼板卷制而成，外徑4.478 m，內(nèi)徑4 m，上部開2 m出土口。

2.5 套管頂進

1）在首節(jié)套管前安裝導(dǎo)向機頭，采用機頭切土頂進的方法。當導(dǎo)向機頭頂入土內(nèi)400～600 mm后，采用小型挖掘機開挖，只開挖機頭刃角內(nèi)的土方，土方在管內(nèi)采用電力斗車進行運輸，土方在工作坑采用吊車進行垂直運輸。管道下面135°范圍內(nèi)不得超挖，一定要保持管壁與土基表面吻合。

2）頂進過程中選用12臺300 t千斤頂，水平對稱設(shè)置于基坑內(nèi)。

3）套管頂進前根據(jù)管徑及長度計算出土量，并計算出每頂進0.5 m所需的計劃出土量，從而控制頂進期間的實際出土量（虛方量按30%計算），防止土方超挖。并在頂進期間記錄出土?xí)r間及出土量。

4）減阻措施：為減少套管與土之間的摩擦阻力，在管外壁上，均勻涂刷石蠟和機油熬成的潤滑劑，以減少套管頂進中對后背的阻抗力矩。

5）精度調(diào)整：在導(dǎo)向機頭內(nèi)安裝8臺180 t液壓千斤頂，對精度隨時調(diào)整。若圓管頂進過程中出現(xiàn)向左（向右）的偏轉(zhuǎn)，可開動左部4臺（右部4臺）液壓千斤頂，使導(dǎo)向機頭向右（向左）調(diào)整方向，進行糾偏；若圓管頂進過程中出現(xiàn)向上（向下）的偏轉(zhuǎn)，可開動上部4臺（下部4臺）液壓千斤頂，使導(dǎo)向機頭向下（向上）調(diào)整方向，進行糾偏。

6）分級頂進：由于施工中，鋼管分節(jié)安裝并頂進，所以為防止作業(yè)頂力過大導(dǎo)致套管偏差，采取分級頂進，分級頂進原則根據(jù)每次安裝管節(jié)的總推力進行分級。

3 套管頂進測量

3.1 軸線測量

1）用架設(shè)在工作坑內(nèi)的激光經(jīng)緯儀在有效激光發(fā)射范圍內(nèi)用激光在管內(nèi)底部投放兩點——A和B（見圖1），兩點間距離為L，按同上方法在頂進管道洞口處量出管內(nèi)底中心線位置E點，E點高程為管道進洞圖紙設(shè)計高程，用水準儀在管道內(nèi)相對E點的基礎(chǔ)上分別測量出A與B兩點的高程 HA，HB。

2）在管道內(nèi)B點上架設(shè)全站儀，A上架設(shè)棱鏡。首先用全站儀測量出A與B兩點間的距離為L，假定坐標系，設(shè)A點為原點，管道的頂進方向為X軸，頂進方向偏差為Y軸，因此圖 1所示 A 點坐標為（0，0，HA），B 點坐標為（L，0，HB）。同時用鋼卷尺量出儀器高和棱鏡高，在全站儀測量模式下對應(yīng)測站和后視輸入A與B兩點坐標以及相應(yīng)的儀器高和棱鏡高，經(jīng)過測量定向，無誤后在C點假設(shè)棱鏡，在儀器模式下輸入 C 點棱鏡高，測量出 C 點坐標為（L，a，HC）（見圖 1）。

圖1 測量轉(zhuǎn)點示意圖

3.2 高程測量

由一施工水準點抄出各點高程，再核驗各點的相對高差是否同設(shè)計高程差值相符，最后以另一施工水準點驗測樁點中任意兩個。以上每一步驟如有不合格或差值過大者，立即查明原因并重測直至合格。每一步放線數(shù)據(jù)、驗測值均以書面形式留存。

3.3 沉降和位移觀測

頂管施工時工作坑受力很大，容易引起井體沉降和位移，同時間接影響到頂管測量的精度，因此在頂管開始前就在井上設(shè)置沉降及位移觀測點，測量出原始數(shù)據(jù)，并做好記錄，所以頂管一開始就要對頂管工作坑進行有周期的沉降和位移觀測，直至頂管施工結(jié)束。

4 頂進施工質(zhì)量保證措施

4.1 導(dǎo)軌的安裝

導(dǎo)軌材料必須順直，安裝時嚴格控制高程、軌距及中心線，按管節(jié)的外徑制作弧形樣板，檢查導(dǎo)軌鋪設(shè)的誤差。導(dǎo)軌高程及軌距允許誤差為±2 mm，中心線允許誤差3 mm，管節(jié)外徑距底板面不得小于20 mm。

4.2 管節(jié)頂進

在頂進首節(jié)套管時，每頂進200～300 mm，對中心線及高程測量一次，其后每頂進400～600 mm測量一次。工作坑內(nèi)設(shè)置穩(wěn)固的水準點，以便測量及時校核。

4.3 防止地下涌水、涌砂

為防止涌水、涌砂，頂進施工前，在管道兩側(cè)施工止水帷幕，止水帷幕咬合樁樁長9 m，穿透承壓水層，在管道底部施工高壓旋噴樁對地基進行固化處理，防止地下承壓水涌出。

4.4 防止管道上浮

由于管道頂部覆土較薄，管道容易上浮，為防止管道上浮，在頂進過程中及時將開挖土方回填至管道頂部，增加管道頂部重力。回填時，注意做出5%的橫坡，也可防止上部積水，避免影響頂進施工。

5 結(jié) 語

頂管施工是一種先進的地下管道非開挖敷設(shè)技術(shù)，但在我國起步較晚，尤其是穿越高鐵項進技術(shù)。通過遼寧省重點水利工程穿越高鐵根據(jù)工程特點和地質(zhì)條件，合理選擇頂管設(shè)備和工藝，并對各工序進行精心控制，成功實現(xiàn)穿越高鐵套管頂進施工技術(shù)，對同類工程具有借鑒作用。

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