李勇、鄭偉、陳峰、陳清濤、龐佳斯

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100071）

0 引言

隨著綜合管廊及道路建設(shè)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(yùn)行，頂推箱涵施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用。但在具體的施工建設(shè)中，還應(yīng)加強(qiáng)下穿鐵路頂推箱涵施工技術(shù)的研究，完善綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩的施工設(shè)計，從而在不影響高鐵交通運(yùn)營的基礎(chǔ)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(biāo)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?xì)?、供熱、給排水等各種工程管線于一體，內(nèi)部設(shè)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(chǔ)設(shè)施。由于該綜合管廊和該地區(qū)的既有高速鐵路相交，頂進(jìn)下穿時的路基、箱涵就位、橋墩施工難度較大，需結(jié)合綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩的施工技術(shù)要點(diǎn)規(guī)范施工。

2 綜合管廊頂進(jìn)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(yùn)營安全，需要采用頂進(jìn)下穿技術(shù)，采用“暗挖”的手法，使綜合管廊順利和高鐵橋墩相交。相關(guān)人員可基于《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》（TB 10182—2017）中的相關(guān)要求，控制具體施工活動中的各項參數(shù)。如綜合管廊頂進(jìn)下穿時，高鐵橋墩墩臺的水平、豎向位移應(yīng)控制在2mm以內(nèi)[1]。

雄安容東管廊四標(biāo)項目實(shí)踐中，相關(guān)人員會依據(jù)雄安容東管廊的整體設(shè)計、所處區(qū)域，和城市鐵路相交的實(shí)際情況，制定頂進(jìn)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(jìn)過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，包括高鐵橋墩、地基結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力變化、頂進(jìn)橋身的標(biāo)高及方向偏差等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要在頂進(jìn)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(jìn)下穿施工流程如圖1所示。

圖1 綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩施工思路示意圖

3 綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩的施工技術(shù)難點(diǎn)

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(jìn)下穿高鐵橋墩施工時，地層變形風(fēng)險較大。需要相關(guān)人員結(jié)合《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》（TB 10182—2017）和以往技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)下穿時的高鐵橋墩施工方案，預(yù)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(jìn)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(shí)際施工存在差異，需要建設(shè)方持續(xù)的對比、分析數(shù)值模擬、實(shí)測數(shù)據(jù)之間，獲取真實(shí)、完整的地層參數(shù)和施工數(shù)據(jù)，有效應(yīng)用綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩的施工技術(shù)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(guān)，地層任一點(diǎn)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(yùn)營線路制定明確的控制標(biāo)準(zhǔn)，確保高鐵橋墩施工參數(shù)、支護(hù)、地基加固措施的可靠性，有效控制地層變形風(fēng)險，減小頂進(jìn)下穿對既有高鐵構(gòu)筑物的影響。

第四，高鐵橋墩墩臺結(jié)構(gòu)多為“群樁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”，頂進(jìn)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(jié)構(gòu)頂進(jìn)會直接擾動橋墩樁基礎(chǔ)周圍的土層。因此，還應(yīng)在預(yù)加固橋墩承臺地基的基礎(chǔ)上，控制好承臺中心點(diǎn)的沉降問題，同時對綜合管廊頂進(jìn)施工后的土層擾動情況展開模擬分析。

4 綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩的施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 頂進(jìn)圍護(hù)樁施工

在雄安容東管廊四標(biāo)項目中，為避免綜合管廊施工時的下穿頂推力、震動導(dǎo)致高鐵橋墩、既有鐵路路基出現(xiàn)形變問題，還應(yīng)在頂進(jìn)時，在綜合管廊的頂推箱涵周圍布設(shè)圍護(hù)樁，具體施工技術(shù)要點(diǎn)如下。

第一，對高鐵橋墩、頂推區(qū)域進(jìn)行測量放線后，將鉆機(jī)就位，并使用鉆孔設(shè)備在既有鐵路橋墩頂板結(jié)構(gòu)上成孔。成孔后再次測量放線，確定圍護(hù)樁的具體點(diǎn)位，將其引入既有鐵路結(jié)構(gòu)內(nèi)部后，利用鉆孔下放“鋼護(hù)筒”，抵達(dá)橋墩結(jié)構(gòu)底板下方100cm 后，焊接固定既有結(jié)構(gòu)間隙和鋼護(hù)筒[4]。

第二，制備封堵水泥漿液，在圍護(hù)樁底標(biāo)高處鉆孔，并用配置好的泥漿封堵、密閉鋼護(hù)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(hù)體系。雄安容東管廊四標(biāo)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(jìn)行防護(hù)，兩排樁間距3m，冠梁層設(shè)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(hù)區(qū)范圍外采用單排支護(hù)樁，φ1250mm@1600mm、樁長25m，頂部布設(shè)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(hù)樁、綜合管廊頂進(jìn)時的圍護(hù)樁灌注結(jié)束后，還應(yīng)加強(qiáng)高鐵橋墩支撐、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保護(hù)力度，同時同步澆筑后背樁頂冠梁、連梁結(jié)構(gòu)，確保支護(hù)樁、圍護(hù)樁連接的整體性。

4.2 開挖支護(hù)

綜合管廊頂進(jìn)范圍內(nèi)灌注樁施工結(jié)束后，還應(yīng)在綜合管廊、高鐵橋墩的頂進(jìn)坑內(nèi)進(jìn)行開挖支護(hù)施工。頂進(jìn)坑內(nèi)的支撐方法是設(shè)置2 道φ508（t=16mm）鋼管支撐，預(yù)加力400kN，鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)，坑壁支護(hù)采用掛網(wǎng)噴錨混凝土進(jìn)行支護(hù)。由于綜合管廊地下開挖深度較大，所以每開挖2m 需支護(hù)一次。

首先，首層頂進(jìn)坑開挖時，可用挖掘機(jī)開挖為主，輔以人工修正，開挖深度超過2m 后，設(shè)置第一道內(nèi)支撐。首層開挖支護(hù)結(jié)束后，開挖第二層頂進(jìn)坑，開挖深度大于2m 后進(jìn)行二次支護(hù)。

其次，頂進(jìn)坑開挖支護(hù)時應(yīng)遵循“先支護(hù)后開挖”“分層開挖”的原則?？颖谥ёo(hù)施工時，當(dāng)頂進(jìn)坑開挖深度超過4m 后，應(yīng)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(jìn)坑壁存在“塌孔”現(xiàn)象，必要時可應(yīng)用“單側(cè)開挖支護(hù)工藝”，先開挖一層的頂進(jìn)坑，支護(hù)后，在混凝土強(qiáng)度為設(shè)計強(qiáng)度的80%后，開挖另一層頂進(jìn)坑并支護(hù)[5]。

最后，綜合管廊頂進(jìn)坑四周還應(yīng)提前留設(shè)三角土護(hù)坡，且坑內(nèi)每層開挖厚度不得超過2m，開挖深度和設(shè)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(jìn)施工

頂進(jìn)施工是綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩施工技術(shù)的核心內(nèi)容，頂進(jìn)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(guān)人員應(yīng)全方位地完善頂進(jìn)施工流程，合理應(yīng)用頂進(jìn)設(shè)備、輔助裝置。

第一，設(shè)置頂進(jìn)設(shè)備。根據(jù)項目實(shí)際情況，配置對應(yīng)規(guī)格的頂鐵、頂柱或頂管，頂進(jìn)設(shè)備包括高壓油泵、頂鎬、挖掘機(jī)、自卸翻斗車。頂進(jìn)施工過程中安放頂鐵、頂柱時，還應(yīng)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(jié)構(gòu)需要和頂柱、頂管垂直。頂進(jìn)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(jìn)前挖土。為控制頂進(jìn)方向、綜合管廊的頂進(jìn)高程，預(yù)防頂進(jìn)偏差，在應(yīng)用頂管、頂柱前還需在頂進(jìn)前挖土。需要注意的是，頂進(jìn)施工作為綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩的關(guān)鍵內(nèi)容，正式頂進(jìn)前還應(yīng)進(jìn)行試頂。試頂頂力為高鐵橋墩自重的0.8～1.2 倍。試頂進(jìn)期間，還應(yīng)派專人檢查頂進(jìn)設(shè)備、后背、橋體結(jié)構(gòu)，確定頂進(jìn)施工時的頂進(jìn)參數(shù)。隨后進(jìn)行頂進(jìn)施工，頂進(jìn)時應(yīng)堅持“先頂后挖”原則。即檢查萬頂鐵的平直度后，緩慢頂進(jìn)，待頂管、頂樁和相關(guān)結(jié)構(gòu)密切接觸后適當(dāng)增加頂進(jìn)速度。

第三，頂進(jìn)受阻時應(yīng)用觸變泥漿減阻。比如在頂管頂進(jìn)施工作業(yè)中，管道頂進(jìn)和管壁、土壁的摩擦力會導(dǎo)致頂進(jìn)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(jìn)坑壁，使頂管順利頂進(jìn)。施工人員配置好觸變泥漿后，可隨頂進(jìn)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(jìn)施工時觸變泥漿的常見配合比

第四，框架橋頂進(jìn)。雄安容東管廊項目中，高鐵框架橋頂程35m，頂進(jìn)前端應(yīng)根據(jù)按1∶1.3 進(jìn)行放坡。頂進(jìn)施工需要嚴(yán)格控制每次的土方開挖量，同時監(jiān)測頂進(jìn)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，靈活地調(diào)整頂推力、頂進(jìn)方向。頂進(jìn)過程中一般需要應(yīng)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(jìn)。每頂進(jìn)1m 左右，應(yīng)用挖掘機(jī)、自卸翻斗車出土，頂進(jìn)坑內(nèi)出土清理完畢后，再次頂進(jìn)并反復(fù)循環(huán)。

第五，為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性，還應(yīng)使用高精度測量儀器，在頂進(jìn)作業(yè)中進(jìn)行施工測量。比如監(jiān)測頂進(jìn)方向、箱涵就位情況，同時用高精度全站儀控制頂進(jìn)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(jìn)結(jié)束后，測量頂進(jìn)區(qū)域頂管、頂柱的軸線位置和實(shí)際高程。然后結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行糾偏。

由于該項目施工環(huán)境復(fù)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(yīng)在頂進(jìn)期間應(yīng)用糾偏技術(shù)，避免頂進(jìn)軸線偏離所設(shè)計的基準(zhǔn)線，爭取做到頂進(jìn)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(jìn)偏差較小時，可采用超挖糾偏法，即在頂管偏向的相反側(cè)超挖，偏向側(cè)不超挖，逐步地糾正頂管方向和位置。頂進(jìn)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(jìn)施工中，由于高鐵橋墩施工無法進(jìn)行常規(guī)開挖工藝，所以在綜合管廊箱涵頂進(jìn)過程中需應(yīng)用地表、頂進(jìn)坑內(nèi)雙出土模式。即縱向開挖、頂進(jìn)后及時取土，由自卸翻斗車裝車外運(yùn)。頂進(jìn)點(diǎn)同時配有裝載機(jī)，外運(yùn)剩余的土方。頂進(jìn)出土?xí)r，施工人員應(yīng)注意預(yù)留頂進(jìn)坑內(nèi)的刃角土，避免高鐵橋墩兩側(cè)坍塌。兩側(cè)刃角墻體結(jié)構(gòu)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(jìn)施工結(jié)束后，還應(yīng)及時頂進(jìn)箱涵的混凝土后背拆除，補(bǔ)齊兩側(cè)刃角。完成頂進(jìn)作業(yè)后，將箱涵后背梁、混凝土樁體拆除，然后回填頂進(jìn)坑。隨后在頂進(jìn)就位后，將刃角混凝土鑿毛處理，同時設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)鋼筋和兩側(cè)刃角焊接。刃角底板下需要鋪設(shè)C30混凝土墊層，墊層厚度30cm，底板、側(cè)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(shí)度。為增加后靠背處的地面荷載，可在箱涵頂進(jìn)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(jié)構(gòu)，并澆筑混凝土，使箱涵后座墻形成整體結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

綜上所述，針對綜合管廊和既有高鐵相交的復(fù)雜環(huán)境，相關(guān)人員需要采用頂進(jìn)下穿工藝，完成綜合管廊和高鐵橋墩相交區(qū)域的建設(shè)任務(wù)，將綜合管廊頂進(jìn)下穿高鐵橋墩的質(zhì)量指標(biāo)控制在合理范圍內(nèi)。在此過程中，相關(guān)人員需要重點(diǎn)監(jiān)測地層變形、地層移動風(fēng)險，強(qiáng)化頂進(jìn)下穿高鐵橋墩時的開挖支護(hù)、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。