一种横向穿越铁路线地下管道顶进施工方法与流程

本发明属于管道施工技术领域，特别是提供了一种横向穿越铁路线地下管道顶进施工方法；它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地上建筑物的地下管线施工。

背景技术：

根据市政综合管线设计图，共有7条管线穿越大台铁路。下穿铁路施工，对桥体、铁路的正常运行和周边既有建筑影响较大，为防止因施工造成桥墩、周边既有建筑的沉降和倾斜，确保铁路正常运营需对桥墩、路基进行注浆加固，采用顶管、直埋、暗挖的防护方法，并编制合理的施工方案，确保了施工高效顺利的完成。

管线穿越铁路防护方式和布置情况如下表：

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种横向穿越铁路线地下管道顶进施工方法，地下管道顶进施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施。由于施工场地位于铁路下方与城市快速路旁，通行车辆多、交通人员流动大、场地狭窄，同时受铁路线制约。所以采用地下管道顶进施工，既能保护地面已有建筑物，又能节约工程造价。

施工中加强对安全施工的监控力度，最大限度地降低对周边环境的影响。

进行场地平整，根据现场情况实行控制桩点及水准点加密，并对其进行保护，确保测量数据控制在允许范围内。竖井等施工钢架加工成形后应进行试拼，经检验合格后方可成批生产，将拼装偏差、公差、平面翘曲控制在规范允许范围内。喷射混凝土应分层进行，一次喷射厚度根据喷射部位和设计厚度确定，喷射混凝土表面应密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、空鼓、渗漏水等现象，平整度控制在允许偏差内。钢筋混凝土后背应考虑作用在后座土体上的应力，顶进力，确定后座宽度和后座高度。安装导轨应先复核管道中心线的位置，两导轨应顺直、平行、等高、其纵坡应与管道设计坡度一致。两根导的内距计算：应考虑管外径、导轨高、混凝土管外皮距轨地面高。根据顶力计算结果选用适宜的千斤顶，根据勘察报告，确定顶管及隧道开挖所处土层。顶力计算考虑管道的外径(m)；粘性土系数，为保证安全，所有系数均取最大值。顶进测量，在顶第一节管时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过规范值，保证管道入土的位置正确。测量采用中心测量、高程测量、激光测量。校正(纠偏)：顶管误差校正是逐步进行的，可采用超挖纠偏方法和千斤顶纠偏法，以保证顶管位置准确。具体步骤如下：

(1)测量放样

1)采用经纬仪三角测量定位地面控制桩，

2)通过控制桩用仪器定出井下管道顶进轴线测量仪器的位置，

3)在顶进过程中要经常对顶进轴线的测量，每顶进100～150测量1次，并记录3次/节管子，顶进轴线的测线与设计轴线一旦发生偏差，要及时采取纠偏措施，减少偏差数值；

(2)铁路线加固施工(施工流程见图15)

2)调整枕木

根据横梁位置调整既有枕木，每隔6根枕木加穿一根3.5m长枕木，为穿工字钢做准备；施工时所用工具必须做好绝缘措施，防止联电，同时为防止线路断轨事故发生，在线路加固前，对施工地点两侧各50m范围内扣件重新紧固；

3)铺设扣轨

组装形式为3-5-3扣轨，43kg/m轨，钢轨接头错开1m以上，道心五扣安装施工在线路维修天窗内进行，维修天窗点前将钢轨集中堆放于线外不侵限位置。扣轨与枕木间通过φ22-U型螺栓，扣板及紧固件联结一起，扣轨摆放好一道，立即进行钢轨接头处扣板安装，防止钢轨翘起超限，危及行车安全，接头处扣板安装完毕后进行剩余扣板安装，扣轨端部设置梭头并固定牢靠；

4)穿横向工字钢

线路加固施工前将横梁工字钢在线路外连接完毕，首先在钢轨上画出穿钢位置标记，穿工字钢时采用人工配合挖掘机和吊车的方法；横梁采用145b工字钢，工字钢横梁按照60-120的间距循环布置，工字钢置于铁轨之下。为保证线路安全，穿工字钢时隔六穿一，按顺序依次进行，每穿一根工字钢，立即将梁底石喳捣固密实，横梁穿插好后，横梁延伸于抗移桩上，防止线路横移，工字钢与铁轨之间要加塞木板起绝缘作用；

5)安装纵梁

横梁穿插好后，按照给定位置在距线路中心2.3m、2.8m处安装纵梁，线路两侧每侧纵梁使用2道145b型钢，与工字钢横抬梁用扣板连接。145b型钢长度分为12m、6m两种，连接处错开，用连接板栓接。纵梁型钢接头采用相错搭接。纵梁的两端支撑在枕木垛上；

纵梁安装在封闭点内进行，由于纵梁工字钢重量较大，由吊车吊至横梁上，用钢管和钢轨滑至指定位置，所以增加了抬运工字钢人数，抬运过程中由防护人员跟随，绝不允许在线路中横向抬移，以免工字钢脱落造成意外的发生；

(3)工作井地面设施安装

根据设计图纸测出圈梁平面位置，人工开挖至圈梁底面设计标高后，按设计绑扎钢筋，预埋竖井边墙拐子筋，支立模板浇注混凝土，混凝土强度达到设计要求后，在其上砌高500mm、宽370mm挡水砖墙，内外侧砂浆抹面；

1)起吊设施：1号工作井和2号工作井施工现场各放置一辆50t汽车吊车，负责现场管节的吊装及井下拼接管节时的起重任务；

2)供电设施：根据顶镐功率配套供电线路；

3)顶管材料：钢筋混凝土管依次排列在竖井旁的马道上；

(4：导轨安装

1)混凝土管应安放在导轨上，以保证混凝土管顶进方向的精度，确保不位移、不变形、不沉降；

2)两导轨应顺直、平行、等高、其纵坡应与管道设计坡度一致；

3)导轨由钢轨、横梁和垫板组成，导轨采用50kg/m的钢轨；

(5)钢筋混凝土后背

井壁为锚喷钢格栅结构，通过钢筋与现浇C25混凝土后背梁连成整体结构。

(6)千斤顶选择：

根据计算顶力，选用两台行程为1.1m单级双作用活塞式主顶千斤顶(320t)就能满足要求；千斤顶动力由油泵提供，千斤顶后端通过分压环将反力均匀作用于工作井后背梁，前端顶进分压环，顶铁将顶力传至管节；分压环制作具有足够的刚性，与管端面接触相对平整，无变形；

(7)管道顶进

1)顶进前破除马头门锚喷面，用砂浆将接触面抹平。顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进；

2)在顶第一节管(工具管)时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过300mm，保证管道入土的位置正确；管道进入土书面通知后的正常顶进，测量间隔不宜超过1000mm；

3)挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小范围内。

(8)顶管帷幕注浆

1)顶管洞身位于粉质黏土层中，且地下水位较高，为防止开挖期间地下水流失造成地表沉降以及保证隧道施工安全，隧道开挖前采用超前半断面封闭预注浆加固土体和止水。注浆范围为开挖轮廓线以外2m；

2)导管采用普通钢管，环向布置0.3m一根，管头为30°锥体，管身设注浆孔，搭接3m。导管布设冲突的地方可适当调整钻孔位置，局部采用小导管补齐，小导管采用^32钢管，长度2.5m；

3)一次注浆循环步长为12m，钻孔采用回转钻机成孔，成孔直径定为50mm，安装注浆管后，封堵孔壁和管壁间空隙，保证注浆效果。钻孔顺序为：先上后下，先外后内；

(9)沉降监测

1)测点布设

依据《地铁工程监控量测技术规程》、《建筑变形测量规范》并根据以往的工程经验，施工监测应与第三方监测共点联测。初始值采集完成后与施工单位进行交接桩；

拟建管线穿越过程中，在顶管及暗挖穿越进入桥区前每隔10m布设一个地表沉降测点，桥区地表布设三个断面，测点间距为2m、3m、5m，断面之间在拟建管线中线上方每隔10m布置一个测点；

2)基准点的设置

基准点(又称监控点)是沉降观测起始数据的基本控制点，埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方。

本发明它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地上建筑物的地下管线施工。

施工时应对对工程概况、总体施工部署、施工管理措施、具体施工方法、施工现场监测等因素做出了充分考虑。同时突出施工的科学性、适用性及针对性，确保了资源的优化配置，施工进度的合理安排。施工工艺和施工技术的特殊要求都进行了合理有效地说明，以指导和确保施工顺利完成。

采用地下管道顶进施工，既能保护地面已有建筑物，又能节约工程造价。施工前做好各种宣传和教育工作，施工中加强对安全施工的监控力度，最大限度地降低对周边环境的影响。

顶管法施工的优点，除了控制精度高之外，采用顶管法施工还具有以下几个优点：1、可以穿越障碍物；

2、建设公害少、文明施工程度比开槽施工高；

3、对交通的干扰小，无需隔断交通；

4、顶进施工比开槽、加固铁路线施工工期短。

附图说明

图1为U型杆示意图。

图2为扣板示意图。

图3为扣轨断面图。

图4为纵梁工字钢与横梁工字钢连接示意图。

图5为铁路线加固断面图。

图6为工作井、接收井断面图。

图7为导轨安装示意图。

图8为管道顶进断面图。

图9为工作井管道顶进受力示意图。

图10为注浆管示意图。

图11为一种工作井顶进纵断面图。

图12为另一种工作井顶进纵断面图。

图13为一种监测沉降布点示意图。

图14为另一种监测沉降布点示意图。

图15为施工流程图。

图中，U型杆1、扣板2、工字钢3、护轨4、纵向工字钢5、横向工字钢6、螺母、垫片7、主轨道8、枕木9、绝缘垫片10、挡水墙11、圈梁12、水平钢格删13、钢筋混凝土后背梁14、底板15、钢筋混凝土管16、导轨17、枕木18、加强板19、洞口止水环20、环形顶铁21、弧形顶铁22、千斤顶23、测量仪24、护口铁25、加强箍26、注浆孔27、管箍内车丝扣28、管箍外丝扣29、1#工作井30、原有混凝土墙31、原有挡墙32、1#接收井33、原状土34、现有铁路35、护坡桩36、2#接收井37、2#工作井38。

具体实施方式

图1～图13为应用新型顶进管道的一种具体实施方式。下面结合附图对本发明进一步说明。

图1～图4为现有铁路线加固示意图。

图5～图11为工作井、接收井、导轨安装、管道顶进等示意图。

图11～图13为监测沉降布点示意图示意图。

1、确定施工关键线路

首先进行施工准备工作，其中包括：测量定位放线和场地平整。经验收合格后进行工作井施工及桥墩加固，施工包括：土方开挖、钢筋网绑扎、喷射浇筑混凝土和加固注浆及后背制作。最后顶进设备安装和进行顶进施工。顶进完成后设备撤场及清理验收。

2、施工具体程序

1)削方平整场地：先进行场地平整，清除地上、地下的一切障碍物。

2)竖井施工

(1)井口圈梁施工

(2)竖井提升装置：本工作井的提升装置主要用于提升砼切块、钢筋砼管、顶铁、工具管、竖井及管内土方

(3)工作竖井开挖支护：当圈梁混凝土达到设计强度(C25)后，开始向下开挖土体，土方采用人工挖掘，每榀进尺为40cm，开挖进尺严格按设计施工。

(4)竖井马头门段施工

(5)在竖井开挖至设计深度后，进行竖井锚喷封底。

(6)施工人员上下通道为爬梯，根据竖井结构尺寸，爬梯宽90cm，坡度为1：1.5，拐角处设休息平台，竖井型钢安装时注意埋设爬梯预埋件。

(7)后背梁：为保证管节顶进期间有足够的支撑力支撑管节顺利顶进，故在管节顶进反向的竖井侧壁设置一道通长钢筋混凝土梁。

3)拆除混凝土通廊切割流程：

(1)拱部切割 (2)侧墙切割 (3)底板切割

4)钢筋拱架、联结筋及钢筋网的架立安装

5)喷射混凝土采用罐式喷射机湿喷工艺

6)初支背后注浆

7)顶管施工

8)施工监测。