隧道下穿既有鐵路管幕施工技術(shù)

1、隧道下穿既有鐵路管幕施工技術(shù)        摘要：110m長的管幕下穿鐵路施工在國內(nèi)尚屬首次，如何控制長管幕施工精度及控制地表沉降是施工中的兩個關(guān)鍵性技術(shù)難題，結(jié)合廈門市高崎互通連接線下穿鷹廈鐵路隧道長管幕施工工程實例，對該問題進行了深入分析探討，其中精度控制主要依靠較先進的導(dǎo)向儀器；沉降控制則主要通過出土量、及時對管內(nèi)管外進行回填注漿以及現(xiàn)場同步施工監(jiān)測等綜合措施來實現(xiàn)，研究成果對國內(nèi)外同類工程的施工具有重要的指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞：下穿鐵路；長管幕；施工；技術(shù) 1工程概況 廈門市高崎互通連接線同既有鷹廈鐵路杏林大橋

2、成小角度斜交，互通連接線采用下穿隧道方式通過，隧道分左右兩線，其中左線78m，右線110m。隧道通過地段地表為第四系全新統(tǒng)人工填筑土，結(jié)構(gòu)松散、厚度4m左右，其下為第四系全新統(tǒng)長樂組海相沉積層，第四系更新統(tǒng)龍海組沖、洪積層以及燕山期花崗巖。隧道場區(qū)內(nèi)地表水主要為海水，臨近廈門西海域有大片養(yǎng)殖池，其水位受潮汐影響：地下水不發(fā)育，主要受大氣降水補給，地下水位受季節(jié)性控制明顯。 隧道拱頂距地表的最小深度僅為2.5m，因此隧道施工不可避免的會對周邊地層以及上部立交橋產(chǎn)生一定的影響。為了隧道施工安全并確保隧道開挖過程中上部的鐵路安全，隧道施工過程中進行了超前支護，超前支護采用管幕支護，其長度達110m。

3、 2 管幕施工工藝流程及技術(shù)要求 21管幕施工方法及工藝流程 管幕法施工即在隧道的開挖線外側(cè)，按400mm間距，沿隧道軸線方向?qū)?99×12mm的鋼鋼管水平鋪設(shè)在土體里，鋼管之間采用鎖扣連接，并在299鋼管連接處打入60鋼花管，通過60鋼花管對土體進行注漿加固并使299鋼管成為一個整體。 根據(jù)本工程的具體地質(zhì)情況及工程特點，采用“前拉后夯”施工方法進行夯管施工，即首先利用水平導(dǎo)向鉆機打設(shè)127的水平孔。根據(jù)水平孔的精度，分析是否進行擴孔作業(yè)，然后采用前拉后夯的方法：在前部用拉管鉆機通過鉆桿及連接頭拉住299鋼管，將299鋼管拉入設(shè)計位置。在拉入過程中，如果出現(xiàn)回填卡鉆現(xiàn)象時，局部用夯

4、錘夯擊通過。具體施工方法是：采用127鉆桿在上部中間位置打設(shè)一個導(dǎo)向孔，要求此類導(dǎo)向孔的導(dǎo)向精度控制在20cm以內(nèi)。導(dǎo)向孔完成后，根據(jù)具體地層情況判斷是否進行擴孔作業(yè)，并提高鉆孔精度。擴孔作業(yè)要采用擠擴的方法，不能采用通常水循環(huán)大擴孔方法，防止引起地層擾動，導(dǎo)致地面沉降。擴孔完成后采用前拉后夯法，將299鋼管拉入，C型鋼取消，在拉入時，可能會遇到回填及不均勻的硬地層引起卡鉆現(xiàn)象，局部用夯錘夯法，在鋼管后部施以夯力使鋼管順利通過，直至將鋼管拉出對面掌子面。然后進行第二根施工，以上鋼管鋪設(shè)完成后，在兩根鋼管之間進行注漿加固，直至全部鋼管鋪設(shè)完成。299鋼管全部布設(shè)完成后，采用20mm鋼筋上下兩排焊

5、接將兩端的管頭連接起來，使端頭部位形成一個整體。 管幕法施工工藝流程可如下： 施工準備測量放線設(shè)備安裝有線導(dǎo)向鉆進擴孔拉管單孔下管完成管內(nèi)注漿管外注漿下一根鋼管施工(下一循環(huán))全部完成后對鋼管端頭進行連接形成一整體。 22管幕施工技術(shù)要求 221打設(shè)時必須控制地表沉降，終孔跟蹤注漿，注漿必須保證管內(nèi)外間隙注滿填充實，在打設(shè)時必須按照設(shè)計要求進行施作； 222施工中先施作導(dǎo)向孔，再進行擴孔拉管，最后進行管內(nèi)、管外注漿： 223管外注漿不能對導(dǎo)向及擴孔產(chǎn)生影響，因此要錯開時間和空間位置。 23管幕施工技術(shù)難點 231管幕施工中要求導(dǎo)向孔偏差不能大干25cm，拉管偏差不能大干15cm，本工程導(dǎo)向距離

6、長，且地層條件復(fù)雜，極不均勻，導(dǎo)向孔打設(shè)及其精度控制難度大； 232管幕離地表距離僅為3m，處于特殊地段，管幕打設(shè)過程中對地面沉降的控制難度大。 3 管幕施了管位精度控制技術(shù) 31定向鉆進施工工作原理 定向鉆進方法是非開挖管線施工的一種方法。該方法要求在鉆進過程中能準確測定鉆頭在地下的位置和方向。根據(jù)鉆頭在鉆進過程中的位置和方向同設(shè)計軌跡的差異，利用能調(diào)節(jié)方向的鉆頭(一般為楔型鉆頭)改變鉆頭的鉆進方向，從而完成鋪設(shè)工作。鉆頭鉆進示意如圖1所示。 鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器由信號線連接顯示屏。顯示屏顯示鉆頭的傾角和面向角(導(dǎo)向板的方向：導(dǎo)向板朝上即為12點，如同鐘面)。打設(shè)角度如偏下，可以把

7、鉆頭調(diào)到12點，即導(dǎo)向板朝上，直接頂進，此時由于導(dǎo)向板底板斜面面積大，受到一個向上的力，鉆頭軌跡就會朝上運動。同理在6點糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點、3點分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機會勻速旋轉(zhuǎn)鉆進，此時鉆桿軌跡一般是平直的，所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。 導(dǎo)向鉆進中，導(dǎo)向管是隨鉆打入的，導(dǎo)向管就是護壁管，起到套管護壁作用。 32鉆具要求 鉆孔采用水平鉆機完成。水平鉆機設(shè)有軌道，能平移、升降鉆機平臺。全液壓水平鉆機回拖力50t，扭矩23000Nm，打設(shè)最大導(dǎo)向孔325mm,一次性最大擴孔直徑在此類地層中可達400mm，打設(shè)時采用泥漿護壁，一次性成孔，然后前面用拉管機通過鉆桿拉動擴孔

8、頭擴孔，并由萬向節(jié)同299鋼管連接保證方向，并拉動鋼管，將鋼管拉入，如遇障礙物不能拉動時，后面用夯管錘錘擊，直至設(shè)計深度。 鉆桿為159mm×5鋼管，兩端為159mm×12mm接手，加工成每根6m，鉆頭為楔型鉆頭，斜板加安硬質(zhì)圓柱合金，可破除一般回填磚石。299管幕鋼管采用厚度為10mm無縫鋼管，鋼管之間加內(nèi)接管箍，管箍長400mm，采用直接對焊連接。 33水平定向鉆進控制技術(shù) 水平定向鉆進能長距離打設(shè)，而且能保證質(zhì)量，因為打設(shè)采用楔掌斜板鉆頭，鉆頭后面200mm處裝有有線或無線導(dǎo)向探棒，操作臺上有顯示屏，如有偏斜隨時可以調(diào)整角度，終孔偏差可以控制在25cm以內(nèi)，能夠達到設(shè)

9、計要求。 331利用159的鋼管作鉆桿，使用回旋鉆進，并利用有線和無線兩種導(dǎo)向方法，嚴格控制導(dǎo)向精度。利用高精度有線導(dǎo)向儀及管內(nèi)光學(xué)測量系統(tǒng)能控制精度為3，利用無線導(dǎo)向儀器在地表進行測量定位，能控制偏差在20cm以內(nèi)。導(dǎo)向孔偏差如大于20cm，可以采用擴孔方法將孔徑擴大到250-300再利用前拉后夯法下管。拉入時299鋼管的管頭是敞口的，并且鉆 1         桿同299連接處不在299鋼管的中心位置以部分調(diào)節(jié)導(dǎo)向孔打設(shè)后形成的偏差； 332嚴格控制鉆進速度，采用低速鉆進。必要時用拉管機將鉆管拉回注漿，待固結(jié)后

10、重打，要24h觀察地面情況，發(fā)現(xiàn)問題立即處理： 333水平定向鉆進時，每打設(shè)一根鉆桿可以檢測12次是否偏斜，如有偏斜立即校正； 334如果出現(xiàn)回填物使鉆桿不按預(yù)設(shè)路徑鉆進，可反復(fù)旋轉(zhuǎn)進退，將回填物破除。如仍不能清除，可撤回鉆桿，用氣動潛孔錘清除，然后繼續(xù)鉆進。 4 管幕施了地表及大橋沉降控制技術(shù) 41出土量控制技術(shù) 為避免引起地面沉降，要保證實際出土不能大于理論出土值，要盡量減少對地層的擾動。因此擴孔直徑不能大于299mm，控制出土量；導(dǎo)向孔打設(shè)位置要距已鋪管幕或已有導(dǎo)向孔1m以上，不能在已攏動的位置繼續(xù)鉆孔；要控制水量，盡量減少夯擊時間，減少對地層的擾動。 42注漿施工控制技術(shù) 為了避免相臨

11、管幕施作后引起地層松動，確保地面無沉降，在管幕施工過程中須適時在管幕外側(cè)進行回填注漿，以補償?shù)貙拥乃缮⒆冃?，更加有效地控制地層的擾動變形。跟進回填注漿采用60mm鋼花管注漿。 421注漿采用水泥漿，水灰比為1:0.8，注漿量根據(jù)鋼管內(nèi)和鋼管外的間隙多少立方，然后看地層滲漏情況確定每一根鋼管的注漿量。注漿要求管內(nèi)管外分別加注，泵壓控制在0.5-0.8mpa以內(nèi)，停15-30分鐘進行二次補漿，確保管內(nèi)外填充質(zhì)量、泵壓低會影響地面下沉，泵壓高會影響地面拱起。注漿必須控制好注漿量、注漿壓力等每一個環(huán)節(jié)，保證達到設(shè)計要求為標準； 422管內(nèi)注漿：管內(nèi)注漿采用水泥砂漿(C25)，水灰配比為1:0.8，注漿

12、由一端進行，注漿口設(shè)在一端，出漿口位于另一端，設(shè)在鋼管頂部，當出漿口流出漿液后，關(guān)上閥門，然后加壓至0.8Mp。待漿液固結(jié)后，進行二次注漿，即將一端鋼管端頭部位割開，使管內(nèi)水流出或抽出，然后進行填充注漿，填充注漿時，可加入適量的膨脹劑，注漿效果通過割開管頭部位進行檢驗； 423管外注漿：管外注漿通過專門的60鋼管進行，60鋼管位于299鋼管之間，60鋼管須鉆15注漿孔，注漿孔按海米4個孔布設(shè)。首根及尾根注漿管不設(shè)注漿孔。注漿前要先將注漿管內(nèi)泥土清出，保證兩端通暢，注漿壓力不宜超過0.8Mp； 424注漿前要確定注漿水泥及膨潤土的比例，要做水泥不同比例膨潤土試塊，最終確定管內(nèi)及管外注漿配比 43

13、施工同步監(jiān)測技術(shù) 431管內(nèi)測量點的布置 為了第一時間發(fā)現(xiàn)在管幕布設(shè)及后續(xù)開挖過程中沉降數(shù)據(jù)，在左右兩邊各設(shè)一個空管作為測量觀測管，在每個測量觀測管南北兩端管內(nèi)設(shè)測量觀測點，觀測點距管端口15m。 432地表沉降的監(jiān)測 對于本項工程的施工，其主要的監(jiān)測內(nèi)容為地面的沉降或隆起的監(jiān)測，管幕施工引起的地面沉降要控制在5mim以內(nèi)。本項工程的監(jiān)控內(nèi)容為： (1)在施工之前對路面進行原始數(shù)據(jù)的采集，并按照設(shè)計要求進行沉降點的布設(shè)。 (2)施工過程中按照設(shè)計要求的監(jiān)測頻率進行地面沉降觀測。但根據(jù)各個不同的工序和異常情況的出現(xiàn)，實時進行監(jiān)測。其監(jiān)測的頻率為： 1)地面觀察，隨時進行，包含地面的隆起、裂縫、塌陷等異常情況： 2)沉降觀測：根據(jù)不同的工序選取監(jiān)測頻率，導(dǎo)向孔及拉管施工工序按12h進行一次監(jiān)測；注漿工序，則24h跟蹤監(jiān)測。 3)在注漿過程中隨時監(jiān)測隨時指導(dǎo)注漿施工，出現(xiàn)異常立即停止注漿。 5管幕施工控制效果分析 廈門市高崎互通連接線下穿鷹廈鐵路隧道長管幕施工工程進展順利，在施工過程中各鋼管安裝方向控制較好，最大偏差在15cm以內(nèi)。由于施工過程中注漿等施工措施及時到位，地表沉降較小，最大沉降在5mm以內(nèi)。這說明本工程各種施工技術(shù)措施對管幕施工的控制效果較好，可以在其它類似工程中推廣應(yīng)用