于金龙
中铁六局集团北京铁路建设有限公司 北京市 100036
一、前言
随着我国基础设施大规模建设浪潮的兴起，各种公路、水渠、铁路之间的交叉工程日益增多，因此对工程建设提出更高的要求。根据以往施工经验，在穿越既有线的隧道工程施工中，施工组织除了要保证隧道工程本身施工的安全外，确保既有线的安全运营更是重中之重。
二、工程概况
南水北调中线总干渠与石太铁路引入线交叉工程位于河北省石家庄市西郊的石桥村西侧约0.5KM处，地形比较平坦，距国道约10KM，交通便利。石太铁路引入线为双线电化铁路，改京广货左线为电化普速货运铁路，隶属北京铁路局管理，列车最大行车速度不大于120KM/h。本工程全长172米，均位于直线上。其中进出口U型挡墙各5米，渠道下穿石太铁路引入线采用小净距三孔明、暗挖隧道形式通过，单孔暗挖134米，明挖结构28米，暗渠两孔间净土柱8.7米，每孔断面为马蹄形带仰拱形式。隧道埋深6.1米。
工程地质剖面图
隧道结构主要位于黄土状壤土中，中间夹有2米的砾砂层。持力层位于粘土层上。黄土状壤土承载力标准值fk =150kpa，自稳能力一般，砾砂承载力标准值fk =150kpa，自稳能力较差，粘土承载力标准值fk =200kpa，自稳能力较好。属于Ⅴ级围岩，地层岩性分布较均匀、土体整体稳定性较好。地下水主要为赋存予黄土状壤土下部及赋存予砾石中的承压力，主要受大气降水补给，属于中性水（或淡水），对圬工无侵蚀性，经过基坑开挖发现实际地下水位标高在71.69m左右，而隧道开挖面底的标高为69.52m，两者相差2.17m。
三、主要施工方法
3.1管棚帷幕技术简介
单孔隧道断面图
管棚帷幕超前支护法，即利用夯管锤沿隧道顶部外45cm位置向隧道纵向夯入带有连接互锁导向装置的Ф500×16mm16Mn热轧无缝钢管（其中隧道中心上顶第一根管为定位导向管，管径加大为Ф711×18mm16Mn热轧无缝钢管）。依次按单双号将带连接互锁装置的钢管夯入，钢管夯通后利用TT40/60钻机螺旋出土将管内土壤钻出，然后向钢管内填注有压细石砼。钢管和有压细石砼形成水平向的钢砼桩，每根钢砼桩在导向连接装置的连接下形成钢砼桩帷幕。
3.2管棚帷幕施工工艺流程
管棚施工流程图
3.2.1 施工准备
1、管材预加工
为保证管节之间的焊接强度与质量，采用坡口满焊连接（坡口坡度60±5°，留出2±1mm不剖，钢管间距2±1mm，最后焊接强度达到与管材等强度），焊缝要求饱满、焊高达到规范要求，边焊边夯，因此在夯进前需将每段钢管的两端端口处打成60度坡口，以保证焊接质量（机加工的目的是为了保证切口端面与管材中心线的垂直，进而保证整体工程质量）。
2、夯管平台
钢管和夯管锤定位固定在工字钢支架上。工字钢卧置，利用工字钢槽口承托钢管和夯管锤，?711mm钢管采用I45c工字钢，?500mm工字钢采用I36c工字钢，长度都为12m；工字钢下平铺枕木，间距50cm，土质不好时，为了保证夯管导轨基础的稳定，将枕木底部50cm原状土夯填为50cm厚干拌混凝土，换填随夯管施工逐层施做。夯管施工顺序采用由中间向两边，单洞可搭设2个平台，一根夯击完毕后焊接钢管时可倒换至另一导轨，大大提高工效。
钢管导向装置布置详图
3.2.2 测量放线
1、隧道管棚施工的控制网和高程控制网由勘测单位提供的地表基准点传递到地面下，必须保证精度，且必须进行复测，保证管棚中线及每根管的位置、高程的准确性。
2、考虑到夯程过长，管头会由于重力作用势必发生“下扎”现象，同时施工工艺、误差以及施工后期沉降，应该适当外放管棚位置，确保建筑界限及结构构件尺寸。根在定位导轨方向时，应根据夯进长度考虑提前预留坡度或外放空间。
3、夯管平台的导轨方向和高程直接关系到管棚的位置与形态，因此导轨的安装精度是关键。
3.2.3 设备安装
1、作业面处由专业测量人员放出孔位大样，并放样出轴线便于机械就位。
2、将钢管及夯管锤吊装在预先搭设的夯管平台上
3、使夯管锤平移到需要的位置，位置调节好后将夯管锤放入导轨内，使夯管锤前端空出钢管的位置；
4、将预加工好的钢管按照夯管锤上轨道的方法摆放到夯管轨道上，夯管锤安装的连接配件，由出土器、连接卡瓦拉紧带、锤托架、供气管、空压机组成。安装方法如图。
锤体结构安装图
5、安装时必须使锤体与夯进管中心位置保持一致，不得有偏差。如管体与夯管锤不在同一中心位置，可利用焊接工字钢调整高度。
6、设备安装过程中一定要将拉紧带拉紧，不能处于松弛状态，否则将导致夯管锤在震动过程中前后发生位移，冲击力不能全部作用在钢管上，降低夯进速度。
7、设备安装时一定要安装分瓣椎体，它可有效防止夯管锤直接作用在钢管上造成管口发生变形，便于与下节钢管的焊接。
3.2.4 夯进施工
1、钢管焊接及帷幕间连接方式
1）钢节焊接
钢管管节间采用60°坡口对焊，焊缝处成了受力薄弱区，如果焊缝在同一截面上会形成一个整个帷幕的“软肋”，为了避免焊缝位于统一截面上，采用10m和5m尺寸（或其他尺寸）的钢管搭配施工，保证相邻两根管焊缝错开不小于2m，保证管棚的同一剖面焊口数量不超过总数量的50%。这样形成平面搭缝形式能够最大限度的减少焊口所受压力，使压力均匀的分布到整个管棚上，降低整体的安全隐患。
每根夯管首段均需装设切割削环，以保证钢管夯击时不被障碍物压环走形。夯管遇障碍物不能正常行进时夯管锤可产生瞬间冲击力，此力为正常夯击力的4倍，这样，如遇孤石、石块及小直径钢筋混凝土块均可穿过，而且方向不变。
2、夯进施工
将管材与夯管锤摆放到导轨后，调整平台导轨，使钢管中心线与夯入中心线重合后，将互锁钢条焊接到钢管两侧再夯进。第一节管夯入1米和4米时分别停止夯进，按照已设定的中心轴线进行复测，如有偏差，立即纠正。定位管夯进完成后，待夯钢管与临边就位钢管采用互锁锁紧，沿着互锁夯进就位，每个单洞的由中心向两边依次顺序打设。
一般所采取的纠偏措施：用人工将钢管在轴线偏差的相反方向的土清除，在轴线偏差的方向钢管外壁打楔子；就是调整夯管锤的冲击方向，使冲击方向与偏差方向相同。经过实践经验此两种方法仅在前4m夯进过程中可有效的纠偏，如夯进过深暂无法得到有效纠偏，所以定位管前4m一定要严格复测，确保方向准确，避免后期发生偏差无法纠正。
3、技术要点
1）由于孔位置要求严格，在每一根钢管夯进过程中，都必须严格控制夯进参数；
2）根据夯管锤工作性能和施工经验介绍，夯进过程中管向左右偏侧差的可能性很小，大部分均为向下，主要原因是钢管及管内土在重力做用下而产生的，如隧道工程中为了保证不影响初支结构净空，可适当加大预留上扬坡度，冲抵因重力造成的扎头因素。
3）第一根钢管夯进尤为重要，它是导向管直接影响后续管节的夯进方向与精度，宜采用低气压缓慢夯进，待夯入完毕恢复正常气压继续夯进，以免定位管夯进发生偏离。
4）夯管作业开始以后，要求连续进行，尽量减少作业间歇时间，且不宜中途停止。因为间歇时间过长，会造成土层和管外壁粘在一起，增大摩擦力，从而使夯进阻力增
5）焊接前，应检查两钢管的水平、垂直位置及两管的同轴情况，以免由于不同心钢管发生偏移现象。
6）为保证所夯钢管的平直，所有钢管接口焊接均须在钢轨上进行，在全部夯进过程中严禁将钢管完全夯下导轨。
3.2.5 管内出土及灌浆施工
管内出土采用钻机机械出土的方法，主要采用螺旋钻机出土，人工辅助清理。在夯进过程中合理分配施工场地，避免由于出土和夯进交叉施工影响施工效率。待所有管内出土完毕后，在管口处用封堵板进行封堵，封堵板焊接泵送管接口，连接泵送车的输送管道，利用泵送车将混凝土压入管内。
技术要点如下：
1）由于夯管锤的高频振动导致管内的土体极为密实，虽采用机械清理仍然十分困难，为此可配合压入高压水，水在管内部不会影响既有线正常运营。
2）为了保证压注混凝土施工质量，在上部预留排气孔避免管内气压过大，混凝土输送困难。
3）灌注混凝土采用细石混凝土或自密实混凝土，并根据现场情况适时的通知搅拌站调整混凝土添加剂、塌落度及和易性等指标，如钢管过长可采用高标号水泥砂浆，保证钢管内压注混凝土的整体性。
四、体会与建议
经实际操作实施后，发现超大管棚对后期暗挖施工起到了很好的棚护作用，配合线路加固及路基注浆等措施，在带水的环境下进行隧道开挖及支护，3条既有铁路路沉降很小，基本在可控范围之内，很好的保证了铁路正常运营。
根据管棚扎头现象数据统计，发现管棚在40m夯程内不会出现下扎现象，但在40m后下扎幅度很大，很不容易控制管棚的夯进方向，极易侵入隧道结构，后期处理非常麻烦。为此，在实际施工过程中采用外放40cm，并分别制定0%、0.5%、1%和1.5%四种预抬坡度进行夯进实验，然后测量管头位置统计数据，统计如下表：
通过后期总结，本工程管棚外放50cm，10m导向轨头抬高15cm，形成一个1.5%的仰角避免管棚后半程扎头过多，此措施在实际应用中起到了很好的效果，有效的避免管棚由于过长发生侵入主体结构的现象。
道暗挖施工中，超大管棚的施做起到的棚护作用非常显著，但不同地质条件下夯进方向的控制参数要根据现场监测数据及时调整，本文中的方向及外放参数只是针对该地质条件，类似地质条件下可采用，但在其他地质条件下还需在施工过程中注意总结分析，这样才能保证夯进方向在可控范围之内。
参考文献：
[1]《铁路隧道施工技术指南》（TZ204-2008）；
[2]《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）；
[3]《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》（TB10424-03）；
[4] 《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）；
[5]《铁路混凝土工程施工技术指南》TZ210-2005；
论文作者:于金龙
论文发表刊物:《基层建设》2015年6期供稿
论文发表时间:2015/9/25
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