中铁六局集团呼和浩特铁路建设有限公司 内蒙古呼和浩特市 010050
摘要：从建国到现在，我国铁路经过若干次大的建设，现在在广阔的中国大地无处不见正在奔驰的火车。铁路曾经为我国社会主义建设做出了不可磨灭的贡献，但随着时代发展，我国现有的铁路资源已经不能满足人民生活的需求。为了适应这一趋势，更有效的利用既有铁路的资源，在铁路建设方面一般采取对既有铁路改造方式。在既有铁路改造中，平改立工程一般都采取顶进方法来施工。采取顶进方式施工相比便线施工投资少，建设周期短，对铁路运营影响时间短等特点，但相较而言也存在较大的安全隐患。下面我将总结我对荷日铁路顶进涵施工的体会，并提出一定见解。
关键词：顶进施工桥涵施工；方法；主要设备；减阻措施
一、主要设备
顶管施工主要的设备有三大类：1、顶进设备；主要是类似于液压千斤顶的一种设备，其作用是提供水平推力使管道向前运动。2、掘土设备：主要是挖除管道中的泥土，利用固定在支架上的电动刀盘，切削泥土。掘土刀盘又分为单刀盘和多刀盘两种。单刀盘是由一个电机带动分段安装在旋转支架上的许多小刀片，将土切削下来。土的切削断面与管道外径相同，也就是说土的切削率为100%，多刀盘一般为4个电机带动4个刀盘，对称均匀分布在管道断面内，其切削面积约为需开孔面积的67%。另外，顶管中的掘土方式，还有另外一种简单的方式：即人工挖土。3、泥土运输设备：主要有泥浆泵和泥土输送机。泥浆泵主要适用于较小管径的管道施工中，在电动刀盘切削土的同时，用水泵向机头空腔内注水，在泥土切削下来时就形成了“三性土”（即塑性、防水性和承压性），由于“三性土”具有塑性和承压性，所以会自动进入泥浆泵的吸水管内，通过泥浆泵被抽到地面的泥浆池内；沉淀后，将土凉干，即可作为其它用途。这种工艺被称为“泥水平衡法”。泥土输送机一般用于管径较大的管道工程中，随着电动刀盘切削土量的增加机头空腔内土的压力会越来越大；土就会通过机头上预留的出土孔被挤压进泥土输送机内。最后被送到地面。这就是所谓的“土压平衡法”。
与人工挖土对应的运土方式就是用简单的圈扬机和铁斗车将土运送地面。
二、减阻措施
在顶管施工过程中，随着顶进管道长度的增加，管道外壁与土体之间的摩擦力会越来大，为了克服摩擦力就必须提供越来越大的动力。既增加了工程费用，又延长了工期，摩擦力过大时甚至无法施工。因此，工程施工中必须采取减阻措施。常用的减阻措施是在管道外壁形成一种润滑膜。这种润滑膜是由膨润土（主要成份高岭土）、废机油及其它润滑剂混合成糊状，通过管道上预留的注浆孔，由泵加压注入到管外壁。由于是通过泵加压的，所以这种润滑泥浆能沿着管外壁流动，使四周都有这种润滑剂，从而达到减小摩擦阻力的目的。
三、工作坑
要想使管道在地下近似水平的顶进施工，就必须在地下布置设备，这就需要工作坑。工作坑的作用是给地下顶管提供工作场地，所以工作坑的侧壁必须具有一定的强度和刚度，以免侧壁土方塌方造成安全事故。工作坑的平面尺寸根据管径、管长、设备及现场具体情况确定，一般4米×5米，工作坑的深度一般比管道内底低0.5米。根据上海市的顶管规范，一般当管道直径小于1.5米或工作坑深度小于6米时，可以采用钢板桩工作坑；否则必须采用钢筋砼沉井工作坑。
四、顶管法中的几个技术指标
1、顶管最小覆土：一般要求管顶覆土大于2.5倍的管道外直径，其最小不得小于1.5倍的管道外直径。
2、一个工作坑的经济顶管长度：由于工作坑的造价比等长度的管道造价高得多，所以一个工作坑顶进的管道越长，每米管道造价分摊的比例就越少，但是顶进的管道越长，出土的费用就越高，顶进的速度就越慢，所以一个工作坑的顶进距离即不能太长，也不能太短。一般泥水平衡法的每个工作坑经济顶进长度为200米-250米，土压平衡法的每个工作坑经济顶进长度为120米-150米，人工挖法的每个工作坑经济长度为35米-50米。
3、顶进速度：在机械掘土的顶管中，顶进掘土的速度很快，但是安装设备及辅助管线（水管、泥浆管、导轨等）较慢，同时施工过程中需要纠偏，所以每天的顶进速度并没有想象的那么快，对于机械掘出的较小管径顶管每天可顶进25米左右，对于大管径（直径1.5米以上）；每天可机进15米-20米；人工挖土的一般每天可顶进6米-8米。
4、泥浆池：一般一个作业段要用2-3个泥浆池轮流使用，以减小沉淀的时间和泥浆池的尺寸。泥浆池的尺寸，根据施工场地的情况而定，一般一个池子的容积15-20立方米。
五、材料
1、管材：目前顶管用管材，大都采用国家建材局颁布的行业标准JC/T640-1996。实际施工时可给据荷载情况及埋设位置，选择管道级别及标准。由于在顶管施工中，需要从注浆孔内注入膨润土，所以，管材预制时要每三节中要有一节带有注浆孔。注浆孔在管道的前端，一般每节管上有3-4个孔，沿管道四周均匀布置。注浆孔一般采用带内丝的DG25镀锌钢管，注浆结束后用，用给水管件的DG25闷头，将其封堵，以免管道运行时发生渗漏。
2、管道内壁防腐涂层：一般采用在管道内壁涂刷氢凝或沥青防腐柒进行防腐，以延长管道的使用寿命。在管道顶进过程中由于管内设有轨道，所以对防腐涂层没有任何影响。
3、在管道顶进过程中，为了避免管口接触处因应力集中而发生挤压破坏，所以需要在两管口之间加垫柔性材料，以减小应力集中的程度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆柔性衬垫材料一般为本衬垫（厚12mm）或
六、顶进施工中解决涵体抬（扎）头现象的方法
（一）涵体顶进过程中发生抬（扎）头现象的原因及容易出现的区域
顶进法施工的涵体一般为箱涵，底板与涵体为一个整体。在顶进施工中涵体因为下方地质情况不尽相同发成涵体微倾，并随着施工的进行而以抬（扎）头现象表现出来。顶程长且未采取有效措施时都可能发生抬（扎）头现象。荷日铁路在增Ⅱ线开通以前顶进桥涵都未出现抬（扎）头现象，而在增Ⅱ线开通以顶进的桥涵或大或小都存在抬（扎）头现象。这是因为增Ⅱ线开通以前顶进涵顶程在15米左右而滑板就有13米，顶进全程几乎全在滑板上，涵体作力点都在滑板上，涵体不易发生抬扎头现象；而增Ⅱ线开通以后的顶进涵顶程均在25米以上，涵体必须在土面上行进10米，当地质条件不良时极易发生抬扎头现象。发生抬扎头现象得不到及时处理必然超过设计及规范要求甚至影响正常使用。当顶程较长时也提供给我们调整涵体形态的时间距离也长，所以只要采取有效的方法，顶程较长的顶进涵一般在到位后均可满足施工规范要求。因此在了解涵体可能发生抬扎头现象的区段，并预先做了处理，这样涵体到位后不至于出现超标的现象。根据现场实际调查分析，抬扎头可能出现的区段及原因为：
1）首先可以根据施工处土质来分析是否可能出现抬（扎）头现象。因此，施工中要注重地质报告并在开挖过程时要随时注意土质变化。如某个断面前后土质差异很大，涵体就会在这个地方因受力不均而抬扎头现象；当土质为砂质土发生抬扎头现象可能性很大，因此这种地质就需必须措施，为以后的工作减小的难度。当地质情况一定后，在涵体在行径过程需要注意每次挖土底面的坡度和吃土量。如果吃土或坡度太大，涵体的可能发生抬扎头。如忽略这些细节并未在施工中采取措施，必然给以后工作造成难度。
2）涵体在滑板上行径及涵头刚下滑板时，由于船头坡的缘故一般出现抬头现象；涵体当有1/3下滑板时，涵体会因重心迁移就会出现抬头变缓的现象；当涵体2/3 下滑板后涵体重心就会落在土上，涵体就会因前后地质情况差异而出现扎头现象。上述现象均属正常现象，但其抬扎应有一个限度。超过这个限度就表明涵体已经不在正常状态，就需要采取措施来调整涵体状态。因此在整个顶进施工过程中，需要勤测量，勤分析测量数据，准确掌握涵体状态，并预测涵体以后的状态。如通过超平记录发现抬头现象并有加剧趋势首先应该将涵体吃土量减少并将挖土地面标高下降；如趋势比较稳就需继续观察；如趋势变缓说明涵体行进正常。如荷日线 K181+030 1-12m 钢筋混凝土小桥，该桥地质为黄砂土并且小里程侧有少量的淤泥土，设计采用悬喷桩改善地质情况。该桥在预制完成和强度达到要求这段时间内，涵体静态发生倾斜，涵体有“掉肩”现象。在顶进开始就采用两侧打混凝土薄带、中间换填碎石垫层并采用旋喷桩改善土质。即有采取这些措施涵体在滑板上行径时平稳但当涵尾脱离滑板的瞬时涵尾两侧平均也下降了20cm，造成涵头前挑。因为在施工中采用措施使得涵尾两侧平均下沉，调整涵体“掉肩”状态，为以后的工作减小难度并积累了经验。
3）双线铁路一般两线路基受压时间不同，两次填筑路基土质不同。因此双线顶进时，涵体容易在两路基结合处（两线间）发生抬（扎）头现象。在顶进到达两线交界处时要加大测量次数，减少吃土量，发现问题及时采取措施调整。否则容易造成涵体到位后超标，甚至涵顶与加固横梁相碰，给以后顶进加大难度，提高工程费用。
4）在采用机械出土时，涵体容易因吃土太多而发生抬扎头现象。因此，在利用机械出土后，必要时可以安排人工清底。
5）在雨季施工时，要作好防雨措施，避免涵体水倒灌而出现涵头策土被浸泡的现象。如果对浸过土不采取措施并继续顶进，涵体容易发生扎头现象。因此，在雨季施工时，要采用短掘短顶方法并注意涵内排水问题。
（二）处理抬（扎）头现象的措施
1）顶进孔径在5米以下涵洞时，涵体如发生扎头现象一般可以通过采用增大吃土量、改善土质（换填碎石）、往涵底塞废弃混凝土枕（混凝土枕底面朝上，塞入涵内侧 1m并有一定坡度）等方法将调整到正常状态；涵体如发生抬头现象可以也可通过减小吃土量，挖短横沟或加载（将弃土向涵头堆放）等方式来调整涵体状态。
2）大跨度涵体顶进时如发生扎头现象可以通过打混凝土带来调整。如发现扎头现象时涵体尚离到位还有一段距离，施工中一般都采用打混凝土薄带来逐渐调整；而当如距离很短时一般采用打混凝土通带方法来调节。
混凝土薄带，一般为3×2m、厚度在50cm左右的混凝土带。一般分别设置在涵头两边，中间用碎石换填。在混凝土薄带中一般设置两根短轨（长度深入涵体内 50cm，轨底朝上）来减小混凝土带与涵底的摩擦，防止顶进中混凝土带跟随涵体一起相前移动。根据情况可以在混凝土带中增加锚固墩来加强带与土的结合。顶进过程中发现土质有变化，混凝土带的厚度和大小可以做调整。荷日线K205+341 1-9m混凝土框构涵预制时未考虑线路加固方法而造成了涵顶与加固梁底高差不能满足要求的情况。施工中从顶进施工一开始，便采用人工清底并且坑底设置一定坡度等方法来增加涵顶与横梁底的距离。在顶程到一半时，涵顶与加固横梁之间高差可以保证，但涵体也出现了前后高差较大的现象。如不采取措施继续顶进，涵体到位后必然不能满足规范要求。根据现场实际情况，施工中采用打混凝土薄带来逐渐调节涵体姿态。经过数次调整涵体到位后，涵体前后高差已控制在施工规范要求范围之内。
混凝土通带，一般适用于要求在较短时间内将涵体姿态调整的情况。混凝土通带一般为长度与涵跨度相当、宽度在2-3米、深度在2米以上的混凝土构造物。为了加强其整体性一般配设钢筋。混凝土带一般设计成反楔型，防止在顶进中带被推跑。混凝土通带可在短时间内将涵体调整到要求，并在以后顶进中提供一个支点。荷日线巨野站内K224+612 1-8m 框构采用这种方法，涵体前后水平均不超过规范要求。当涵底要预留管线通道时可以将通带分为两部分，为管道预留通道。
当地质条件特别恶劣时，在根据设计要求改良地质涵体到位后尚不能满足使用要求时，在最后几顶（2米左右）可以先用千斤顶将涵体顶起，而后用木枕支撑涵体，再往涵体与木枕架之间安置铁板，再继续顶进。其具体方法如下：首先在涵尾、在边墙及中心分别挖三个基坑。分别浇筑钢筋混凝土，将两个千斤顶安置在边墙下方，并在基坑周围摆放支撑用的木枕和铁板。当千斤顶向上顶时，要随时注意涵体的变化。施工中要多顶高一点预留一定的沉降值。K181+030 1-12m采用这种方法后涵体最终满足规范要求。
七、结束语
顶进法已成为增加公路下穿式立交通道一种主要的施工工艺，并被逐步被推广应用。在施工中施工单位要注重施工工序，将一个合格的产品交给业主，才可以赢得更大的市场！只有这样才能履行“以质量求市场”的口号，提高企业经济效益，提高企业的市场竞争力。
论文作者:王树理
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/20
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