中铁六局集团太原地区重点工程指挥部 山西省太原市 030013
摘要：目前，在铁路施工过程中，对圆管顶进技术的运用越来广泛，本文结合太原站下穿既有线圆管顶进施工，对相关施工技术进行了总结分析，并采取多项质量安全措施，确保安全、高效的完成既有线圆管顶进施工。
关键词：圆管顶进；线路加固；监控量测；安全措施
一、工程概况
排水暗涵位于大西高速下行K268+038处，采用1-1.15m钢筋混凝土圆管。顶进长度24米，下穿太原站既有X、9、8道，与既有线路正交。下穿太原站既有9、X道，采用P50-25米3-5-3扣轨加16.2m纵横梁进行就有线路加固。下穿太原站既有8道，采取穿设木枕，P50-25米3-5-3扣轨进行既有线加固。
二、工程重难点
排水暗涵接长全部为邻近营业线和营业线施工，大多数施工都在Ⅲ级封锁点内，对既有线的正常行车及安全影响比较大。
新建排水暗涵高度受既有涵影响，埋深浅，距离轨面仅有2m，覆土厚度为1m，线路加固体系需采用3-5-3扣轨+纵横梁加固。
三、总体施工方案
顶管施工设计为顶进部分+明挖部分，现场施工按照顶进段与明挖段分为两个阶段组织施工。顶进阶段工序安排为：在X道外侧开挖工作坑，施工围护结构，安装导轨，线路加固，顶进施工，恢复线路。明挖阶段待顶进完成后在原位直接进行施工，工序安排为：基坑开挖，铺设管道，回填基坑。
本次施工的重点在于顶进阶段的线路加固，以及管道顶进。线路加固采用3-5-3扣轨加16.2m纵横梁进行线路加固，线路加固完成后进行钢筋混凝土管顶进施工。
四、施工工艺
施工准备→工作坑施工→后背、导轨施工→线路加固→顶进施工（监控量测）→接收井施工→明挖段施工
五、施工准备
（一）既有设备迁改、防护
由于站场设备复杂，施工前应与路局集团公司相关设备单位进行联系，对接触网杆、雨棚柱、地下给排水管线、地面电缆等情况进行了解，并制定相应的迁改、防护措施，对既有设备防护后，方可进行下一步施工。对已探明的电缆，可以利用PVC管或波纹管进行防护；对于顶进过程中发现的电缆，及时与设备单位联系，妥善处理后，方可进行下一步施工。
（二）调查既有涵情况
由于既有涵年代久远，需要调查清楚既有涵的结构形式、股道下位置、孔径等相关情况，才能进行接长施工。调查时，由于暗涵位于既有线下方，无法进行探挖。现场利用站台上预留的检查井进行调查，根据两个检查井确定暗涵的中线、流水坡度等情况。
太原站排水暗涵利用高清红外监测潜望镜，通过三站台既有检查井，精确探测排水暗涵端头，位于既有7、8道线间，这种方法成本低，安全可靠，精度可以满足要求。
（三）调查既有线路情况
施工前，应调查既有线路情况，包括线路钢轨的型号，枕木的类型，然后进行扣轨的选择。
纵横梁加固，需要调查现场是否满足纵梁的架设条件，到发线邻靠既有站台及水沟是否影响施工。
（四）测量放样
根据图纸及现场调查资料，准确放样接长管涵中线，确定顶进工作坑的位置及中线控制。为便于顶管过程期间的标高校核与复测，应在提前施工范围内设置临时水准点方便测量。
六、工作坑、后背、导轨施工
（一）工作坑施工
工作坑施工时应有足够的空间和工作面，保证一节（3m）管道下放、安装顶进设备和操作间距，根据既有涵确定的标高进行测量放线，确定工作坑深度。考虑到现场施工条件有限，还需要预留足够的空间，保持车辆通行，工作坑采用钢筋混凝土围护结构。
工作坑长5m、宽3m、深3.5m，围护结构设计为0.2m厚的钢筋混凝土。受场地限制工作坑无法利用机械开挖，经方案研究采取人工垂直下挖。每次开挖深度0.5米后，立即施做0.2m厚的基坑围护结构。围护结构施工完成后，继续进行下挖，如此反复，直挖至设计深度。
（二）后背及顶镐布置方案
后背利用钢筋混凝土围护结构，在围护结构外侧打入6.25m钢轨桩。经计算后背梁土抗力（反力），满足顶进后背要求。依据管径、顶进长度、摩擦力等确定顶搞。顶搞选用320t油压千斤顶，顶进施工需2台，备用顶搞1台。工作坑内顶进设备装置，采取12t汽车吊摆设。
（三）导轨施工
工作坑坑底采取20cm厚C20钢筋混凝土，混凝土预埋4块钢板，与导轨焊接牢固。根据设计要求工作坑内需安放两条导轨，导轨安放时应顺直、平行、等高，纵坡与管道设计纵坡一致，导轨选用P50钢轨设置。
七、线路加固
（一）穿设木枕3-5-3扣轨加固
利用封锁点，8道扣轨范围内25m宽枕板采用隔一抽一方式，穿设木枕，拆除宽枕板数量为22根；更换9道影响扣轨范围内25m宽枕板，拆除宽枕板数量为44根，更换为Ⅻ型枕42根，枕木间距0.6m；对既有X道混凝土枕木进行调整，调整部分间距统一为0.6m。
混凝土枕位置确定好后，进行挖槽、横向穿入3.4m长木枕，间距1.2m。扣轨与枕木连接必需采用φ22U型螺栓扣板相连，螺栓采用双螺母紧固。钢轨接头错开1m以上，两端分别伸出管道中心以外11.5m。枕木下道砟采用小型捣固机进行捣固密实，以保证道床稳固线路正常。
（二）纵横梁加固
受现场条件限制，纵、横梁采用人工搬运的方式进行加固，根据现场条件可选用吊车或滑轨的方式。
1、纵梁基底加固
在纵梁两侧搭设枕木垛作为纵梁支撑，枕木垛基底夯填150mm厚碎石垫层，干砌片石300mm厚。
2、站台墙侧水沟
9道侧邻靠站台，穿设纵横梁前临时拆除干扰的钢筋混凝土排水沟，施工完成后及时恢复。
3、纵横梁加固
为了保证施工过程中横梁在穿入时方向和位置的精准性和时效性，技术人员应提前在既有轨道上标明长木枕和工字钢横梁的具体位置，方便现场施工。其中横梁采用6.3m的I25b工字钢，既有枕盒间隔一铺一，横梁铺设间距为1.2m，采用φ22U型螺栓及扣板与扣轨进行连接，U型螺栓采用双螺母紧固。横梁施工主要穿设既有9、X道，横梁施工应先中心后两侧，9、X道交错布置，横梁要求垂直于9、X道。轨道与横梁之间为防止联电，需加设绝缘垫板；纵梁沿线路方向在两侧采用I45b工字钢设置，纵梁每3根为1组，接头错开距离必需在1.5m以上；纵梁工字钢与横梁工字钢用φ22U型螺栓联结在一起，纵梁两端支撑于枕木垛基座上。
（三）线路加固拆除
顶进就位后，使用封锁点进行扣轨及纵横梁撤除，人工抬运，专人指挥，按照指定路线抬出线路；扣轨撤除完成后，及时既有9、X道进行补砟整修；利用180分钟封锁点进行8、9道宽枕板恢复。
（四）注意事项
顶进过程中随时掌握线路变化。随时对线路方向、高低进行检测，保证线路平顺，如果线路有变化，立即停止顶进整修线路，待整修完毕后再继续顶进。
顶进期间对扣轨进行日常维护，每股道安排2人连续对螺栓进行检查紧固，要随时上紧松动的连接螺栓。列车每次通过后对加固体系进行检查，有松动或异常立即进行整修。
八、顶进及出土方案
（一）顶进
使用起吊设备将管节轻放在导轨上，测量中线与前后两头高程，管节端面垂直顶管中轴线。人工在涵管内掏土，启动主顶液压油缸，慢慢向前推动，首节涵管顶入后，液压缸退回到起始位置，将第二管节与首节进行连接，连接方式为橡胶圈连接，接缝处用M20水泥砂浆填塞，管外侧通过顶管预留孔，进行水泥注浆，将管与土体缝隙填塞密实。验收通过后再依次顶进。每一根涵管顶进后，人工继续在涵管内掏土，如此循序渐进，在顶管过程中，辅以纠偏、防止扎头抬头措施，严格按照设计参数进行顶管作业。
顶进时应在列车间隙进行。为保证安全，顶进施工时设置远近防护，顶进作业中按规定布设防护标志，并在施工位置与车站分别设专职联络员和防护员，用对讲机联络，以确保行车及人身安全。顶进中，开挖、开顶、停顶由施工负责人统一指挥，令行禁止，随时注意观测涵管、横梁、顶镐、后背及线路变化，发现问题及时处理。
（二）测量
在顶进过程当中，涵管每向前一顶程，应对其轴线和高程进行观测。并仔细做好记录，如发现偏差超出标准值后应立刻通知顶进指挥人员采取措施，调整偏差。施测进程，对水准基点及标尺等要经常检查，核查位置若用变动或偏差超出允许范围时要及时校正。
（三）挖土及出土
采取人工在管涵内掏土，土方在管内采用人力小斗车进行倒运至工作坑，同时在工作坑处利用电动卷扬机进行垂直运输。顶进出土做到“四不挖”：列车经过时不挖；开镐顶进时不挖；设备出故障时不挖；未下达开挖指令时不挖。
（四）顶进水平、方向控制及防扎（抬）头措施
1、超挖纠偏方法：顶进中加强对管道方向的监测，及时用增减顶力、侧面超欠挖等方法进行方向的调整。当偏差在10～20㎜之间，采用调整管前端两侧掏土吃力情况进行纠偏。
2、千斤顶纠偏法：采用千斤顶调整管道端，方法基本与顶木纠偏法相同，采用小千斤顶在顶木上强行将管道逐步移位校正
3、扎（抬）头纠偏：在顶进中出现“扎头”可超挖上部土，下部不挖形成力矩差达到逐步纠正；如上述办法不明显，可先在前端超挖并做混凝土横梁以加强底部强度，从而纠正扎头问题。如出现“抬头”应首先检查管前端底下是否有硬物，如有应及早排除。如无硬物则依据治理“扎头”方法采取调整掏土吃力的办法调整。
（五）顶进时应注意事项
1、首节管节顶进的中线和高程至关重要，关系到整段顶进质量。测量人员应增加测量频次，及时检查及时校正。
2、顶柱放置时必需与管道中轴线保持同轴，与横架相垂。每行顶铁和顶柱要与千斤顶维持一条中线，各行长度顶力图同等。
3、顶进前挖土是保证顶进质量及地上既有线路、设备安全的关键。管前挖土的中线和开挖形状，直接影响顶进管位的准确性。由于管道在顶进中是遵循已挖好的土壁顶进的。因此，管前四周超挖应严格控制，以消减顶进阻力。位于管端下部135°中心角范围内不得超挖，保持管壁与土壁水平，从而防止管端下沉。
4、顶进过程当中应注意观察，如发现管前土方坍塌，后背发生变化，管道偏差过大，油泵压力表逐渐升高或压力迅速下降等情况，应停止顶进，查明原因，排除故障后，再继续顶进。
5、列车通过时停止顶进施工，列车通过后方可施工。
九、监控量测
下穿既有线进行顶管，必须在保证安全的前提下进行施工，为了保证绝对安全，必须加强监控量测，包括路基沉降观测、线路变形观测、站台沉降观测等，必要时可增加既有设备沉降观测。
（一）路基沉降观测
沉降观测点设置布设于顶管中心附近，K268+038处顶管穿越8、9、X道及6、7站台，观测点布设于9、X道线间，线间布置3处监测点，顶管中心1处，间距5m南北两侧各1处。
监测点采用钢筋加茅桩，监测点埋深50cm，桩长70cm，测点埋设完成后，使测量点随着铁路路基下沉，达到监测路基的目的。
路基沉降量累计误差不能超过50mm，监测过程中沉降超过10mm，应立即停止顶进，补充道砟，养护线路。
（二）线路变形监测
顶进过程中随时把握线路变化，利用道尺对线路方向、高低进行检测，每小时进行检测一次，保证线路平顺。如果线路有变化超出轨道允许误差范围，立即停止顶进、整修线路，待整修完毕，经工务系统验收合格后方可进行顶进施工。
（三）站台沉降监测
在既有6、7站台上K268+038处顶管中线设置1处观测点及南北两侧间距2米各设置1处。距离站台端部1.3米。
顶管穿越6、7站台过程中，每日监测2次，每日统计日沉降量，累计沉降量不超出10mm，如超出10mm，停止顶进，并利用顶管预留孔洞进行注浆，确保顶管与四周土体密实。顶进完毕后，与房建段等主管部门共同确认现场，如发现站台面破损等问题，及时进行解决。
十、明挖段及接收井施工
排水暗涵既有X道外侧涵管采用明挖法进行施工。采用1：0.5放坡开挖，开挖完成后进行高压旋喷桩进行地基处理，桩长7m，桩径0.6m，桩间距1.2m，地基处理完成，检测合格后进行50cm厚三七灰土换填处理。利用12t吊车将管节吊装至基坑内进行安装。
7、8道间接收井开挖前先进行孔口支护，孔口支护利用封锁点在接收井两侧顺线路方向距既有混凝土轨枕端头各埋入4根直径50mm钢管，长1m，埋深0.5m，间距1m。在钢管和砼枕间插入4cm厚木板用于支撑道砟，木板上缘和轨枕平齐。
接收井采用人工挖孔的方式进行施工，每次开挖深度0.5米，开挖完成后施工0.15m护壁，护壁施工完成后继续进行下挖，直至挖至接收井底。开挖完成后进行竖井钢筋绑扎及混凝土浇筑。
十一、安全、质量保证措施
严格执行营业线施工的各项规章制度，科学制定施工方案，严格落实安全防护措施，严格按照调度命令允许的时间、范围组织施工作业。
严格落实安全教育制度，开工前全体施工人员必须进行安全专项教育，并经考试合格后方可进场施工。防护人员及驻站联络人员在经过太原铁路局培训基地培训合格后方可上岗工作，现场负责人、各班组负责人、现场防护人员与驻站联络员之间用对讲机进行联络。
在邻近营业线进行机械施工时，不论是作业或停留，施工机械均不得侵入铁路限界。机械施工作业时，工地必须设置专职安全防护员做到一机一防护。列车通过施工地段时，必须停止机械施工作业。
在邻近营业线施工场地堆放的材料，尽量远离营业线，不得侵入营业线限界内，各类物资应按品种、规格堆码整齐、稳妥，不得乱堆乱放和超高堆放。钢轨及构配件等的底部应按规定加设垫块，易于滑滚的材料堆放必须捆绑牢固。遮盖材料固定牢固，避免被风卷入营业线建筑限界内，影响营业线行车安全。
在顶进过程中，勤测量，勤检查及时采取措施校正偏差。
十二、结语
铁路下穿顶管施工危险系数较大，对技术方面的要求较高，太原站下穿既有线顶管施工取得良好的社会及经济效益，希望施工技术可以在以后的工程中得到有效的运用，为铁路施工安全提供保障。
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论文作者:李静
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/8
标签：线路论文; 横梁论文; 涵管论文; 枕木论文; 站台论文; 顶管论文; 导轨论文; 《建筑学研究前沿》2019年1期论文;