摘要：对穿越高速铁路与高速公路施工要求进行分析，从行业规范、水文地质、文明施工以及工程情况进行论述，提出用土压平衡顶管技术进行施工，进行了安全、质量、进度、成本的分析研究，解决了在恶劣地质中管道如何经济快捷的穿越高速铁路与高速公路。高铁和高速公路都有着各自的行业要求，其他建筑物与其交汇时需要严格遵守相关规定，满足各项技术指标，做到合法合规，文明和谐的施工。
关键词：顶管，土压平衡顶管；高速公路；高速铁路；非开挖施工
引言
随着社会的不断发展，高速铁路和高速公路在交通运输体系中越来越重要，一定要确保安全稳定，不能随意中断运营。高速铁路和高速公路都是一个较长的连贯封闭的建筑，其他工程建筑与其交汇处需要采取特别的手段，不外乎上跨以及下穿两种手段。北方很多地区，地势复杂，交通要道的修建位置选择不多，很多时候高速铁路与高速公路距离很近，采用上跨穿越需要大跨度的桥梁，造价很高；近年来北方大量的修建集中供热管道，需要一种安全经济快捷的施工方式。针对小型管道、长距离、复杂地质的施工需求，采用土压平衡顶管施工可以安全快捷的完成施工，并且确保和既有高速铁路与高速公路相互之间的影响最小。
1、施工要求
根据高速铁路基础的不同，采用桥梁基础时，铁路安全保护距离最小，为中心线两边15米共30米，为路基路堑时，铁路安全保护距离能达到100米以上；同理，高速公路也存在相同的情况。所以，同时穿越穿越高速铁路与高速公路时顶管长度基本处于100米至200米。由于道路上行车速度快，施工期间不能影响高速铁路与高速公路的正常运营，不能影响铁路公路行车安全，不能出现沉降所以施工方法必须保证安全。
2、方案选择
以山西省临汾市热电供热管网穿越大西客运专线高速铁路与大运高速公路为例，两趟供热管道同时穿越高速铁路与高速公路，每趟管道长112米共计224米，冬季来临急需供暖，工期要求短，工作任务重，施工环境恶劣，根据各方面研究对方案进行选择：
2.1、施工处高铁为电气化线路，上方已横跨既有高压供电线，采用上跨穿越不能影响铁路和公路，难度大、费用高，不合实际，只能采用顶管下穿；
2.2、施工处铁路桥梁基础与公路路基坡脚之间距离只有20米，如果从中间向两边施工，工作井的开挖对铁路桥墩和公路路基影响大，不符合铁路和公路相关规范要求，铁路和公路相关部门不允许，为了符合铁路和公路的要求只能从一侧顶进，顶进长度为112米。
2.3、施工处于汾河西侧，地下水位高，仅为1.7米，为满足顶管施工要求，施工过程中覆土深度为4米以上，整个顶管施工在地下水层中进行，由于高速铁路桥墩基础200米范围内禁止降水，只能带水施工，所以要采取封闭式顶管施工；
2.4、施工处土质类型为软弱土，土层中含有流沙层，高速公路严格要求保证道路安全，禁止产生沉降，必须确保施工时土体压力不能发生变化，所以要采用压力平衡技术施工。
2.5、施工场地周边均为村民生活生产区域，有大量民居和莲菜池、养鱼塘，为避免污染周围水源产生纠纷，施工时不能产生泥浆废水防止污染地下水，所以采用土压平衡顶管施工。
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土压平衡顶管技术，在顶进过程中，顶管掘进机可以与其所处土层的土压力和地下水压力处于平衡状态，同时其排土量与掘进机切削刀盘破碎下来的土的体积处于一种平衡状态，对原貌地质影响小，施工速度快，顶管全过程由机器控制，施工人员不用直接接触土层，操作安全，是一种成熟理想的顶管技术。在有限的施工条件下，同时穿越穿越高速铁路与高速公路时，需要保证既有的高速铁路与高速公路安全，又要确保施工精度，还要能够在各种恶劣地质中进行，采用土压平衡施工顶管技术在100米至300米之间经济性好、可靠性好，施工速度快，最重要的是施工不引起铁路和公路的沉降。
3、施工过程
3.1、在办理好高速铁路和高速公路施工许可手续后，进行施工准备，进行放线测量，对既有天然气管道和供水管道进行防护，改移电力线。
3.2、首先对高速公路路基进行注浆加固，注浆采用普通硅酸盐水泥，注浆孔间距2米，梅花布置。注浆压力0.2~0.4Mpa，对地表沉降和隆起进行严格监测，累计不得超过4mm。
3.3、紧贴工作井设钢板桩围堰，只抽工作井内的水，严禁大范围抽水，防止对高铁和高速造成影响。
3.4、浇筑工作井护臂和地板，安装顶进设备，施工完成后工作井可作为管道检查井。同时做好监测准备。
3.5、顶进开始，进度达到每天30米，一趟管线4天完成，中间重新吊装顶进设备花费1天，第二趟管线4天完成，顶进开始至结束用时9天。
3.6、施工完成后撤场，等待主管线安装设备，对道路进行三个月沉降观测，观测结果沉降为零。
4、分析研究
采用土压平衡顶管施工实际产生的效果与同条件下其他施工方法相比较，进行分析研究：
4.1、安全：施工过程中，基坑深度为7米，四壁为800mm的混凝土护壁，支设三道工字钢横撑，顶管全过程由机器控制，施工人员一直处于套管内，不直接接触土层，安全风险小。而人工开挖顶进在遭遇流沙层是出现塌方现象，非常危险。
4.2、质量：施工过程中，进尺和纠偏全部由机械操作完成，112米长度的顶管累计误差为20mm，完全符合设计要求，施工过程中废土外运，对周边环境影响很小，道路沉降为零。而人工开挖顶进施工时管道偏移30cm，岛屿路面下沉20公分，严重影响行车安全。
4.3、进度：准备工作做3天，工作井制作和道路逐渐加固共15天，顶进9天，整个施工工期27天，相同条件下采用人工顶进方法至少需要50天，土压平衡顶管大大加快了工程进度，对人力资源要求降低很多，机械耗时短，可以同时进行多处施工。
4.4、成本：施工耗时短，人员需求低，机械设备台班少，尽管设备专业性强，单价稍高，但是总成本平均在224米的长度上，每米单价为3万元左右，同人工顶进相比优势很大。
5、总结
通过对安全、质量、进度、成本的分析研究，结果表明管道在同时穿越高速铁路与高速公路时，在保证安全质量的前提下，采用土压平衡顶管技术施工能有经济快捷的完成施工任务，并且完全不影响道路桥梁的安全稳定，确保高速铁路和高速公路正常运营，这是未来顶管施工的主要方向。
参考文献：
1.吕建中.压平衡式矩形顶管顶进工法[J].非开挖技术，2003，（6）：28-30
2.米钟霞.顶管施工工艺在排水工程施工中的应用[J].天津城市建筑学院学报，2003，9（4）：235-238
作者简介：王小康、男、1991年10月、助理工程师。
论文作者:王小康
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/12
标签：高速公路论文; 高速铁路论文; 顶管论文; 铁路论文; 管道论文; 公路论文; 土层论文; 《基层建设》2018年第9期论文;