采用大孔徑管棚支護(hù)下穿高速公路施工技術(shù)

荀 賀 健

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

采用大孔徑管棚支護(hù)下穿高速公路施工技術(shù)

荀 賀 健

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

結(jié)合工程實(shí)例，介紹了下穿高速公路施工技術(shù)，從大孔徑管棚支護(hù)下高速公路施工技術(shù)、管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)形式及管徑選擇、管棚具體施工方案等方面進(jìn)行了論述，指出采用大孔徑管棚支護(hù)下穿高速公路施工技術(shù)可以滿(mǎn)足工程施工質(zhì)量的要求，具有良好的推廣前景。

大孔徑管棚支護(hù)，下穿高速公路，施工技術(shù)

0 引言

目前我國(guó)城市及道路交通建設(shè)有很大的發(fā)展勢(shì)頭，其中高速公路占有重要地位，施工時(shí)，其主體完工后就會(huì)涉及到很多后續(xù)工程，而后續(xù)工程往往需要下穿一些建筑物和道路，這就需要在施工過(guò)程中做好防護(hù)工作，以減少對(duì)周?chē)h(huán)境、建筑物的沖擊和破壞，有必要做好施工前的防護(hù)工作。

1 下穿高速公路施工技術(shù)

高速公路直接開(kāi)挖的施工方法本身存在一定的局限性，表現(xiàn)在下穿建筑物時(shí)會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成一定影響，同時(shí)也會(huì)給居民日常生活帶來(lái)困擾，因此需要采用一種新的施工技術(shù)和方法來(lái)解決這一問(wèn)題。目前有兩種施工方法作業(yè)時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境影響較少，一種是頂管法暗挖施工，另一種是盾構(gòu)法施工。其中盾構(gòu)法在隧道及地鐵建設(shè)工程中應(yīng)用比較廣泛，相比之下，大孔徑管棚支護(hù)施工應(yīng)用則不多，原因是：高速公路管棚施工須充分考慮不同管間的連接性和止水性；管棚支護(hù)施工完成后，工程澆筑及內(nèi)部開(kāi)挖等處可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的沉降，給高速公路施工增加了困難。

目前我國(guó)一些高速公路施工中所使用的大管棚支護(hù)法主要用于以下施工中：小型管線(xiàn)施工；孔徑不大且覆土層厚的隧道施工。需要下穿施工的技術(shù)應(yīng)用，其要求是管頂上面覆土層厚度約為1.5 m～2 m，且須保證高速公路可以正常運(yùn)營(yíng)。滿(mǎn)足這種條件時(shí)即可選用頂管法管棚支護(hù)非明挖施工技術(shù)進(jìn)行施工。

某市下穿高速公路工程概述。該工程位于某市在DK65+183.30處下穿高速公路，橋與高速公路斜交呈35°角；高速公路在該工程施工處共有十個(gè)車(chē)道，在車(chē)道外加左右幅匝道，橋梁總長(zhǎng)87橫延米；該處高速公路日均流量比較大，交通狀況復(fù)雜，通過(guò)考察得出結(jié)論，不可選用明挖法下穿高速公路施工。該工程地處丘陵地帶，土表層風(fēng)化嚴(yán)重，上層砂粘土基本承載力為230 kPa，土層下風(fēng)化花崗巖基本承載力為260 kPa。

2 大孔徑管棚支護(hù)下高速公路施工技術(shù)

2.1 管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)形式及管徑選擇

該工程鐵路在下穿高速公路時(shí)，受條件限制，所采用的是規(guī)格為(17×8.5)m的框架方式(如圖1所示)。管棚上面的鋼管要放在相同的層面上，且不能損壞現(xiàn)有公路路面構(gòu)成，還不能使用常見(jiàn)的拱形結(jié)構(gòu)；另外，使用門(mén)式構(gòu)造可節(jié)省大量資源。在注漿時(shí)，管棚根據(jù)情況采取自上而下的水平方法施工，管徑則可適當(dāng)選用4 m～6 m的方式進(jìn)行運(yùn)算，最后根據(jù)運(yùn)算結(jié)果選擇合適的管徑。其中管材使用比較多的是低碳高強(qiáng)的鋼管。

2.2 管棚具體施工方案

1)成孔方法。

管棚成孔采用跟管鉆孔和潛孔錘進(jìn)行施工，目的是防止填土層塌孔，其中采用潛孔錘鉆進(jìn)施工時(shí)，應(yīng)使用內(nèi)外錘頭拖管機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)施工。

2)鉆進(jìn)順序。

鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)從兩邊向中間施工，同時(shí)應(yīng)從兩側(cè)起拱線(xiàn)開(kāi)始，從下往上鉆進(jìn)，采用跳開(kāi)布點(diǎn)鉆進(jìn)。

3)控制鉆進(jìn)方向。

在世界范圍內(nèi)，較早涉及到銷(xiāo)售管理系統(tǒng)的理論和實(shí)踐可以追溯到上個(gè)世紀(jì)。當(dāng)時(shí)，在1960年前后，作為先進(jìn)科技代表的美國(guó)在傳統(tǒng)的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)管理的基礎(chǔ)上，提出了物質(zhì)需求管理計(jì)劃(Material Requirement Planning，簡(jiǎn)稱(chēng)“MRP”)。在當(dāng)時(shí)背景下，打破了傳統(tǒng)的固有管理模式，大大提升了商業(yè)貿(mào)易效率。在隨后的時(shí)間里，計(jì)算機(jī)理論和技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得傳統(tǒng)的人為干預(yù)的記錄、計(jì)算逐步被計(jì)算機(jī)所代替。此時(shí)，以美國(guó)為代表的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域太陽(yáng)、甲骨文和微軟等知名公司，都相繼推出了功能較為完善的銷(xiāo)售管理軟件軟硬件產(chǎn)品。[1]

采用經(jīng)緯儀燈光測(cè)斜對(duì)鉆機(jī)方向、角度和位置定位進(jìn)行控制，采用水平導(dǎo)向儀定位鉆進(jìn)方向，利用導(dǎo)向儀對(duì)水平精度進(jìn)行控制。

4)跟管作業(yè)。

鉆進(jìn)施工時(shí)，管棚應(yīng)隨深度而跟進(jìn)，每3 m設(shè)置一節(jié)管棚，且采用絲扣連接鋼管(扣長(zhǎng)6 cm)；采用兩種不同規(guī)格的鋼管進(jìn)行大管棚前端的搭接，這樣可錯(cuò)開(kāi)鋼管同斷面的搭接，具體是單雙號(hào)第一根鋼管錯(cuò)開(kāi)搭接，其長(zhǎng)度分別為3 m和1.5 m，其余鋼管規(guī)格均為3 m。采用跳搭的施工順序進(jìn)行搭設(shè)。

5)鋼筋束加固管棚。

為增強(qiáng)鋼管絲扣處的抗剪力，應(yīng)在單根管棚完全送入后，再在管棚內(nèi)插入3根直徑為16的鋼筋。

2.3 鋼管銜接方法及止水問(wèn)題

該工程橋梁總長(zhǎng)87 m橫延米，鋼管間橫向跨度達(dá)到了9.8 m，其單個(gè)鋼管頂層也達(dá)到了78 m，為有效形成管棚和加強(qiáng)不同鋼管間的銜接力，可在各鋼管間選擇公母接頭方式穩(wěn)固管棚(如圖2所示)。采用交直流自動(dòng)焊接方式焊接接頭，焊劑則選用433型。各鋼管間剪應(yīng)力值可利用ANSYS軟件開(kāi)展空間模型進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算得出的剪應(yīng)力值為19 MPa，比焊縫強(qiáng)度小。對(duì)于各鋼管之間的止水問(wèn)題，具體到本工程，影響不大，因?yàn)楣こ痰靥幥鹆甑貛В艿叵滤绊戄^小，可以根據(jù)路面施工情況設(shè)計(jì)合理的排水坡，即可將地表水沿路基兩旁排泄。加上鋼管內(nèi)部還做了注漿處理，也能起到很好的止水作用。

2.4 管棚支護(hù)作業(yè)空間及對(duì)高速公路的影響

采用現(xiàn)澆技術(shù)對(duì)管棚支護(hù)框架主體進(jìn)行施工，是由于框架主體軸向距離比較大，這樣也能保證高速公路正常運(yùn)營(yíng)，同時(shí)減少了框架的總分節(jié)數(shù)，讓工程施工不至于出現(xiàn)銜接不上的問(wèn)題，在這一過(guò)程中，也要把混凝土澆筑及施工機(jī)械作業(yè)空間計(jì)算進(jìn)去。該項(xiàng)目管棚立面的土層按照1∶1的比例進(jìn)行施工，邊坡挖成臺(tái)階形，挖8 m長(zhǎng)，按照4 m，5 m，6 m一節(jié)澆筑續(xù)框架混凝土，同時(shí)進(jìn)行比較和分析。

根據(jù)工程需要，選擇不同特性的材料，鋼管選用低碳高強(qiáng)度鋼管(外徑分別為400 mm,500 mm和600 mm，相應(yīng)壁厚分別為10 mm,10 mm和14 mm)。鋼管中間部分采用M20的水泥砂漿進(jìn)行填塞。另外，框架采用現(xiàn)澆施工，且管棚支護(hù)形式為門(mén)式布設(shè)。具體是取框架底以下12倍棚架寬度范圍和管棚兩側(cè)4倍寬度范圍內(nèi)的土體，同鋼管一起作為整體，同時(shí)按半無(wú)限體作為空間模型。超過(guò)此范圍的土體，變形量接近于零，基本不參與作業(yè)。

2.5 框架主體結(jié)構(gòu)形式及對(duì)應(yīng)的內(nèi)力分析

該工程的管棚支護(hù)框架主體在半徑為350 m的圓上，橋和高速公路斜交成35°角，按相關(guān)規(guī)范要求，線(xiàn)路中心線(xiàn)位于DK33+162.20及DK34+253.30位置的右側(cè)，合同支護(hù)架與墻內(nèi)距離為3.34 m。選取1.8 m×7.5 m的框架即可滿(mǎn)足支護(hù)要求。

在材料選擇上，支護(hù)框架主體結(jié)構(gòu)選用的是C35混凝土，具體方法是利用平面桿件結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果后再進(jìn)行分析。其坐標(biāo)原點(diǎn)在右邊墻和底板兩個(gè)軸線(xiàn)交點(diǎn)處，因此將支護(hù)框架主體結(jié)構(gòu)劃分為20個(gè)桿元和節(jié)點(diǎn)，框架底板荷載對(duì)應(yīng)寬度為3 m，分別作用在8和9兩個(gè)不同桿元上，對(duì)應(yīng)強(qiáng)度為148 kN/m。

2.6 管棚支護(hù)下穿高速公路施工方法

1)管棚下穿高速公路施工方法。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將管棚支護(hù)施工方案定為頂管法，具體步驟是，先對(duì)土體進(jìn)行暗挖，同時(shí)澆筑下穿支護(hù)框架；然后待框架達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)即可進(jìn)行頂管施工，需利用經(jīng)緯儀做好頂進(jìn)過(guò)程中的方向和軸線(xiàn)控制；最后形成管棚后，就可進(jìn)行砂漿混凝土的澆筑，直至框構(gòu)主體成形。

2)管棚支護(hù)下穿高速公路施工工序。

首先處理邊坡，做好防護(hù)工作；然后在預(yù)制好后背墻后開(kāi)始頂進(jìn)，頂進(jìn)結(jié)束即進(jìn)行鋼管注漿，完成管棚支護(hù)，須注意后背墻預(yù)制工作應(yīng)在頂進(jìn)之前進(jìn)行；最后，開(kāi)挖土體，應(yīng)逐次開(kāi)挖，同時(shí)進(jìn)行混凝土框架主體施工。

3 結(jié)語(yǔ)

采用大孔徑管棚支護(hù)下穿高速公路施工技術(shù)時(shí)，須注意如下問(wèn)題：采用接頭自鎖形式銜接所有鋼管，使之形成支護(hù)所需要的管棚，重點(diǎn)要做好第一根鋼管的精確定位，以便順利進(jìn)行后續(xù)頂進(jìn)施工；比較分析文中提出的幾種管徑的管棚支護(hù)，得出具有參考價(jià)值的理論值，以確保高速公路施工中不受影響；可確定框架受力情況，文中采用的大孔徑管棚支護(hù)下穿高速公路施工技術(shù)可以滿(mǎn)足工程施工需要。

[1] 陳思勝.解析采用大孔徑管棚支護(hù)下穿高速公路施工技術(shù)[J].中華民居,2013(9)：56-57.

[2] 徐建國(guó).探討采用大孔徑管棚支護(hù)下穿高速公路施工技術(shù)[J].江西建材,2014(3)：108.

Construction technology of applying large-aperture pipe-shed underpassing highway

Xun Hejian

(ShanxiHighwayBridge2ndEngineeringCo.,Ltd,Linfen041000,China)

Combining with engineering examples, the article introduces construction technology of underpassing highway, discusses large-aperture pipe-shed underpassing highway construction technology, pipe-shed support structure forms and pipe-aperture selection and specific pipe-shed construction schemes and so on, and finally points out that: applying large-aperture pipe-shed underpassing highway construction technology can not only meet engineering construction quality but also has great application prospect as well.

large-aperture pipe-shed support, underpass highway, construction technology

2015-04-05

荀賀健(1985- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)17-0144-02

U415

A