頂管群下穿鐵路施工對(duì)軌道變形影響分析

褚 建 華

(上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司，上海 200000)

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頂管群下穿鐵路施工對(duì)軌道變形影響分析

褚 建 華

(上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司，上海 200000)

結(jié)合西直湖港頂管群下穿既有京滬鐵路工程實(shí)例，根據(jù)下穿段地基狀況，采取了旋噴樁和袖閥管注漿分區(qū)加固措施，并介紹了頂管施工參數(shù)，對(duì)軌道變形進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為頂管施工和鐵路軌道幾何尺寸調(diào)整提供了數(shù)據(jù)支撐。

頂管，下穿鐵路，路基，軌道，變形監(jiān)測(cè)

1 工程概況

西直湖港北樞紐為新溝河延伸拓浚工程的干河樞紐工程，工程位于江蘇省無錫市惠山區(qū)和常州市武進(jìn)區(qū)交界處，整座建筑物由南涵首、現(xiàn)澆箱涵段、頂進(jìn)工作井、頂管段、接收井、現(xiàn)澆箱涵段、北涵首組成。穿京杭運(yùn)河地涵選用6根內(nèi)徑為4 m鋼筋混凝土管穿越京杭運(yùn)河，單根管道長(zhǎng)度為420 m，采用平行頂進(jìn)，管道中心間距為10.30 m，管壁厚0.32 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，設(shè)計(jì)抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W8，預(yù)制管節(jié)每段長(zhǎng)2.5 m，采用承插式F型接口。穿越管道施工采用頂管工藝，工作井布置在京杭運(yùn)河南岸，接收井布置于京杭運(yùn)河北岸京滬鐵路的北側(cè)，頂管從南側(cè)工作井開始頂進(jìn)，先穿過京杭運(yùn)河，再穿越既有京滬鐵路進(jìn)入接收井。頂管采用垂直圓弧曲線頂進(jìn)，頂管中心線圓弧曲線半徑為2 600 m，工作井和接收井處頂管中心高程分別為-3.90 m，-7.50 m，京杭運(yùn)河河底管頂覆土厚度約12.50 m，管道穿越京滬鐵路的埋深約13 m(管頂至鐵路路基高度)。穿越鐵路里程為京滬線上行K1307+180。工程平面布置如圖1所示，頂管穿越鐵路斷面圖如圖2所示。

頂管穿越土層主要為第⑤層軟塑～可塑粉質(zhì)黏土，容許承載力110 kPa，天然容重19.1 kN/m3，直接快剪粘聚力18.3 kPa，內(nèi)摩擦角9.7°。地下水類型主要為松散巖類孔隙水。

2 頂管機(jī)選型

頂管機(jī)選型主要考慮頂管穿越段的土層情況和周邊環(huán)境狀況等，根據(jù)本工程地質(zhì)情況和環(huán)境保護(hù)要求，頂管機(jī)擬采用φ4 000大刀盤泥水平衡頂管機(jī)進(jìn)行施工，該類頂管機(jī)適用于建筑群下、公路、河流、鐵路等特殊地段長(zhǎng)距離頂進(jìn)及沉降控制要求高的頂管工程。φ4 000泥水平衡頂管機(jī)主要參數(shù)如表1所示。

表1 φ4 000泥水平衡頂管機(jī)主要參數(shù)

3 地基加固措施

為了保證鐵路行車安全，減小頂管施工對(duì)路基和軌道變形的影響，采用旋噴樁和袖閥管注漿加固結(jié)合的方式對(duì)地基進(jìn)行處理，提高土體抵抗變形的能力。先進(jìn)行路基邊坡兩側(cè)旋噴樁施工，形成加固帷幕后再進(jìn)行袖閥管注漿加固。地基加固剖面圖如圖3所示。

旋噴樁形成水泥帷幕范圍內(nèi)頂管中心左右各40 m，共80 m。樁徑0.6 m，樁間距0.5 m，樁與樁之間咬合0.1 m，正方形布置，橫向兩排，樁長(zhǎng)18.5 m～20.0 m。袖閥管注漿分為主加固區(qū)和次加固區(qū)，對(duì)路基下部主要受力面土層進(jìn)行處理，旋噴樁帷幕兩側(cè)5.0 m范圍內(nèi)設(shè)注漿次加固區(qū)，旋噴樁帷幕間設(shè)注漿主加固區(qū)。旋噴樁帷幕施工完成后先施工次加固區(qū)，再施工主加固區(qū)。注漿孔縱向間距1.50 m，注漿加固至管頂以上約6.0 m，管底以下約1.0 m，注漿范圍沿鐵路方向與旋噴樁加固范圍相同，均為鐵路兩側(cè)各40 m。

4 頂管下穿施工控制

頂管施工控制優(yōu)劣是下穿鐵路施工路基變形控制，保證鐵路行車安全的關(guān)鍵。泥水平衡頂管施工主要的控制參數(shù)有泥水壓力、頂進(jìn)速度等。

4.1 頂進(jìn)參數(shù)選取

1)泥水壓力。

a.泥水壓力值P的選定：P值應(yīng)能與地層土壓力和靜水壓力相抗衡，設(shè)刀盤中心地層靜水壓力、土壓力之和為P0，則P一般控制在P=P0+20(kPa)，并在地層頂進(jìn)過程中根據(jù)地質(zhì)和埋深情況以及采取的相應(yīng)技術(shù)措施進(jìn)行反饋和調(diào)整優(yōu)化。

b.地表沉降與開挖面保持平衡穩(wěn)定關(guān)系以及相應(yīng)措施對(duì)策(見表2)。

表2 地表沉降信息表

c.泥水壓力P的保持主要通過維持開挖土量與排泥量的平衡來實(shí)現(xiàn)。可通過設(shè)定頂進(jìn)速度、調(diào)整排泥量或設(shè)定排泥量、調(diào)整頂進(jìn)速度兩條途徑來達(dá)到。

2)頂進(jìn)速度。

頂管機(jī)穿越鐵路段時(shí)，應(yīng)降低頂進(jìn)速度，且盡可能保持勻速頂進(jìn)，以減小頂管掘進(jìn)施工對(duì)鐵路下方土體的擾動(dòng)。頂管機(jī)的頂進(jìn)速度一般為7 mm/min。

4.2 施工控制措施

1)全面檢修頂管機(jī)頭，確保頂進(jìn)時(shí)，機(jī)頭能正常工作。

2)頂管所用管材及其他材料，在頂管開始前2天必須全部到場(chǎng)，保證頂管時(shí)的原材料供應(yīng)。

3)減慢頂進(jìn)速度，在穿越鐵路前后各30 m范圍，頂進(jìn)速度控制在9 m/d～12 m/d，并根據(jù)每天測(cè)量參數(shù)不斷調(diào)整速度及頂進(jìn)參數(shù)。

4)我們采取頂管掘進(jìn)機(jī)外殼準(zhǔn)備仿瓷涂料，機(jī)頭后跟蹤注漿，基本上可以消除機(jī)頭帶土損失。

5)頂進(jìn)時(shí)勤測(cè)勤糾，糾偏角度控制在1°以內(nèi)，使頂進(jìn)軸線偏差越小越好，減少掘進(jìn)機(jī)糾偏引起的土體損失。

6)注漿應(yīng)遵循“同步注漿與補(bǔ)漿相結(jié)合”和“先注后頂、隨頂隨注、及時(shí)補(bǔ)漿”的原則施工；嚴(yán)格控制好減摩注漿的壓力、注漿量，使?jié){液充滿管節(jié)與土體的間隙。在通頂后用速凝泥漿置換原有的觸變漿液。

7)頂進(jìn)時(shí)管節(jié)止水橡膠圈必須安裝好，保證節(jié)口不漏水、不漏泥，以減少土體損失。

5 路基變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

頂管穿越保護(hù)區(qū)時(shí)，為了及時(shí)掌握頂管施工對(duì)軌道變形的影響程度，施工過程中對(duì)上下行軌道沉降和水平位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，圖4為監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖。

頂管施工順序?yàn)?號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、1號(hào)，頂管頂進(jìn)過程中上下行軌道變形規(guī)律一致，下面就上行軌道沉降和水平變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，沉降變形曲線如圖5所示，水平變形曲線如圖6所示。正值表示隆起，負(fù)值表示下沉。

由圖5可以看出，頂管下穿施工中軌道變形以沉降為主，剛開始有微量的隆起，隨著頂進(jìn)施工過程，沉降不斷增加。頂管施工對(duì)正上方的軌道變形明顯大于頂管外側(cè)，整個(gè)施工過程中，軌道最大變形為S+5點(diǎn)，沉降值為22.5 mm，超過報(bào)警值，最小變形為S+b點(diǎn)，沉降值為3.0 mm。達(dá)到報(bào)警值后，立即通知施工單位進(jìn)行原因分析，調(diào)整施工參數(shù)，鐵路工務(wù)部門對(duì)軌道幾何尺寸進(jìn)行調(diào)整，以確保鐵路行車安全。

由圖6可以看出，在頂管施工初期，軌道水平變形較大，隨著頂管施工控制不斷調(diào)整，水平變形逐漸變小，并處于波動(dòng)狀態(tài)。初期軌道水平變形較大主要是頂管施工控制不良，速度較快，頂管前方土體隆起，軌道水平產(chǎn)生較大位移。整改施工過程中，水平位移最大值為5.7 mm，接近報(bào)警值，最小值為1.7 mm，軌道水平位移未超過報(bào)警值，狀態(tài)良好。

根據(jù)軌道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，頂管施工參數(shù)控制是控制軌道變形的關(guān)鍵。同時(shí)表明，地基加固起到了良好的效果，減小了頂管施工對(duì)土體的擾動(dòng)，有效的控制了頂進(jìn)施工對(duì)軌道變形的影響。

6 結(jié)語

頂管下穿施工中，通過有效控制施工參數(shù)，加強(qiáng)軌道變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，頂管施工順利完成，確保了鐵路行車安全，取得了良好效果，主要有以下幾個(gè)方面的結(jié)論，為今后類似工程施工提供經(jīng)驗(yàn)：

1)頂管穿越鐵路保護(hù)區(qū)段時(shí)，加強(qiáng)頂管施工參數(shù)控制，合理設(shè)定泥水壓力，應(yīng)降低頂進(jìn)速度，且盡可能保持勻速。

2)頂管群下穿鐵路施工前采取地基加固是有效控制軌道變形，確保行車安全的可靠措施，合理劃分加固區(qū)，既確保鐵路安全，又降低了施工成本。

3)頂管群下穿鐵路施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)軌道變形監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋給施工操作人員和鐵路工務(wù)監(jiān)督人員，有效指導(dǎo)頂管施工參數(shù)控制和軌道幾何尺寸調(diào)整，確保行車安全。

[1] 梁玉亮.大直徑管道下穿地質(zhì)復(fù)雜鐵路路基施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2016(4)：43-47.

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[3] 馮 印.超大直徑頂管群下穿京滬鐵路的設(shè)計(jì)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2015(8)：12-19.

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The influence analysis on pipe jacking group underpass railway construction to track deformation

Chu Jianhua

(ShanghaiDonghuaLocalRailwayDevelopmentLimitedCompany,Shanghai200000,China)

Combining with the Xizhi lake port pipe jacking group underpass existing Beijing-Shanghai railway engineering example, according to the foundation situation of underpass section, took the grouting pile and sleeve valve pipe grouting partition reinforcement measures, and introduced the pipe jacking construction parameters, made dynamic monitoring to track deformation, provided data support for pipe jacking construction and railway track geometry size adjustment.

pipe jacking, underpass railway, roadbed, track, deformation monitoring

1009-6825(2017)09-0133-03

2017-01-12

褚建華(1965- ),男,助理工程師

U213.2

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