天津LNG項目輸氣干線穿越南港鐵路工作坑支護施工技術

吳興政

（中石化江蘇油建工程有限公司，江蘇 揚州 225002）

1　工程概況

天津LNG項目輸氣干線工程在南港鐵路（在建，設計時速80Km/h，雙線）里程DK25+921.41和DK25+925.84處，D1016與D813天然氣管道與鐵路交叉，交叉 角 度 分 別 為 75°26′和 67°53′11″， 穿 越 處 需 要 預 埋φ1750 （燃氣）-s型和 φ1550 （燃氣）-s型兩根防護套管，套管頂高程分別為-4.6m～-4.82m，至鐵路路基面的距離分別為9.09m和9.31m。鐵路南側工作坑位于645專用線與南港鐵路之間，北側接收坑分別距離南港鐵路149m及66m。勘察資料顯示，深度20.0m范圍內的地基土屬第四系全新統人工填土層，陸相沉積層、海相沉積層，穩定水位埋深1.5～1.6m,最大凍土深度 0.7m，標準凍土深 0.6m。

LNG即液化天然氣，主要成分甲烷，無色、無味、無毒且無腐蝕性，是一種清潔、高效的能源。隨著我國“西氣東輸”工程的蓬勃開展，國家天然氣“十三五”規劃、煤改氣等引導、規劃政策的不斷深入與落實，大力推廣天然氣已成為我國的能源政策。由于我國的天然氣資源分布不均勻，西部約占全國陸上天然氣資源的87%，為了促進能源結構和產業結構調整，帶動東部、中部、西部地區經濟共同發展，天然氣長距離輸送網絡干線、連接各地區的支線，工程規模大、投資高，沿途需要穿越項目多，例如穿越公路、鐵路、江河等。[1]本工程施工技術為該類項目提供了有效的借鑒和參考。

2　工作坑支護設計

工作坑施工經常由于地下水控制不合理，支護結構選型不科學，施工監測和數據處理不到位等原因，導致施工過程中出現了很多問題，給現場施工操作帶來了諸多不便，甚至造成了巨大的經濟損失和引發施工安全事故。[2]本工程地下水位較高，滲透性較強，采用雙排φ700mm樁長12m水泥攪拌樁作為止水帷幕，攪拌樁的搭接不小于150mm；綜合基坑深度，土的性狀及地下水條件，基坑周邊環境對基坑變形的承受能力及支護結構一旦失效可能產生的后果，經濟指標、環保性能和施工工期等因素，采用φ1000mm樁長20m鋼筋混凝土鉆孔灌注樁防護，鉆孔樁上設置冠梁，高度為 900mm，基坑并采用 I45b雙拼鋼板樁腰梁及 φ610mm鋼管支撐進行支撐。設計要點如下：

（1）攪拌樁止水帷幕要求室內配合比設計 7d無側限抗壓強度Qu≥0.8MPa，完成后滲透系數≤10-6cm/s。鉆孔灌注樁及冠梁，混凝土等級為C30，鋼筋采用HRB400、HPB300熱軋鋼筋，鋼材、型鋼采用 Q235鋼、Q345鋼。

（2）支護結構最大水平位移≤0.3%Hmm（H為基坑開挖深度），且≤30mm。

（3）工作坑開挖時應分層，分段對稱平衡開挖，每層先挖中間土后挖兩側土，每層挖土厚度不宜超過3m，開挖至支撐下500mm后及時架設支撐，在支撐未達到正常使用前，不得超挖下層土方。

（4）工作坑及支護結構施工需要進行營利和變形監測，通過動態信息管理，對監測數據及時處理并反饋以指導施工，發現排樁異常情況應立即做施工處理，防止發生工程事故。

（5）施工前須詳細做好沿線地下管物的物探，核實場區地下水情況，將工程影響范圍內容挖槽暴露于明面并根據具體情況進行加固、架設、防護并派人看守。

3　施工技術

3.1　水泥攪拌樁施工

3.1.1試驗

本工程施工前先根據設計要求進行了室內配合比實驗，確定了最佳配合比，然后進行了成樁工藝性試驗，確定了各項工藝參數，并報監理單位確定。試驗樁每個工作坑2根。

3.1.2施工程序

場地平整→樁機就位→預攪鉆進至設計深度→反轉噴漿攪拌提升→重復噴射鉆進攪拌→重復攪拌提升→成樁完畢、移位。

（1）樁機就位：用白粉放好樁位線后鉆機就位，樁位誤差不得大于50mm，垂直偏差不得超過1%，樁直徑和樁長不得小于設計值。

（2）攪拌下沉：攪拌機冷卻水循環正常后，啟動攪拌機電機，放松起重機鋼絲繩，使攪拌機沿導向架切土攪拌下沉，使土攪松，下沉速度由電機的電流監測表控制，工作電流不應大于10A；如下沉速度太慢，可從輸漿系統補給清水以利鉆進。

當攪拌機下沉到一定深度時，按預定摻入比和水灰比拌制水泥漿，并將水泥漿倒入集料斗內備噴。

（3）噴漿攪拌提升：攪拌機下沉到設計深度后，開啟灰漿泵，其出口壓力保持0.4～0.6Mpa，使水泥漿自動連續噴入地基，攪拌機邊噴漿邊旋轉邊嚴格按已確定的速度提升，直到設計要求樁頂標高。

（4）重復攪拌下沉：為使以噴入土中的水泥漿與土充分攪拌均勻，再次將攪拌機邊旋轉邊沉入土中直到設計要求深度。

（5）清洗：向已排空的集料斗注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗管道中殘留水泥，直至沖洗干凈，同時將攪拌頭清洗干凈。

（6）移位：重復上述步驟，進行下一根樁的施工。

3.2　鉆孔灌注樁施工

本工程采用泥漿護壁鉆孔灌注樁，正循環鉆機成孔，施工工藝為：確定樁位→護筒制作與埋設→樁機就位→鉆孔→注入泥漿→清孔驗孔→鋼筋籠制作安裝→安裝導管、二次清孔→水下灌注混凝土→樁頭混凝土養護。

（1）護筒的制作與埋設：護筒采用厚 4mm～6mm鋼板制作，水中樁節長4m，陸地樁護筒節長2米，內徑比設計樁徑大20cm。護筒埋設時頂部高出施工地面30cm，高出孔外水位200cm，其中心軸線應正對測量標定的樁位中心。

（2）鉆孔：鉆機就位后，鉆桿中心準確對準孔位中心，底座和頂端保證平穩，待泥漿性能符合要求后開始鉆進，輕壓慢轉數分鐘后，逐漸增加轉速和增大鉆壓，并適當控制鉆速，正常鉆進時，應合理調整和掌握鉆進參數，不得隨意提動孔內鉆具，控制水頭高度，并經常測定泥漿性能。鉆孔達到要求后采用灌注樁孔徑檢測系統進行檢查

（3）清孔驗孔：，鉆孔各項指標符合要求后立即進行清孔，重點檢查孔內排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm顆粒，泥漿比重、含砂率、粘度。采用檢孔器驗孔設備檢查孔深、孔徑、傾斜度及孔底沉砟厚度，達到要求監理工程師簽證后方可進入下道工序。

（4）鋼筋籠制作安裝：鋼筋籠采用加工場集中加工，分段加工，孔口對接，每隔2m設置一組定位鋼筋，每組4根均勻設于樁基加強筋四周。汽車吊裝，鋼筋籠接長安裝到位后固定在孔口。

（5）安裝導管、二次清孔：試拼、檢驗、安放導管。利用導管二次清孔，檢查孔底沉碴厚度。

（6）水下灌注混凝土：關鍵控制好首批封底混凝土數量，導管下口埋入混凝土中不小于1m，然后連續進行。整個灌注過程中，及時提升導管，控制導管埋深，導管在混凝土埋深不小于2m。最后澆筑面按高出樁頂設計高程1個直徑，保證樁頂混凝土的質量。

3.3　冠梁施工

鉆孔樁檢驗合格后開挖破樁頭，綁扎鋼筋，經監理檢驗合格后立模澆筑砼，拆除模板后覆蓋灑水養生。

3.4　工作坑支撐

工作坑分層、分段平衡開挖，每層先挖中間后挖兩側，開挖至支撐下500mm后及時設支撐。采用I45b雙拼鋼板樁腰梁及φ610mm鋼管進行，腰梁下采用角鋼焊接成三角進行承托，腰梁與排樁的間隙采用C30細石混凝土充填密實。

3.5　洞口地基加固

頂管機頭進出洞時，有水泥攪拌樁止水及鉆孔灌注樁圍護，正常情況能滿足頂管機頭出洞要求，但本工程由于工程的需要，鉆孔灌注樁需要鑿除至基坑底部略高于洞口頂部，洞口臨空面樁體難以承受地層的土壓力，因此進行加固處理。具體加固方案為：在洞口圍護樁外圈增加一排水泥土攪拌樁，與圍護結構同時施工，該排樁寬度比洞口寬度每邊寬1.5m，深度比洞口下沿深4m，施工方法與洞口水泥土攪拌樁類同，如圖1所示。

圖1　洞口加固示意圖

圖2　釘型樁布置圖

3.6　鐵路路基加固

為了保證工后鐵路路基基本穩定，頂管及兩側各15m范圍內沿南港鐵路的地基采用φ500mm樁長18m釘型樁加固，樁間距 1.6m，具體布置見圖 2，其中頂管兩側呈正三角形布置，頂管管間呈正方形布置。其中擴大頭部分直徑1.0m，擴大頭長4.0m。

4　施工監測與管理

在基坑工程中，工程的實際工作狀態與設計工況往往存在一定的差異，設計值還不能全面、準確的反映工程的各種變化；由于工程的復雜性難從已有的經驗中借鑒，也難從理論上找到定量分析、預測方法，需要依賴于施工過程中的現場監測。特別是在基坑出現質量問題或支護結構不穩定時，基坑監測就成了決策者的耳目，時刻指引著基坑施工工作向著安全、穩定的方向發展。

（1）監測的項目：圍護樁頂水平位移、鋼管支撐軸力，樁身傾斜，水位監測、地面沉降等。

（2）監測的程序：先根據設計要求編制監測方案，布設控制網，設置監測點，施工前測出初始值，施工時根據設計頻率觀測。

（3）監測的等級及預警報警值：基坑按照安全等級一級監測，地面最大沉降量≤0.10%H，圍護結構最大水平位移0.3%H（H基坑開挖深度）的80%時應采取適當措施并加密觀測次數；鐵路路基沉降值最大3mm。控制值的70%為預警值，80%為報警值。

（4）儀器、觀測精度、頻率：變形監測采用天寶DNI12高精度電子水準儀，精度0.3mm/km，按一等變形監測精度測設，應力監測采用應變計。監測頻率按照設計要求監測，異常時加密監測頻率。

（5）信息管理：對監測數據及時處理及時反饋以指導施工。如監測值超出預警值，立即匯報，停止施工，查明原因，制定相應措施后方可施工。

5　結語

本工程嚴格按照設計要求和國家規范組織施工，成樁質量好，基坑支護牢固；對頂管機頭進出洞口和在建鐵路路基進行了加固，保障了施工進程，降低了施工風險；科學監測方案，動態信息管理，防止工程事故發生。

【參考文獻】

［1］馬鐵量.長輸天然氣管道配送方案研究[D].武漢,華中科技大學.

［2］緒新,楊生彬,王冬海.密排大口徑排水管道頂管施工技術[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2005(6)：21-23.

［3］建筑樁基技術規范：JGJ94—2008[S].北京：中國建筑工業出版社,2008.

［4］建筑地基處理技術規范：JGJ79—2002[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.