排水管道穿越鐵路復(fù)雜土層頂管施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

何勝良

平煤神馬建工集團(tuán)有限公司 河南 平頂山 467000

1 前言

平煤股份七礦礦尾水處理項(xiàng)目，是將七礦井下尾水抽至井口沉淀池沉淀，然后通過敷設(shè)兩趟排水管道，穿越七星選煤廠正在使用的三股鐵道到達(dá)新建沉淀池再沉淀，經(jīng)水泵房將尾水輸送到平煤供水總廠一分廠再經(jīng)凈化處理后供礦區(qū)居民使用。本項(xiàng)目排水管道穿越七星選煤廠正在使用的三股鐵道，設(shè)計(jì)方案采用頂管施工。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，該頂管施工采用液壓千斤頂作為頂進(jìn)設(shè)備，頂管用的管道采用鋼承口水泥管。由于鐵路下面土質(zhì)情況復(fù)雜，南段為矸石渣土，北段為黃泥土，因此在液壓千斤頂頂進(jìn)過程中施工難度大、危險(xiǎn)性極高。

此方案的實(shí)施不僅加快了施工進(jìn)度，而且也為今后類似工程的施工提供了成熟可靠的施工經(jīng)驗(yàn)。

2 實(shí)施方案

2.1 測(cè)量放線定位

由于本工程直接影響著礦區(qū)居民的生活用水，時(shí)間緊任務(wù)重，我單位立即組織技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量放線，在礦方協(xié)助下完成了定位放線的任務(wù)，確定了頂管的走向與標(biāo)高。

2.2 挖掘工作坑和接受坑

工作坑和接收坑大小相同，尺寸均為5.9m（長(zhǎng)）*7.3m(寬)*4m(深），基坑挖完后施工工作坑內(nèi)的后背基礎(chǔ)及工作坑和接收坑內(nèi)的混凝土地坪，工作坑內(nèi)的后背基礎(chǔ)采用C30混凝土澆筑，地坪采用C15混凝土澆筑，待后背墻基礎(chǔ)混凝土和地坪混凝土強(qiáng)度均達(dá)到施工要求后再進(jìn)行下道工序施工。

2.3 頂進(jìn)設(shè)備的架設(shè)

經(jīng)計(jì)算管道頂進(jìn)過程中的最大摩擦阻力為291t，選用一個(gè)300t的千斤頂即能滿足施工要求。千斤頂在工作坑內(nèi)頂進(jìn)時(shí)，頂力作用點(diǎn)與管壁反作用力的作用點(diǎn)在同一軸線上，目的是為了防止頂進(jìn)過程中產(chǎn)生錯(cuò)位現(xiàn)象，造成頂進(jìn)偏差。由于管道上部及兩側(cè)與土壁有間隙，因此液壓千斤頂頂鎬的著力點(diǎn)應(yīng)作用在管子直徑的1/4～1/5處為宜。頂鐵安裝必須順直，為防止水泥管口不被頂裂，在管道頂進(jìn)前在水泥管端部增加緩沖墊。

油泵應(yīng)與液壓千斤頂相匹配，并有備用油泵，油管順直，轉(zhuǎn)角少；油泵安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試。頂進(jìn)開始時(shí)，應(yīng)緩慢進(jìn)行，待各接觸部位動(dòng)作后，再按照正常速度頂進(jìn)，頂進(jìn)過程中油壓突然增高時(shí)，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，待問題處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)。工作坑后背采用20cm長(zhǎng)×20cm寬×2m高的方木碼放，并貼緊墻壁，高度與后背平齊，保證后背平面與管道中心線垂直。方木前設(shè)立一塊同等面的20mm厚鋼板，如有空隙用砂石填充嚴(yán)密，以便均勻地將頂力傳到后背壁上。

2.4 頂進(jìn)

頂進(jìn)前再次確認(rèn)水泥管進(jìn)口位置，由于穿越鐵路南段路基為矸石渣土層，土質(zhì)松散，同時(shí)拉煤重車經(jīng)常在此通行，震動(dòng)大，會(huì)擾動(dòng)矸石渣土層，管道在頂進(jìn)過程中極易發(fā)生塌方現(xiàn)象，給頂管施工帶來很大困難。為防止此種現(xiàn)象的發(fā)生，我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在施工過程中采取了切實(shí)有效的措施，在頂管穿越鐵路矸石渣土層時(shí)采用“先人工挖掘、坑木支護(hù)，后頂進(jìn)”的施工方案。為加快施工進(jìn)度采用連續(xù)晝夜24小時(shí)施工作業(yè)。坑木支護(hù)施工時(shí)，必須按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定采用前探梁臨時(shí)支護(hù)或其它臨時(shí)支護(hù)形式，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。

2.4.1 施工中不得使用下列支護(hù)材料及支架。

①不符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定的支護(hù)材料；

②腐朽、劈裂、折斷、過度彎曲的坑木；

2.4.2 嚴(yán)禁將柱腿架設(shè)在煤渣或矸石塊上。

2.4.3 支護(hù)過程中損壞的支架應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。修復(fù)支架前，應(yīng)先鑿掉危石、活動(dòng)矸石，做好臨時(shí)支護(hù)。扶棚或更換支架時(shí)，應(yīng)從外向里逐架依次進(jìn)行。

2.4.4 架棚巷道支架之間必須安設(shè)牢固的拉桿或撐木。工作面10米內(nèi)應(yīng)敷設(shè)防倒器或采取有效措施防止上面過重車引起震動(dòng)造成支架倒塌。

2.4.5 在震動(dòng)大的地方架設(shè)對(duì)棚時(shí)，對(duì)棚應(yīng)一次施工，不準(zhǔn)采用補(bǔ)棚，以免對(duì)棚高低不平，受力不均。

2.4.6 架棚后應(yīng)對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行檢查，不合格時(shí)應(yīng)進(jìn)行處理。

①梁和柱腿接口處是否嚴(yán)密吻合；

②支架是否按要求放置木墊板；

③梁、柱接口處及棚腿兩端至中線的距離；

④支架有無歪扭邁步，前傾后仰現(xiàn)象；

⑤支架幫、頂是否按規(guī)定背緊、背牢。

2.4.7 底板是軟渣土?xí)r，要采取防止柱腿鉆底的措施。在柱腿下加墊塊時(shí)，其規(guī)格、材質(zhì)必須符合作業(yè)規(guī)程要求。

2.4.8 采用人工上梁時(shí)，必須手托棚梁，穩(wěn)抬穩(wěn)放，不要將手伸入柱梁接口處。

2.4.9 頂板壓力較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)打點(diǎn)柱，棚梁受到頂板來壓彎曲變形，當(dāng)其中部與其兩端相比下沉≥50mm，且連續(xù)數(shù)量超過2棚時(shí)，每隔1棚施工1根支柱；當(dāng)棚梁中部下沉≥80mm時(shí)，每棚均施工1根支柱。挖掘渣土深度約30cm進(jìn)行坑木支護(hù)，支護(hù)高度約1.45m，同時(shí)挖掘的矸石渣土及時(shí)清理外運(yùn)后進(jìn)行管道頂進(jìn)，如此反復(fù)循環(huán)，進(jìn)尺達(dá)到2米時(shí)，進(jìn)行下一節(jié)管道的頂進(jìn)施工，直至矸石渣土層管道頂進(jìn)施工完成。當(dāng)頂進(jìn)到黃泥土層時(shí)采用“先頂進(jìn)、后挖掘”的施工方法，先利用液壓千斤頂將管子頂進(jìn)泥土中一部分，再把水泥管中的泥土挖掘、清理、外運(yùn)，如此反復(fù)循環(huán)，進(jìn)尺達(dá)到2米時(shí)，進(jìn)行下一節(jié)管道的頂進(jìn)施工，直至管道頂?shù)筋A(yù)定的接收坑位置。

2.5 注漿

單趟頂管的頂進(jìn)工作完成后，須對(duì)矸石渣土層段頂管和其四周土體的空隙進(jìn)行注漿，以防發(fā)生路基沉降，影響頂管施工和鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩Ｊ┕し椒ǎ菏紫葘⑺喙芸谒闹芷龃u封堵，然后在矸石渣土層段的鋼承口水泥管上方（約70°和110°的位置）利用水鉆鉆3～4個(gè)孔徑Φ100mm的注漿孔，注漿管與各注漿孔連接，然后再連接到主注漿管上，最后用軟管與注漿泵一端相連，注漿泵的另一端與儲(chǔ)漿罐相連接。待注漿全部完成后，對(duì)所有注漿孔進(jìn)行封堵，確認(rèn)頂管內(nèi)不再跑漿、漏漿。

3 解決的關(guān)鍵問題

3.1 根據(jù)矸石及黃土層等不同的土質(zhì)情況，分別采用“挖掘-支護(hù)-頂進(jìn)”及“頂進(jìn)-挖掘”的施工工藝，解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下穿越鐵路路基頂管施工期間作業(yè)及行車安全的難題。

3.2 通過對(duì)頂管施工周邊空隙注漿填實(shí)，有效防止鐵路路基下沉，保證了鐵路的行車安全，為類似工程的具有借鑒意義。

4 結(jié)束語

此方案的實(shí)施縮短了施工工期，節(jié)約了成本，保證了復(fù)雜地質(zhì)條件下穿越鐵路路基頂管施工期間作業(yè)及行車安全。為今后遇到類似復(fù)雜土層過鐵路頂管的施工，提供了成熟可靠的施工經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)在此類項(xiàng)目上積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造良好的行業(yè)信譽(yù)和榜樣。