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刘宇 （辽宁省东水西调工程建设局，辽宁铁岭112003） ［摘要］文中依托大型输水管道穿越京哈铁路工程。为解决大型输水“高铁200 m之内禁止降水，30 m之内严禁明挖”的问题，同时保证穿越京哈高速铁路工程施工进度、质量要求。分析套管顶进过程影响因素，提出冻结开挖面克服土体液化，利用无污染甘油做减阻措施减少顶进对原地貌的影响；以及空钻释放水压力等措施，保证套管顶进过程偏差符合要求。 ［关键词］输水管道；穿越高铁；关键技术 1 工程信息1.1 工程概况 辽西北供水工程供水管线在开原境内由京哈高铁八宝屯特大桥桥下通过。供水管线分四孔分别由八宝屯特大桥第126～129孔穿越铁路，管线与京哈高铁的交叉角度为60°，交叉处铁路里程为京哈高铁K810+419.30。 即有京哈高铁为32 m简支箱梁，圆端型桥墩，承台尺寸为6.2×10.2 m，承台高2.0 m，为8根1.0 m桩基础。交叉处梁底至地面最小距离为5.1 m，施工期间桥下禁止通行大型施工设备。 每根供水管线为φ3 220 mm带加劲环钢管。每根供水管线为φ3 220 mm钢管，外套DN4000× 3000H8顶管，顶管为4座独立的1～4.0 m顶管，顶管内径4.0 m，壁厚0.4 m，单节长度3.0 m，设计覆土厚度按照1.0 m考虑，每根顶管长度为63.0 m。该处管线为4×DN3200输水钢管穿越，工作压力1.4 MPa。高速铁路运行安全管理条例规定：高铁200 m之内禁止降水，30 m之内严禁明挖。 1.2 水文地质 场地内陆下水类型主要为：上层滞水和承压水。 1）上层滞水：整个场地内均有分布，赋存于耕植土中，接受大气降水和人工灌溉补给，以蒸发为主要排泄方式，水位埋深较浅，地表直接出露，钻孔在2.0 m左右揭露。 2）承压水：整个场地内均有分布，埋深7.8～9.6 m，水位高程74.4～75.9 m，赋存于粉细砂及圆砾中。根据前期勘察资料得知，圆砾层的下部为风化片岩，与这次勘察揭露的粉质黏土均为微透水地层，造成圆砾层中的地下水具有了一定的承压性。 2 套管顶进过程地基变化分析2.1 顶进施工地基变化影响因素 1）套管顶进时振动引起土体液化。高速铁路既有线安全管理规定：铁路两侧200 m内禁止降水，场地内上层滞水。地下水丰富。整个场地内均有分布，水位埋深较浅，地表直接出露，钻孔在2.0 m左右揭露。顶管的施工过程会对周围土体有挤压剪切作用，可以直接改变土体的密实度，进而影响土体强度、承载力以及压缩性等等。顶进过程发生土体液化现象。 土体液化：振动使饱和砂土或粉土趋于密实，导致孔隙水压力急剧增加。这种急剧上升的孔隙水压力来不及消散，使有效应力减小，当有效应力完全消失时，砂土颗粒局部或全部处于悬浮状态。此时，土体抗剪强度等于零，形成“液体”现象。 2）套管顶进过程土体迁移。土体的结构性是在环境、沉积力、土颗粒性质以及各种地质力综合作用下形成的，对于土体的力学性能有显著影响。由于该地段覆土1.0 m左右且为未加固的原状土，灵敏度高、结构性强的土体，在受到顶管施工扰动作用后，土颗粒之间的平衡体系破坏，使得土体应力状态发生改变，土体强度降低，压缩性增强，顶进影响到土体的变形。 3）套管顶进时地下承压水大。场地内陆下水存在承压水。整个场地内均有分布，埋深7.8～9.6 m，水位高程74.4～75.9 m，赋存于粉细砂及圆砾中。根据前期勘察资料得知，圆砾层的下部为风化片岩，与这次勘察揭露的粉质黏土均为微透水地层，造成圆砾层中的地下水具有了一定的承压性。承压水位于套管下方0.6 m左右，对套管顶进过程会产生一定的上浮力。 2.2 冷却冻结法减少土体液化 顶进过程中正逢辽宁地区11月至12月，该地区在此阶段气温急速下降至-5～-30℃，冻土深度可达2.0 m。若采用冷却板回温冻结，会影响到桥梁基础的耐久性。创新性提出：利用环境气温进行冷却土体，施工时间由白天改为夜晚。具体操作如下： 1）采用钢板挡住机头出掌子面防止坍塌，用钢板作为散热介质，早上6：00-22：00进行凉塞冷却、降温。具体施工时间为22：00-5：30，此方法可冻结掌子面3 m左右。 2）考虑每天顶进速度为4～5节管,在顶进前段打设φ20 cm冻结孔，穿越①、②号土层。放置冷却循环管，利用冷冻盐水循环的进回液管进行降温，必要时压紧孔口管密封装置，封闭该孔，以确保顶进处的完好冻结状态。 3）对离冻结区较近的管线与构筑物进行泡沫板隔离保温，防止冻坏既有线基础。防止冻结面积过大而增加顶进阻力，在管顶覆土1.2 m长冷却管使用土工布进行包裹。 根据实施后检测：管内土体无液化，土壤的黏聚力提高至32.0 kPa左右，土体具有良好的稳定性，满足现场开挖面稳定性要求。 2.3 套管外侧涂刷新型润滑剂减阻 套管润滑需要采用润滑剂需考虑材料挥发性、制作过程对的污染和凝固时间等因素。借鉴常用以石油沥青为材料的润滑层，提出新的采用水泥砂浆和植物甘油做润滑层，该润滑层无色透明，且甘油属于无污染、水溶性材料，具体操作如下： 1）水泥石膏砂浆（内掺建筑胶）打底，防裂腻子分遍找平基层，甘油和酒精为材料制作滑动面。制作出无色透明减阻层。 2）套管推进过程中，在基层滑动面上覆盖减阻层，对不同厚度减阻层的效果进行研究，共分为8个工况进行分析。最终确定减阻层的最佳厚度以40 mm。 3）套管涂刷甘油后，根据现场实际施工情况发现，管周土体形变相对较小，局部虽然出现小部分涌土现象，对既有线路基础和顶进偏差影响较小，另外涌土情况可通过人工进行调平。 4）套管顶进前，在周边土体内插入直径20 mm的钢管，均匀注入液型粗粒润滑剂，由球状高吸水树脂组成。吸水前是微小颗粒，吸水后膨胀为直径3～5 mm的小球体，将滑动摩擦改为滚动摩擦。 通过套管涂刷甘油和增加液型粗粒润滑剂进行减阻，管土之间的摩擦系数降低至0.23，可满足现场施工要求。 2.4 空钻释放地下承压水 1）施工前根据图纸和地质断面图分析和计算旋喷桩孔位，回字形插打，空钻以释放承压水压力。 2）在顶管附近，布设水位监测管2排，在监测管内安设水压计（6 m/组，4个/组)。从顶进前一周开始监测承压水压力，直至顶进结束。 实施后，承压水的孔隙水压力降低至0.01 MPa，对顶管影响较小。 2.5 顶力与偏移量监测成果与分析 套管顶进过程中，由于地质条件的变化和外力的影响，套管顶进过程中的实际高程和中心位置往往会偏离设计值，这种偏离现场成为轴线偏差。通常把发生在垂直面上的高程偏差值定义为高程偏差，把发生在水平面上的涵节中心位置相对设计位置的左右偏差称为中心偏差。在实际施工中，高程偏差和中心偏差往往同时存在。为分析顶进就位施工过程中套管偏移量及所采取的纠偏措施效果，对从开始施工至顶进距离63 m时，靠近顶进涵身沿竖向的高程偏差和水平向的中心偏差进行了监测，并对纠偏过程中涵端所受顶力的变化情况进行了监测。 根据实施后的数据显示：顶进偏差在允许范围之内，其中轴线偏差最大值为：93 mm＜150 mm，偏差值平缓稳定，无剧烈波动情况发生。 3 结语文中着重对大型输水管道穿越京哈铁路工程施工技术进行全面的分析。在确保输水管线穿越高速铁路的工程质量、安全、进度、成本等综合因素的基础上，首次提出并采用超大管径套管一次顶进法穿越高速铁路的施工技术，并将顶进长度延伸到63 m以上。达到施工过程高铁路基零位移的质量目标。 ［参考文献］ ［1］余彬泉，陈传灿.顶管施工技术［M］.北京：人民交通出版社，1988：115-116. ［2］符礼斌.超浅层顶管施工控制技术［D］.重庆：重庆交通学院，2004. ［3］王水林.顶管施工中的环境效应分析［D］.上海：同济大学，2000. ［4］焦永强.顶管施工与原体测试［D］.西安：西安建筑科技大学，2002. ［5］Liao，H.J Construction of a pipe roofed underpass below groundwater table Proceedings of the Institution of Civi Engineers，GeotechnicalEngineeing，V119，n4，Oct，1996：202-210. ［中图分类号］TV672 ［文献标识码］A ［文章编号］1002—0624（2017）08—0044—02 ［收稿日期] 2016-12-11 |
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