管道输水工程穿越铁路顶管施工方法

赵 宇

（山西省防汛抗旱指挥部办公室 山西太原 030002）

0 引言

管道输水工程施工，由于具有距离长、范围广的特点，施工过程中很多时候会遇到需要穿越铁路、公路及建筑物等已有设施的情况，其中最常用的解决方案就是采用顶管穿越施工技术。特别是铁路作为涉及国家建设和人民出行的“大动脉”，安全性必须得到充分保证，在输水管线必须穿越铁路时，顶管施工可以不阻断铁路线路运营，避免开挖施工所带来交通干扰。进行铁路顶管施工时，应严格遵守铁路顶管施工规范要求，确保铁路线路的安全，从人员管理、施工技术、设备配置等方面全过程控制施工。

1 工程概述

我省某管道供水工程管道铺设需穿越太焦线铁路某段，该处为单线、直线地段，无缝线路，属于铁路正线，车速高，车流量大。线路钢轨规格为60钢轨，轨枕为Ⅱ型钢筋混凝土枕，线路纵坡为12‰，坡长1 000 m，高路堤路段，两侧路基高度9.0 m左右。顶管采用DN2400钢筋混凝土管，壁厚230 mm，单管长2.0 m。设计顶管总长度106 m，管中心与铁路中心线夹角正交90°，管顶至铁路轨底距离11.50 m。管涵断面图见图1。

图1 管涵断面图

工作坑位于线路东侧，采用大开挖方式，工作坑坑壁采用钢轨及木板桩支护，工作坑基础采用三七灰土及道渣处理，顶进采用钢轨滑道，后背采用钢轨桩与普通木枕组合后背，分配梁采用钢筋混凝土分配梁。

铁路线路架空加固采用单线纵向连续架空。铁路线路加固前先要慢行，加固后要对线路进行全面检查，必须符合轨道施工的有关要求；施工完毕后，恢复线路，阶梯提速。

工作坑开挖及顶进前施工单位必须提前与铁路电务及通信部门取得联系，详细调查地下光电缆情况，地下光电缆在施工前需人工挖探挑出，采用槽钢防护后才可进行施工作业。

2 施工方案

2.1 施工前准备工作

1）首先，根据管径大小、管道的用途、施工场地的地理性质等一系列因素选择顶进方法，对施工组织设计尤其是在顶管穿越铁路线路时的专项保护方案进行全面、细致的研究、分析和审查，特别注意无缝线路为防止在架空顶进期间线路跑道，在线路架空之前必须对无缝线路进行应力放散。

本处工程为管道输水，在山前倾斜平原中通过，地形较缓，供水管道采用DN1400×12 mm Q235B螺旋焊钢管，顶管采用内径DN2400×23 mm钢承口柔性接口钢筋混凝土圆形防护套管，顶管标高满足输水管道排水要求及自然地面埋深不小于1 m控制，根据现场条件轨顶至管顶填土厚度11.50 m，防护套管总长度按《铁路安全管理条例》中铁路线路安全保护区的范围，即从路堤坡脚向外的距离不小于15 m进行设计，且保证顶管进出口在坡率1∶1.5的坡脚以外，故总长设计为106 m。

2）设备与操作人员是工程质量控制的关健因素，确保进场的每种材料符合设计要求，重点检查顶管钢承口尺寸大小、防腐处理及产品质量合格证。顶管采购成品管，技术标准采用JC/T640－2010《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》，顶管要求达到裂缝荷载为217 kN/m，破坏荷载为326 kN/m，所能承受最大顶力为11 000 kN；顶管设备应检查合格后方可进入施工现场，施工机械如吊车要做到专人负责、持证上岗、分工明确，责任到人。

3）对测量桩点进行复测。主要对施工单位测放的工作井和顶管轴线及标高坐标、高程进行复核、复测，以确保输水管线可以和套管顺利衔接。

2.2 施工阶段

2.2.1 电缆防护

工作坑开挖及顶进前，施工单位必须提前与铁路电务及通信部门取得联系，开挖深沟探明光缆、电缆的位置、数量及埋置深度，本处工程铁路左侧路基坡脚及路肩上有1条埋地电缆及4条光缆通过，光缆和电缆在施工前需人工挖探挑出，采用混凝土槽防护后进行施工作业，施工期间派专人巡回看护，确保光缆安全，施工完成后光缆和电缆按原路径回埋。

2.2.2 工作坑施工

1）工作坑尺寸的设计

工作坑尺寸的设计由设计要求及顶管操作技术要求决定。平面图见图2。

图2 工作坑平面图

a、工作坑的宽度

式中：B——工作坑宽度；

D——顶进管节的外径尺寸；

b——工作坑内安好管节后两侧的工作空间，本工程采用每侧0.8 m。

本工程的顶管直径为D2400，因此，工作坑的宽度尺寸为B＝2400＋2×800＝4 000 mm。

b、工作坑底的长度

式中：L——工作坑底部开挖长度；

L1——管节长度，取2.0 m；

L2——顶镐机长度，取1 m；

L3——出土工作长度，取1.5 m；

L4——后背墙的厚度，取0.5 m。

因此，确定本工程工作坑的底部长度尺寸为L＝2＋1＋1.5＋0.5＝5 m。见图3。

c、工作坑的深度

工作坑的深度由设计高程和基础底板的厚度决定，本处工程取深度为4 m。

2）工作坑挖土

工作坑采用反铲机挖土，用自卸汽车运土。为不影响道路交通，应随挖随装随运。

图3 工作坑剖面图

3）工作坑基础

修建工作基础的目的是防止地基下沉，导致管子顶进位置产生偏移。因此本工程采用C20钢筋混凝土基础。

4）工作坑的支护

由于本工程的管道埋设较深，且土质情况较差，因此，本工程工作坑开挖边坡采用喷锚混凝土进行防护，工作坑底设置汇水坑。工作坑的开挖需根据土质情况，一般每挖1 m深度，护壁一次。如遇卵石或渗水性质的土层，开挖0.5 m深护壁一次。混凝土护壁厚度根据土质情况而定，一般井口上护壁厚20 cm，下护壁逐渐加厚，并加钢筋网。

2.3 管线顶进

2.3.1 顶进设备的选择

本工程根据顶力计算，并结合实际情况，采用工作顶力为500 t活塞式双作用液压千斤顶。千斤顶布置采用单列式。顶进时着力点位置在管子全高的1/4～1/5之间比较合适。千斤顶与管子之间采用顶铁传送顶力。顶铁用型钢焊拼成各种结构的传力形式，根据安放位置和传力作用不同，用横铁和立铁组合。

2.3.2 下管

挖土之前应先下管，并做好以下几项工作：

1）检查管子。下管前应先对管子进行外观检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝；端面要平直；管壁无坑陷或鼓泡，管壁应光洁。检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位。

2）检查起重设备。起重设备经检查、试吊，确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于50 cm时，操作人员方可进前工作。

2.3.3 管子就位

第一节管放到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。因此，必须认真对待此项工作。

2.3.4 顶进

本处工程顶管采用平坡顶进，顶进长度46 m，直埋长度60 m，采用1台500 t的液压千斤顶作为主顶。顶进开始时，先缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。套管每顶进一段距离后，需要放置顶铁，施工中要保持顶进设备千斤顶产生的顶力和顶铁与管线防线一致，确保管件能够垂直受力。顶进若发现有油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。

顶进过程中，挖土时严禁欠挖、超挖，挖土应自上而下进行，在铁路道床下挖土不能超过管件以外10 cm，在道床以外部分挖土不得超过30 cm，并且做到随挖随顶，避免塌方，管件周围上部容许超挖厚度为1.5 cm，下部135°圆弧范围内禁止超挖。每次开挖前均要由开挖负责人全面检查后开始，开挖长度由技术人员及工地负责人根据土质情况而定，当列车通过时应提前停止挖土和顶进，工作人员从管内撤出，保证安全。挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小范围内。

2.4 测量控制

在套管顶进过程中，测量控制非常重要，本工程使用激光经纬仪从始至终要进行测量，顶进第一节管件时，每顶进0.3 m后立即对高程和中心线进行测量，顶进正常后，每顶进0.5 m测量一次，控制管件的方向和高低满足设计要求，发现存在偏差后立刻进行纠正。

同时派专人检查线路，测量钢轨沉降位移，注意道路情况，并做好观察记录，发现问题及时汇报处理。

2.5 其他注意事项

禁止在油管附近及顶铁区域跨越、停留，禁止在后背处站人，停顶后方可进行换顶铁等作业。

顶进过程中一旦遇到下列情况之一时，应立即停止顶进，迅速采取措施处理完善后，再继续顶进：顶管前方发生坍塌或遇到土质变化；后背发生倾斜或变形无法继续发挥作用；顶铁发生扭曲变形现象；管件位置偏差过大且校正无效；顶力超过管口容许承受能力后损害。

顶进长度较长时，必须安装通风装置并保证通风机械的正常运转，确保管内空气良好，避免发生安全事故；在有水的环境中要设置水坑及排水设施，降水期间密切观察出水情况，发现出现泥沙浑浊水立即停止降水，查明原因处理后恢复抽水。

2.6 安全控制措施

2.6.1 线路加固及恢复

主要控制扣轨及纵横梁的安装和拆除，注意防止联电（在线路加固时，穿插工字钢时，用胶垫将钢轨与工字钢隔离）、侵占线路、伤人，顶进结束后要及时对线路进行恢复。

2.6.2 施工监测

1）顶进过程中派专人观测线路及路基的变化，发现安全隐患及时采取措施解除。重点对铁路周围进行观测，检查路基、轨面、桥面及桥墩是否有变形、开裂、下沉等。发现问题时应停工检查，找到原因，采取可靠安全措施后方可再行动工，保证铁路的绝对安全。

2）后背可能发生滑移时必须及时监控，顶进过程中要求现场技术人员对后背进行观察测量，一旦发现问题能够及时采取措施补救。

3）严格控制管件顶进时的偏差位移，由专业人员指导挖土，杜绝超挖。安排技术人员采用测量仪器对顶进方向及时进行测量，发现偏差及时纠正。

4）恢复线路通行时施工现场安全负责人和有关防护人员要掌握放行列车条件，一旦发现问题立刻通知驻站联络员停止列车，马上组织人员进行抢修。

2.7 汛期施工

由于施工在汛期，施工单位已积极联系当地气象台了解天气情况，做好了防护措施防止工作坑内进水、停电等情况的发生，以免影响正常的工程进度，确保工程施工质量都能达到业主提出的质量标准。

编制施工组织设计时做好现场排水设施规划，做到现场排水设施畅通，保证雨天施工道路畅通，并配备必要的防雨、排水设施。为现场机械设备、材料堆放地搭设防雨棚，在材料仓库内作好防雨、防潮处理。

在此期间，要随时观测，发现问题及时处理。加强雨期施工中对安全薄弱环节的检查和施工薄弱地段的防护。

3 结束语

随着水利工程建设进程的加快，顶管技术能够减少管道施工对铁路线路运营的影响，在水利工程特别是管道输水工程中体现出更大的优越性，更加方便快捷推动工程建设的顺利进行。