排水管道穿越铁路复杂土层顶管施工技术的研究与应用

何胜良

平煤神马建工集团有限公司 河南 平顶山 467000

1 前言

平煤股份七矿矿尾水处理项目，是将七矿井下尾水抽至井口沉淀池沉淀，然后通过敷设两趟排水管道，穿越七星选煤厂正在使用的三股铁道到达新建沉淀池再沉淀，经水泵房将尾水输送到平煤供水总厂一分厂再经净化处理后供矿区居民使用。本项目排水管道穿越七星选煤厂正在使用的三股铁道，设计方案采用顶管施工。依据现场实际情况，该顶管施工采用液压千斤顶作为顶进设备，顶管用的管道采用钢承口水泥管。由于铁路下面土质情况复杂，南段为矸石渣土，北段为黄泥土，因此在液压千斤顶顶进过程中施工难度大、危险性极高。

此方案的实施不仅加快了施工进度，而且也为今后类似工程的施工提供了成熟可靠的施工经验。

2 实施方案

2.1 测量放线定位

由于本工程直接影响着矿区居民的生活用水，时间紧任务重，我单位立即组织技术人员对现场进行测量放线，在矿方协助下完成了定位放线的任务，确定了顶管的走向与标高。

2.2 挖掘工作坑和接受坑

工作坑和接收坑大小相同，尺寸均为5.9m（长）*7.3m(宽)*4m(深），基坑挖完后施工工作坑内的后背基础及工作坑和接收坑内的混凝土地坪，工作坑内的后背基础采用C30混凝土浇筑，地坪采用C15混凝土浇筑，待后背墙基础混凝土和地坪混凝土强度均达到施工要求后再进行下道工序施工。

2.3 顶进设备的架设

经计算管道顶进过程中的最大摩擦阻力为291t，选用一个300t的千斤顶即能满足施工要求。千斤顶在工作坑内顶进时，顶力作用点与管壁反作用力的作用点在同一轴线上，目的是为了防止顶进过程中产生错位现象，造成顶进偏差。由于管道上部及两侧与土壁有间隙，因此液压千斤顶顶镐的着力点应作用在管子直径的1/4～1/5处为宜。顶铁安装必须顺直，为防止水泥管口不被顶裂，在管道顶进前在水泥管端部增加缓冲垫。

油泵应与液压千斤顶相匹配，并有备用油泵，油管顺直，转角少；油泵安装完毕后进行调试。顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位动作后，再按照正常速度顶进，顶进过程中油压突然增高时，应立即停止顶进，待问题处理后方可继续顶进。工作坑后背采用20cm长×20cm宽×2m高的方木码放，并贴紧墙壁，高度与后背平齐，保证后背平面与管道中心线垂直。方木前设立一块同等面的20mm厚钢板，如有空隙用砂石填充严密，以便均匀地将顶力传到后背壁上。

2.4 顶进

顶进前再次确认水泥管进口位置，由于穿越铁路南段路基为矸石渣土层，土质松散，同时拉煤重车经常在此通行，震动大，会扰动矸石渣土层，管道在顶进过程中极易发生塌方现象，给顶管施工带来很大困难。为防止此种现象的发生，我们根据现场实际情况在施工过程中采取了切实有效的措施，在顶管穿越铁路矸石渣土层时采用“先人工挖掘、坑木支护，后顶进”的施工方案。为加快施工进度采用连续昼夜24小时施工作业。坑木支护施工时，必须按照作业规程规定采用前探梁临时支护或其它临时支护形式，严禁空顶作业。

2.4.1 施工中不得使用下列支护材料及支架。

①不符合作业规程规定的支护材料；

②腐朽、劈裂、折断、过度弯曲的坑木；

2.4.2 严禁将柱腿架设在煤渣或矸石块上。

2.4.3 支护过程中损坏的支架应及时修复或更换。修复支架前，应先凿掉危石、活动矸石，做好临时支护。扶棚或更换支架时，应从外向里逐架依次进行。

2.4.4 架棚巷道支架之间必须安设牢固的拉杆或撑木。工作面10米内应敷设防倒器或采取有效措施防止上面过重车引起震动造成支架倒塌。

2.4.5 在震动大的地方架设对棚时，对棚应一次施工，不准采用补棚，以免对棚高低不平，受力不均。

2.4.6 架棚后应对以下项目进行检查，不合格时应进行处理。

①梁和柱腿接口处是否严密吻合；

②支架是否按要求放置木垫板；

③梁、柱接口处及棚腿两端至中线的距离；

④支架有无歪扭迈步，前倾后仰现象；

⑤支架帮、顶是否按规定背紧、背牢。

2.4.7 底板是软渣土时，要采取防止柱腿钻底的措施。在柱腿下加垫块时，其规格、材质必须符合作业规程要求。

2.4.8 采用人工上梁时，必须手托棚梁，稳抬稳放，不要将手伸入柱梁接口处。

2.4.9 顶板压力较大时，应及时补打点柱，棚梁受到顶板来压弯曲变形，当其中部与其两端相比下沉≥50mm，且连续数量超过2棚时，每隔1棚施工1根支柱；当棚梁中部下沉≥80mm时，每棚均施工1根支柱。挖掘渣土深度约30cm进行坑木支护，支护高度约1.45m，同时挖掘的矸石渣土及时清理外运后进行管道顶进，如此反复循环，进尺达到2米时，进行下一节管道的顶进施工，直至矸石渣土层管道顶进施工完成。当顶进到黄泥土层时采用“先顶进、后挖掘”的施工方法，先利用液压千斤顶将管子顶进泥土中一部分，再把水泥管中的泥土挖掘、清理、外运，如此反复循环，进尺达到2米时，进行下一节管道的顶进施工，直至管道顶到预定的接收坑位置。

2.5 注浆

单趟顶管的顶进工作完成后，须对矸石渣土层段顶管和其四周土体的空隙进行注浆，以防发生路基沉降，影响顶管施工和铁路运输的安全。施工方法：首先将水泥管口四周砌砖封堵，然后在矸石渣土层段的钢承口水泥管上方（约70°和110°的位置）利用水钻钻3～4个孔径Φ100mm的注浆孔，注浆管与各注浆孔连接，然后再连接到主注浆管上，最后用软管与注浆泵一端相连，注浆泵的另一端与储浆罐相连接。待注浆全部完成后，对所有注浆孔进行封堵，确认顶管内不再跑浆、漏浆。

3 解决的关键问题

3.1 根据矸石及黄土层等不同的土质情况，分别采用“挖掘-支护-顶进”及“顶进-挖掘”的施工工艺，解决了复杂地质条件下穿越铁路路基顶管施工期间作业及行车安全的难题。

3.2 通过对顶管施工周边空隙注浆填实，有效防止铁路路基下沉，保证了铁路的行车安全，为类似工程的具有借鉴意义。

4 结束语

此方案的实施缩短了施工工期，节约了成本，保证了复杂地质条件下穿越铁路路基顶管施工期间作业及行车安全。为今后遇到类似复杂土层过铁路顶管的施工，提供了成熟可靠的施工经验。同时在此类项目上积累了丰富的施工经验，创造良好的行业信誉和榜样。