关于在隧道潜埋暗挖施工过程中夯管施工若干问题研究

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摘要

南干渠八标与京九铁路及相对应线路在京九上行线铁路里程为K15+039.06处相交，下穿普速铁路及高速铁路位于北京铁路局李营车站站内，自西向东分别为站4道、京九上、下行线（白盆窑~李营区间）、大李线（大红门~李营区间）、站5道共5股道，线间距分别为8.4m、5.3m、5.3m、5.3m，南干渠中心线与既有线交叉角度为78°33″，。本工程为双孔隧道、圆拱直墙结构，单孔隧道内断面净宽4.2m，净高4.2m，开挖断面宽5.6m，高5.8m，工作竖井设置在铁路西侧，从竖井内向东侧开挖施工，两隧道设计中心距离为6.1m，净距为0.5米，隧道开挖断面距京九铁路轨底为10m，竖井前沿距离铁路较近，覆土深度较浅，京九线为客运繁忙干线，为保证铁路的运营安全，下穿铁路段采用大管棚防护结构进行防护，夯管帷幕可减少暗挖产生的地面沉降；减少因渗水造成的局部土体剪切应力降低程度，保证土体稳定；管径大刚度高,有效起到棚架作用,有效的起到土体防坍塌的作用,保障施工作业及上部土体的安全。依据本工程特点夯管长度较长，合理控制夯管方向，保证夯管质量尤为关键。

关键词：南干渠京九铁路夯管控制

中图分类号：C935文献标识码： A

一、夯管施工控制特点及难点

夯管帷幕也就是大管棚超前支护法，即利用特殊的夯管设备，沿隧道顶部外45cm位置向隧道纵向夯入带有连接互锁导向装置的Ф325×14mm16Mn热轧无缝钢管（其中隧道中心上顶第一根管为定位导向管，管径加大为Ф426×14mm16Mn热轧无缝钢管)。依次按单双号将带连接互锁装置的钢管夯入，钢管夯通后利用TT40/60钻机螺旋出土将管内土壤钻出，然后向钢管内填注有压细石混凝土。钢管和有压细石混凝土形成水平向的钢混凝土桩，每根钢混凝土桩在导向连接装置的连接下形成钢混凝土桩帷幕。夯管帷幕是在基坑开挖至相应分步开挖标高后，将枕木搭设夯管工作平台至管棚标高，然后进行夯管施工，夯管从基坑内由西向东打入，隧道浅埋暗挖施工就可以在帷幕的保护下，按开挖步序进行施工。

1、夯管长度较长，钢管夯近过程中加强钢管监测；

2、该隧道为双线隧道，两洞净距为0.5m，需在50cm土体内夯近32.5cm钢管，左右均不能产生较大偏差；

3、隧道开挖面距铁路轨底最小的为10m，需做好沉降观测工作。

二、夯管辅助注浆加固措施

为了防止路基局部出现沉降影响铁路正线及高铁运营，京九线注浆范围为路基面2m以下至洞顶总计8m厚的土层，沿线路方向注浆宽度为隧道中心两侧各25米，长度为隧道里程XW11+145~ XW11+195

1、隧道夯管前注浆加固

注浆管用Φ42（t=3.5mm）钢管，一端做成尖形，另一端焊接上铁箍。在距铁箍端1.0～1.5m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔200mm，呈梅花形布设，孔位互成90°，孔径8～10mm。

注浆材料采用水泥-水玻璃浆，实际结束标准应通过现场试验最后决定。注浆管角度在15°～75°之间，角度增量为5°，孔距1.2m，梅花形布置。在路基坡面采用C20厚10cm网喷混凝土封闭，钢筋网采用Φ8mm HPB235钢筋，间距20cm*20cm，并将钢筋网与小导管尾端焊接；施工时现喷3~5cm素混凝土，打小导管再挂钢筋网，并用牛皮纸包裹小导管端部（防止堵塞），喷至设计厚度再进行注浆加固。

注浆过程中，应注意观测铁路路基及铁路线变形情况，及时调整注浆参数，防止铁路隆起，危及行车安全。

注浆顺序按跳孔间隔注浆方式进行，以防止串浆，提高注浆孔内浆液的强度与时俱增的约束性。注浆时应自上而下分层进行注浆。注浆时采用先，后内部的注浆顺序。为防止在注浆过程中出现铁路路基隆起，注浆压力方式采用常压注浆，注浆压力控制在0.3～0.6 Mpa，并加强观测。

2、路基注浆加固期间的线路高程监测

在路基注浆施工期间，为了保证线路稳定，使列车安全通过施工区域，施工现场备足道碴、人工及机具设备，线路工进行线路检查，以便发现问题后随时对线路进行整修。同时加强对铁路线路和铁路路基标高的观测，以防止路基隆起和线路变形。为此，将采取同步观测的方法进行实时监控。在注浆加固施工期间，安排线路沉降观测小组对线路高程进行实时监测，每0.5小时观测一次。在隧道中线两侧各35米范围内每隔5米设置一观测点，将观测结果随时通知工务段现场监护人员。当达到工务段提出的线路限值时，及时整修线路。

3、安全预防措施

（1）注浆施工前先进行注浆实验，控制注浆压力不超过0.5MPa,确定各项注浆参数后再进行注浆。

（2）注浆施工前做好线路观测的准备工作，在线路两侧预埋观测点，间距5m，每0.5h进行一次线路高程观测，认真做好观测记录，及时与线路防护人员进行沟通，一旦发现线路有隆起趋势，立即停止注浆并上报相关责任人。

（3）积极配合线路监护人员的线路整修措施，保证线路安全。

三、夯管施工及控制措施

（一）主要机械设备

夯管帷幕主要施工机械表

其他配套小型设备机具不详细列出。

夯管设备技术参数：

如果最大压力达到8bar时瞬间可以产生820吨/次的夯击力

主要特性：

由带柔性配气装置的整块钢胚制成，固有最大的冲击力从而形成高推进力。

由于采用优异的密封技术，可连续作业10000延米以上，即使工作数年后依然保持良好的密封和低耗气量。

2、XAMS486MD空压机性能参数(Atlas Copco比利时制造)

形式:单级压缩, 风冷, 柴油机驱动, 移动式喷油螺杆空气压缩机

3、德国TT GRUNDOPIT40/60水平定向钻机技术参数

（二）劳动力配置

（三）管棚施工准备

清理工作基坑，同时搭设夯管支架与夯管导轨，可与其他工序同步同期施做；夯管施工顺序采用由中间向两边，一根夯击完毕后焊接钢管时可倒换至另一导轨，大大提高工效。在钢管夯进过程中，确保相邻两管之间的互锁装置紧密锁死，以保证管棚的整体稳定性。

（1）夯管工作平台的搭设

钢管和夯管锤定位固定在工字钢支架上。工字钢卧置，利用工字钢槽口承托钢管和夯管锤。其中Ø426mm钢管采用工字钢采用I40b工字钢，Ø325mm钢管采用工字钢采用I30c工字钢，长度都为12m;工字钢下利用钢板平铺支垫，并与工字钢焊接牢固。钢板下利用枕木采用井字格形式支垫，细部高度调节采用薄板调节。

（2）管材的预加工

钢管出厂时为12米每根，考虑每处夯管长度限制，需要首先将钢管送入工厂机加工，部分管材裁成4米或2米各若干段，并将每段钢管的两端端口处打成35度坡口，以保证焊接质量（机加工的目的是为了保证切口端面与管材中心线的垂直，进而保证整体工程质量）。在每根管棚桩的前端必须加焊15公分宽的内切削钢环，确保钢管前端遇到障碍物不变形，以保证钢管在进土后不会发生偏离中心线的情况。同时，互锁与钢管相配合截成若干段（每根钢管相应配两条互锁）。

互锁图 互锁实际效果

（四）夯进程序（见工艺流程图）

1)采用已焊接预埋件配合滑轮组吊装钢管及夯管锤；

a、夯实基坑底部基础

b、利用枕木井字形铺设夯管支架，上铺工字钢导轨并固定

c、用地吊车将夯管锤从夯管工作井吊上夯管工作平台，并摆放到夯管支架旁边；

d、利用撬棍将夯管锤能够平移到需要的位置，位置调节好后松倒链将夯管锤放入导轨内，使夯管锤前端空出钢管的位置；

e、将预加工好的钢管按照夯管锤上轨道的方法摆放到夯管轨道上；

2)夯管锤安装的连接配件，由出土器、连接卡瓦拉紧带、锤托架、供气管、空压机组成。安装时必须使锤体与夯进管中心位置保持一致，不得有偏差。（安装方式如下图）

德国TT夯管锤结构

夯管锤工作示意图

3)夯管规格为Ф325钢管，单根长度4m-9m。夯管采用德国TT公司生产的TTφ380夯管锤带土夯进（该设备除了能保证夯管所需动力外，其自动退锤设计在小空间施工，不方便摘锤的情况下具有很大优势），夯进动力由1台大功率空压机提供。

4）将管材与夯管锤摆放到轨道后，调整平台高度，使钢管中心线与夯入中心线重合后，将互锁钢条焊接到钢管两侧再夯进。第一节管夯入1米时停止夯进，按照已设定的中心轴线进行复测，如有偏差，立即纠正。在夯进4米时再复测一次，确保夯进方向不出现较大偏移。

根据夯管锤工作性能和施工经验介绍，在保证导轨精确定向的前提下夯管最大误差为0.8%，而且向左右偏差的可能性很小，大部分均为向下,主要原因是钢管及管内土在重力做用下而产生的，通过预留施工误差的办法可以保证主体结构的方向及标高，即先夯中心管，精确铺制导向装置,通过试夯确定施工夯管最大误差δ值，然后夯顶板上钢管并将钢管底标高抬起δ值作为误差预留值制定首根钢管低夯击标高，这样夯管完成后，接收井钢管底标高将与设计值相同保证主体结构方向及标高。

5) 为减少阻力，采用注入触变泥浆方法。即在夯进钢管顶端焊一根DN40钢管做导流，前端开孔随夯进长度焊至基坑内与注浆泵连接，随夯随注浆，从而达到减阻目的。触变泥浆采用膨润土加水，加催化剂经过搅拌而成。通过已焊在夯管前端的导流管，将触变泥浆注入在夯进管外壁与土壤的缝隙中。

第一节管夯进后，拆除夯管锤进行下一节管接口施焊。焊接采用手工电弧焊接方法，按照设计图纸所夯延米长度，全部焊口及互锁（上下双面满焊）均需人工施焊，施工条件极为苛刻，所以即使无需做无损检测，也必须严格按钢管焊接工序作业指导书内容及有关规范、标准进行施焊。焊工必须持证上岗。钢管应用材质单、合格证及检验报告。焊接前，应检查两钢管的水平、垂直位置及两管的同轴情况，保证每道焊口不得少于3层，将焊道填满。为保证两管的同心同轴，对口时使用外对口器，并确保钢管焊接在轨道上进行。与此同时将此根钢管的互锁钢条按照与上一根钢管的互锁条相接或相锁的位置焊接在钢管的两侧。

7) 施工时，按照从上到下、先右后左的顺序将钢管编号，并按照此顺序进行夯管施工。同时，为了使压力均匀的分布到整个管棚上，预先计算出每道管的夯进长度，避免焊缝位于统一截面上这样形成平面搭缝形式能够最大限度的减少焊口所受压力，降低整体的安全隐患。

8） 相邻两管施工时，先将钢管上的互锁装置锁入槽内，再安装夯管锤进行夯管作业。在夯入过程中随时观察互锁卡槽，如有出槽开锁等情况立即停止夯进，采取相应措施处理，待互锁入槽后再继续进行夯管作业。

9) 管内出土采用TT40/60钻机机械出土的方法。

10）完成每段钢管夯入的单循环所需时间

基坑内2台施工，理论计算需62个工作日，考虑夯管期间必须利用列车通过间隔时间进行夯进，共需75个工作日。

（五）夯管方向的控制

1）对于一次夯进12m长的钢管，安装导轨是非常必要的，而导轨的稳固性、方向正确性是最关键的。因此，支座的稳固应引起足够的重视；为了保证在夯管过程中，锤的震动力不致于引起导轨下沉，对导轨采用多道工字钢支撑。

2）在安装夯管锤时，必须保证夯管锤与所夯钢管的同心同轴。

3）施工过程中遵循勤勘测勤纠偏的原则，特别是开始的第一、第二根夯管过程，要增加校核次数，哪怕发现微小的偏差，都要纠正过来，否则，出管位置将会出现较大的偏差。导轨偏差可通过调整轨基校正。

4）注意夯管锤工作参数的调整，特别是第一根管，应“轻锤慢进”夯入土层，同时，反复校核钢管方向。第一根管入土后，就基本决定了整条管的方向，切忌“重锤快进”，这样容易出现偏差。

5）把好焊接关。首先，钢管端面必须平，切口平面垂直于管轴。有条件在车间切好最理想。为保证所夯钢管的平直，所有钢管接口焊接均须在钢轨上进行，在全部夯进过程中严禁将钢管完全夯下导轨。

（六）导轨安装允许偏差应为:

轴线位置 3mm

顶面高程 0～+3mm

安装后的导轨应牢固,不得在使用过程中位移,应经常检查、校核。

四、 结束语

在本工程中采用夯管施工技术，保证了京九铁路及相关站场线路的正常运营，为隧道初衬开挖支护提供了安全屏障，经过夯管前对方案的精心布置及夯管过程中的合理控制，本工程夯管效果十分显著，夯管就位几何尺寸偏差微小，钢管帷幕的作用得到充分发挥。

参考文献：

[1]宫兵，张兴刚．夯管帷幕施工方法在中短隧洞 工程中的应用叨现 代隧道技术，2O04．

[2] 孙国华.浅埋暗挖城市隧道施工引起的地层沉降规律研究[D]. 安徽建筑工业学院 2010

[3]《铁路隧道工程施工技术指南》，中国铁道出版社，2008

[4]《营业线施工安全管理实施细则》，京铁师函【2012】755号，2012