穿越铁路顶管施工方法

穿越铁路顶管施工方法

随着国家现代化进程，城市建设的脚步越来越快，地面上公路、立交桥、高楼大厦等建筑物星罗棋布，地面下热力、通讯、燃气等各种市政管线纵横交错、层叠密布，新的市政管线仍在不断铺设。开挖施工影响地面建筑、使道路变差、破坏环境，给人们的生活、工作带来诸多不便，同时，施工成本也越来越高。为了解决现有市政设施与施工的矛盾，诞生了一项新的施工技术——非开挖技术。

一、非开挖技术简介

目前，地下管线铺设的施工方法主要有开挖与非开挖两种施工方法，开挖施工方法的优点是施工简单、直接施工成本低，适于在宽阔的地表、地面及地面以下不存在任何障碍物(河流、公路、建筑物等)、能够在施工不会影响交通的条件下铺设管线。近来，在城区采用开挖法施工，越来越受到来自政治、经济和环境方面的压力和限制。

非开挖技术施工是指不开挖或只开挖少量作业坑，利用岩土钻掘技术进行铺设、修复、更换各种地下公用设施的施工方法，与开挖施工法相比，它高效、优质、成本适中、对环境友善，具有不影响地面建筑、不影响交通、不污染环境等特点，在许多情况下，比开挖法施工的周期短、综合成本低、安全性好。现在，已经作为城市市政施工的主要手段，广泛应用于穿越公路、铁路、建筑物、河流以及在闹市区、古迹保护区、农作物和植被保护区等不允许或不能开挖的条件下进行煤气、电力、电讯、有线电视线路、石油、天然气、热力、排水等管道的铺设、更换和修复。目前，国家提倡建立和谐、优美的社会环境及人际关系，更显出这种施工方法的优势，与开挖施工相比，非开挖施工的主要优点主要表现在：

1．可以避免开挖施工对居民正常生活的干扰，避免对交通、环境、周边建筑基础的破坏和不良影响。

2．在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合(如穿越河流、公路、铁路、建筑物等)，可用非开挖技术从其下方穿越铺设。

3．现代非开挖技术可以高精度地控制地下管线的铺设方向、埋深、并可使管线绕过地下障碍。

4．在可比性相同的情况上，非开挖管线铺设的综合技术、经济效益和社会效益均高于开挖法施工，在穿越河流、交通干线时，非开挖施工更是一种经济可行的施工方法。

现代的非开挖技术经过上百年的发展，已经非常成熟，在发达国家，它不仅成为地下管线工程的一个新技术增长点，并以其自身的技术优势和广阔的市场前景逐渐发展成为一个新兴的产业，广泛用于市政管线的建设当中。我国自1953年开始采用非开挖方法施工以来，技术水平、装备水平不断进步，与国外之间的差距越来越小，在现在的施工中已经被普遍采用。

在管线铺设中，非开挖施工中常用的方法有：隧道法、盾构法、顶管法、定向钻进、气动矛、夯管法等等。每种方法各有其适用的范围和其局限性，根据所铺设的管材、管径、长度、地层及周围环境综合考虑选择。

二、顶管施工技术

顶管法是使用最早、发展较为成熟的一种非开挖的施工方法，并在不同的工程中应用，获得了巨大成就，穿桥过物、跨河越路，特别是在南水北调工程中成功地穿越了黄河，引起了世人瞩目。

顶管施工最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程中，日本在1948年第一次采用顶管施工方法，在尼崎市的铁路下顶进了一根内径600毫米的铸铁管，顶距只在6米。我国1953年在北京进行第一次顶管施工；1956年上海也进行了顶管施工试验；1978年上海开发了适用于软粘土和淤泥质粘土的挤压法顶管；1984年开始引进国外的机械顶管设备，随之也引进了顶管理论、顶管施工方法，诸如土压平衡理论、泥水平衡理论、气压平衡理论等。1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机，为我国普及机械顶管施工创造了条件。

我公司多年来关注这一技术，于2002年引入机械顶管设备，几年来，多次在北京的市政管线铺设中使用，并获得了成功，曾穿越过河流、高速公路、立交桥、铁路及建筑物；顶进过钢质、混凝土等材质的管材；铺设过热力、污水、燃气、供水、电力等多种管线，曾穿过粘土层、砂土层、全断面砂砾层等各种土质，已经累计顶管施工7835米，积累了大量的施工经验，集聚了一批本行业的优秀人材。

顶管是利用主顶千斤顶及管道中继间千斤顶的推力，将工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直顶推到接收坑，同时，将紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。顶管法有人工顶管与机械顶管之分：

人工顶管：施工人员位于所铺设管道的最前端，直接与土体接触，采用人工挖土的方式破碎工作面的土体，工作面的土体为自然平衡，适于地层不含地下水(或已经采取降水处理)、工作面稳定、土体能够实现自支撑的情况下施工。

机械顶管：在所铺设的管道最前端由顶管掘进机代替人工挖土，掘进机的前端封闭，将土体与施工人员及管道隔开，它在顶进操作时，掘进机与土体处于平衡状态，不会发生塌方、流沙、透水等危害人身安全

的事故，施工过程中不需降水，适于在各种土层中施工，不但适于粘性土层，也适于无粘性的松散土层，甚至在硬岩层及破碎岩层中也能正常顶进，顶进长度可达上千公里。

相比而言，机械顶管比人工顶管的优势更明显，顶进过程中沿线不须降水，顶进距离较长，适于穿越高速公路、铁路，也可以进行绕过障碍物的曲线顶管，适应的土质范围宽广。

三、人工顶管施工方法介绍

顶管施工工艺如下图1所示：

顶管施工需开挖两个工作坑，一个是顶进坑，为了布置顶管施工设备而在地下设立的井坑；另一个是接收坑，是为了回收顶管施工工具管面在地下开挖的井坑。

如果地下水丰富，工作坑开挖前需进行降水处理，甚至在人工顶管顶进过程中均需进行降水处理。

图1 顶管施工工艺流程图

四、井坑降水

地下水埋深较浅，土质含水量大具较强的流动性时，工作坑开挖前需进行降水处理。

计划在井坑周围打四～六口降水井，其平面位置在工作坑外边缘以外2m，井深根据土质情况及工作坑具体深度确定。使用反循环钻机成孔，钻孔孔径φ600，井管使用外径DN400、内径DN300的无砂混凝土管，滤料使用3mm的豆石或石屑。

降水施工工艺流程：场地平整—井点放样—钻机对位—成孔—下放井管—填充滤料—洗井—下放水泵—抽水

降水施工在工作坑开挖前5～10天进行，降水工作持续整个顶管工作的全过程。

降水施工方法为：

1. 打孔采用QJ150型钻机成孔，使用泥浆护壁，井底填入米厚的碎石

过滤层。

2. 下管井壁使用无砂混凝土滤管，直径400毫米，每节管长1米。

3. 填滤料在滤管外和孔壁之间回填砾石滤料，砾石粒径为10～30毫

米，杂质含量小于3%。

4. 洗井滤料填充完成后，立即进行洗井，清除停留在孔内和透水层

中的泥浆与孔壁的泥浆，疏通透水层。

5. 装泵每口井内设置l台Φ25mm、扬程为20米的潜水泵，接好保护

开关后可以开始正式抽水。