铁路顶管施工设计要点分析

 

1 工程概况

某长距离输水管道工程需穿越太焦铁路某段，穿越处供水管道采用DN1600×l2的Q235B螺旋焊钢管，管道承压3.0MPa，管内输水压力为1.0MPa，供水管道与太焦铁路斜交，斜交角度为84。穿越处太焦铁路为单线非电气化铁路，且为无缝线路，直线地段，钢轨规格为60轨，Ⅱ型钢筋混凝土枕，线路纵坡为12%c，坡长1380m，该区间太焦铁路图定列车最高速度为85kmh，每昼夜行车对数为24对。

2 主要技术标准

设计荷载，铁路中-活载：铁路桥梁建筑限界按“桥限-2”：顶管混凝土抗渗等级不小于P8；地震动峰值加速度系数0.1g，按地震烈度7度设防。

3 顶管设计要点

3.1 顶管主体工程

护管涵主体采用DN2600“F-B”型钢承口式Ⅲ级C50钢筋混凝土顶管，管壁厚23.5cm，管节每节长度2.0m，顶管总长度106m，顶进总长度106m。铁路段顶管先卸载后再顶进，顶进前挖除顶管顶路基土。路堑段顶管带土平坡顶进，顶进到位后管内设细砂垫层，输水管道从顶管内靠一侧通过。顶管中心线与太焦铁路线斜交，斜交角度为84°，顶管与太焦铁路轨底高程为3.63m，顶管与其路肩高差为2.6m。护管采购成品管，技术标准采用《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T640-2010）。护管指标要求能达到裂缝荷载为235kN/m：破坏荷载为353kVm；护管所能承受最大顶力12300kN；施工中控制顶力不得超过上述数值。护管涵管节间接口采用两道橡胶圈封闭，内缝处理采用SGJL-851双组份聚硫密封胶嵌缝，顶进完成后，为增强管节间接缝的抗渗性能，在接缝处圆涵内侧设置不小于50cm宽的卷材防水层。

3.2 电缆防护

施工前应先挖深沟进一步探明光、电缆的位置、数量及埋深，按光、电缆径路从桥位处两侧共开挖100m，将受影响光、电缆抬至安全位置。桥位处光、电缆用槽钢（内置碳素管）对扣防护后固定于架空钢梁上，防护长度32m，其余光、电缆采用混凝土槽防护，施工期间派专人巡回看护，确保光、电缆安全。施工完成后，光、电缆按原路径回埋，供水管顶砌电缆槽对光、电缆进行防护，电缆槽两端采用防火、防鼠材料封堵。

3.3 线路架空加固

线路架空前对铁路进行应力放散和防爬锁定，线路架空设备拆除后对线路进行应力回放，本处架空方式采用单线纵向连续架空，线路架空加固跨度为8+12+8m，能满足列车慢性45km/h的要求。架空纵梁采用单片（16+16）m等强度拼接Il00工字钢作为纵抬梁，纵梁拼接强度不低于纵抬梁本身强度；普通横抬梁采用钢枕（间距60cm），中跨支点处横抬梁采用9扣60轨束梁作为横抬梁，边跨支点处横抬梁采用7扣60轨束梁作为横抬梁。施工期间应派专人对线路加固设备进行监护，每次过车后及时检查，发现问题及时解决，保证线路标高平面尺寸及各构件连接可靠。

3.4 检查井

护管涵两侧设置检查井，检查井采用C30混凝土，检查井内径为1.025mxl.025mxl.5m（长x宽x高），边墙均为0.3m，其边墙预留输水管道安装孔，检查井顶盖采用钢筋混凝土活动盖板，其下安设爬梯。检查井外墙设置聚氨脂防水层，检查井盖板与地面平，待沉井、顶管施工完成后采用现建筑法施工。施工完成后，对盖板进行密封处理，盖板与检查井井壁间填入聚硫橡胶密缝膏进行封闭。

3.5 沉井

顶管顶进采用沉井法施工。沉井内径为5mx5m，采用C30钢筋混凝土结构，内部设置检查梯，1号、2号沉井同时制作，并同时向铁路侧对顶顶管。

人工整平沉井预制地后，沿刃脚底面中心线铺设碎石垫层，厚0.2m，宽1.25m。用人工机具夯实平整。在垫石碎层上填筑中粗砂垫层，厚0.1m，用平板振捣夯实。沿刃脚四周浇筑C20素混凝土垫层带，厚0.8m，宽度比刃脚两侧各宽0.2m。预制沉井场地四周设置截水沟，四角设置积水坑。制作沉井，并在外壁上涂刷沥青油，减少土体摩擦力以利于沉井下沉。沉井井壁上预留顶管洞口，沉井下沉前对洞口进行封闭。当第一节沉井混凝土达到设计强度100%，第二节沉井混凝土达到设计强度的70%时，沉井方可下沉。下沉过程中注意观测基坑和附近建筑、高速公路、边坡的变化情况，发现问题立即采取应急措施。作业中，防止雨水进入井内。沉井下沉后将沉井井壁与土体之间的缝隙用中粗砂回填。沉井下沉就位后，用C30混凝土封底，制作沉井地板，底板上部夯填土体、找平作为顶管顶进底盘。

在1号沉井内由西向东顶进顶管，顶进长度40m（铁路段17.3m卸载，铁路段以外带土顶进，顶管承插口正方。2号沉井由东向西顶进顶管，顶进长度26m（带土顶进），顶管承插口反放。顶进过程中，反复测量顶管中心线，及时调整偏差，对顶到位后，利用铁路段顶管微调对顶产生的偏差，并将顶管承插口连接好。两座沉井间顶管顶进到位后，及时夯填水泥改良土、埋管注浆加固路基和管壁土体注浆、恢复线路。

两座沉井间顶管顶进最后一节时，顶管深入沉井内壁0.1m，作为反向顶进的后背。挖除洞口处片石混凝土，分别在1号、2号沉井内布置顶进工作面，向铁路外侧顶进顶管，长度均为20m（带土顶进），及时对管壁土体注浆。供水管道从顶管最西侧端部穿入顶管。

顶管施工完成后，现浇沉井顶板，预留检查出入口。在沉井顶设置检查井。检查井和沉井外壁涂刷再生胶防水层，沉井顶设置TQF-1型防水层及C40纤维混凝土防护层。

输水管道安装后，由管道安装单位对沉井出入口进行封闭处理，沉井与管道间设置两道膨胀橡胶止水条封缝：并填入聚硫橡胶密缝膏进行封闭。膨胀橡胶止水条安装方式：顶管与沉井间止水条采用预留槽法安装，顶管预制时在表面上留下能容胶条12的槽，再将胶条嵌入1/2槽内，管道安装就位后浇注混凝土。

3.6 底盘后座

沉井封底后，拆除铁路外侧洞口砖砌体，挖开1m宽土体，灌注片石混凝土，并对片石混凝土外部土体压注水泥浆，注浆压力不大于0.5MPa。片石混凝土深入沉井内壁10cm，前端垫5cm厚木板，沉井底板上部夯填土体、找平作为顶管顶进底盘。顶管顶进后背采用P50钢轨束，在木板前洞口位置水平放置P50扣轨，宽3.4m。高3.4m，再竖直放置P50三扣轨轨束，宽5m，高6m，作为后背。后背梁采用水平放置P50七扣轨，宽5m，高lm。

3.7 顶管顶进

顶进采用人工挖土，顶管前设置钢刃角，顶进时，采用带土顶进，不得超挖。顶管放置在导轨前应检查管道有无破损及裂纹。涵管安置到导轨上后，测量涵管中心线及涵管前后端管底高程，安装合格后方能顶进。顶进时应昼夜三班不间断施工，防止因中途停滞导致摩擦力增大，造成顶进困难。

3.8 路基加固

3.8.1 铁路路基防护桩

分别在顶管四角，铁路两侧路堑坡脚处各设置3根C25钢筋混凝土防护桩，防护桩采用桩径1.0m的挖孔桩，西侧桩长8.5m，东侧桩长9.0m。

3.8.2 铁路线路范围内路基处理

铁路顶管先卸载后再顶进，顶进前挖除顶管顶路基土，顶管顶进就位后，轨底下回填道，路基土挖除部分分层夯填水泥改良土，水泥：改良土（重量）比为1：4，路基基床表层厚度为0.6m。压实标准为，地基系数K30≥100MPa/m，压实系数0.93，路基基床底层厚度为1.9m：压实系数为，地基系数K30≥100MPa/m，压实系数0.93：路基基床底层以下部位水泥改良土压实标准为，地基系数K30≥100MPa/m，压实系数0.90。
水泥改良土夯填时埋设注浆管，夯填完成后对挖除部分路基注水泥粉煤灰浆液进行加固，注浆材料为水泥、粉煤灰混合浆液，水泥：粉煤灰（重量比）为1：4，水：灰为0.9，注浆压力不大于0.5MPa。顶管顶进就位后，利用顶管自身预留注浆孔对铁路段顶管下部1.0m半环形范围内土体的充水。通水过程汇总如发现漏水，信息应依照组织机构上传下达，根据指令启闭阀门，不可擅自开阀闭阀。

5 问题处理

管线发生漏水一般分为，管道漏水（标准管或管配件漏水），排气阀漏水，排水阀漏水，法兰漏水几种情况，不同部位相应的处理办法如下。

5.1 管道漏水

管道漏水表现为管道覆土有水渗漏、部分地表沉降。确定为管道漏水后，应及时通知取水源头停止供水，关闭出水点两侧检修阀并打开就近排水阀泄水。待水排空后打开就近进人孔确定具体漏水点位置，根据管道破坏状态确定处理办法。如管道发生破损且无法直接修复，管道局部压力过大造成管接口脱节，则需开挖管道覆土，拔除已损伤的管道，采用闭合件闭合。钢配件发生漏水情况较少，如钢配件发生破损，需视情况确定处理办法，焊口轻微损伤可在排空管道后内部补焊，损伤严重则需开挖并凿除包封混凝土，并替换钢配件。如管道及接口完好，再次打压不合格，则可采用密封涂层（如聚服等等对管接口整体涂刷，打压合格后可再次通水。

5.2 排气阀漏水

通水过程中，排气阀漏水较为常见，造成排气阀漏水的原因很多，首次通水过程中，排气阀漏水一般是由于管道中遗留杂质造成排气阀堵塞、不锈钢浮球封堵不严。也有个别排气阀密封“0”形圈存在问题，造成漏水。巡查人员在发现排气阀有漏水情况时应在第一时间判断漏水部位，分析漏水原因并采取相应的处理办法。若为杂质堵塞排气浮球，可反复开闭排气闸阀利用水流对杂质冲刷，如效果不佳，则需关闭排气闸阀，打开排气阀阀体，对阀体进行清理。若为密封“0”形圈损坏，则需关闭闸阀，更换密封圈。

5.3 排水阀漏水

排水阀一般采用偏心半球阀或闸阀，此两类阀门闭水效果较好，发生漏水的概率也较小。排水阀发生漏水要在第一时间判断漏水位置，如排水阀体漏水，则需停止供水后关闭上下游检修阀门，打开排水阀门开始排水，排水完成后检修或更换排水阀。

相较排水阀本身发生漏水的概率，排水支管发生漏水的可能性较大。排水支管是连接主管道及排水阀之间的小直径管道，一般采用钢管，长度在6m左右。若回填不均容易造成基础不均匀沉降导致焊口拉裂，排水支管漏水需在排空管道后对漏点补焊或裁剪替换。

5.4 法兰漏水

排气阀井进人孔盖板漏水，检修阀法兰、伸缩节法兰漏水均可归为法兰漏水一类。通水过程中，法兰漏水水量会随压力增加而加大，由滴水逐渐演变为流水，随着压力增大，高压水流甚至会损坏止水垫片，造成巨大的损失。因此，建筑物值守人员应随时观察法兰状态，发现滴水及时紧固螺栓，避免止水垫片损坏。

6 管线长期运行

首次通水后，管道进入正常通水运行状态，巡查人员需定期对管道沿线及各类阀门的工作状态进行巡查并做好记录。法兰在长期升压降压的情况下，容易造成止水垫片的疲劳损伤。检修人员应定期对法兰螺栓进行紧固，以免发生漏水。如管道排空，需对排空部位的排气阀体进行清理，以免发生堵塞造成漏水。

7 结论

通水运行关键在于确保人员安全、线路安全。只有做好组织保障、技术保障、物资保障才能确保运行安全。组织保障措施应分工明确、责任明确，恪尽职守，信息传递要逐级上报，并确保信息传递及时有效。技术保障上，对常规问题要有技术培训和处理方案，对异常问题要有应急预案。

 

 

本文摘自《山西水利》中的《铁路顶管施工设计要点分析》崔文龙，如有侵权请联系删除