双线平行顶管下穿多线并行繁忙干线铁路顶管施工探析

双线平行顶管下穿多线并行繁忙干线铁路顶管施工探析

户其报

中铁六局集团石家庄铁路建设有限公司 河北 石家庄 050000

摘要：随着城市管道的建设，顶管施工被越来越广泛应用，在城市地下管线下穿既有铁路运营线建设中,顶管施工对地表既有构造物无干扰影响,具有极大的优越性。以双线平行顶管下穿既有多线并行铁路施工为工程背景,介绍了泥水平衡顶管施工中一些关键技术,最后对顶管施工过程中经常遇见的施工及铁路运营安全问题进行总结,并给出具体的防护措施,可为类似工程提供借鉴与参考。

关键词：下穿铁路；繁忙干线；多线并行；泥水平衡

1 引言

下穿铁路顶管施工可减少对铁路既有设备的影响，但仍不可避免会对路基及线路产生扰动，引起位移形变。双线平行顶管下穿多线并行线路，中间区域由于受到双重扰动会产生更大的地面沉降，因此要采取相应的措施来降低群洞效应对铁路影响。

2 工程实例

本工程为衡水市西外环北外环供热一次网改扩建穿越京九石德铁路防护工程，本工程包含两条燃气管线，下穿京九上行线单线及京九下行线与石德上下行线的三线并行线路。下穿铁路顶管管道中心与铁路交角为85°，套管顶进采用泥水平衡顶进法施工，单节管顶进长度为87.728米。下穿铁路施工过程中为了确保既有运营铁路的安全，顶进前对既有线路进行线路加固。

3 线路加固方案

顶进施工前，先对无缝线路进行放散处理。放散采取的作业方式：采用“零应力综合放散法”即：松开长轨放散部分扣件，隔10-15根轨枕垫置一对滚杠，用撞轨器进行撞轨，钢轨出现反弹，说明长轨处于零应力状态，再根据需要轨温与实际轨温差，计算拉伸量，确定锯轨量，再用拉伸机进行拉伸，并辅助撞轨，钢轨到位后，锁定线路,并做好相应记录。线路开通前全面检查线路状态，确保开通后，线路达到放行列车条件。根据《普速铁路工务安全规则》第2.1.17条，线路放散属于不影响道床稳定的施工作业，封锁施工完成以后，以45km/h放行列车。

放散完成后对线路进行3-5-3式扣轨法进行加固，本工程下穿既有3股道，且铁路线间距近，故科学制定线路加固方案，做好施工组织及安全防护，减少施工对列车运行及行车设备干扰是本项目施工期间需要解决的关键技术问题。本次线路加固施工利用三个天窗点。

施工慢行开始后设置慢行牌，组织人员利用列车间隔穿入木枕，三线木枕穿入完成后，先分别利用两侧线路天窗点对两侧线路进行扣轨，并将中间线路需要加固使用的钢轨抬到道袖内，绑扎牢固备用。再利用中间线路天窗点进行扣轨，从而完成三线并行地段的线路加固全部作业。

4 顶进方案

根据施工实际条件选择合适的顶管机，本工程设计下穿铁路双排平行顶管施工，传统的人工掏土顶管施工具有易坍塌、效率低、受周边环境制约等缺点，不适用于本工程。而泥水平衡顶管施工有施工噪音低，对道路、交通、周围的土层影响较小的优点，可保持挖掘面的相对稳定，施工后地面沉降极小。属于机械化，长距离顶进施工技术，并保证了顶进位置铁路及构建筑物的安全，提高了管道施工整体质量，大大提高了顶管施工进度，切实解决了施工中受地形限制、顶管长度限制、施工安全、环境污染等传统顶管存在的各项问题，故采用泥水平衡顶管施工工法是最为合适的。双线平行顶管同时施工，为保证顶进工作面安全，两顶管机工作面追踪距离保证在两倍管径以上。

泥水平衡式顶管机是利用泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力，采用机械掘进技术。工艺原理为：当接通机头刀盘电动机的电源开关时，刀盘就被驱动并以均匀速度对土体进行切削，刀盘可以根据土压自动前后移动，在顶进中起机械支撑开挖面的作用，维持挖掘面的土压。通过刀盘切削，将相当于管子土壤同体积的泥土进入泥水仓，土将相当于管子顶入土壤同体积的的泥土进入机头泥水仓内，由供水管向泥水仓内供水，泥土在泥水仓内与泥水混合成泥浆后，再由排泥管道排入泥浆池，泥浆经沉淀或分离后泥水可重复利用，残渣外运；掘进过程通过调节循环水压力用以平衡地下水压力。在切土、排泥时同步采用等压油缸持续顶进套管，同时通过机头内设置的4处纠偏油缸进行纠偏，在顶进过程中，加注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。顶进过程中根据顶进速度，控制排泥量和地层变形的信息数据，及时调整注浆压力和注浆量，通过调节循环泥水压力用于平衡土压力，从而将轴线和地层变形控制在最佳的状态，直至所有管道顶进就位。

双线平行顶管对管节轴线偏差要求较高，顶进过程中纠偏是控制施工质量的重点。纠偏系统的动作控制是在地面操作台远程控制的，纠偏量的控制是通过安放在纠偏千斤顶上的位移传感器来实现纠偏的控制。调整测量靶中心与管道中心线基本一致，与管道中心线垂直。调整激光经纬仪座的高度，使激光经纬仪的激光束的高度基本与管道中心线标高一致。根据测量定位点调整激光束，使到激光束基本与管道轴线重合。调整测量靶激光束点的大小，根据测量靶激光斑点的位置，调整测量靶的位置，使激光点与靶中心重合。纠偏时每1米测量一次，并做机头和机尾的数据比较，有回归趋势时，保持一段顶进距离后，要停止纠偏，防止左右摆动。纠偏的原则是勤纠、微纠，每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势，当上下、左右均发生偏差时，先纠上下、后纠左右。整个顶进过程中将整个管道持续控制在轴线范围内。

5 铁路安全配合措施

顶进施工期间，列车通过防护套管施工地点时应限速慢行，慢行速度不大于45km/h，并派人24小时不间断观测线路，发现问题及时处理，以确保线路稳定及行车安全。施工中可能会影响铁路既有设备，顶进前与相关设备管理部门签订好安全配合协议，施工前查明施工场地及施工影响范围内的既有线路、构筑物的数量、结构形式、规模及分布情况和影响范围内的地下管线、光缆、电缆的分布及走向情况，并加以防护，做好应急准备。 

6 顶管施工沉降观测

京九线为繁忙干线，且双线顶管对铁路路基扰动相对于单线顶管较大，因此既有设备位移观测是施工中的一个重要环节，是确保铁路运营安全的重要措施，量测过程中采取有效的措施保证测量数据的及时性、准确性和连续性，并以位移控制值的70%作为预警值，80%作为报警值。当测量结果出现反常或危险信息时，立即采取紧急措施，同时加大量测频率，密切注视内外动态。

繁忙干线检测精度要求高，监测仪器主要采用全站仪、精密水准仪等。为保证沉降满足规范要求，施工前提前进场观测，并收集原铁路沉降数据，根据观测数据，模拟沉降曲线，施工期间进行实时观测，如沉降观测值在沉降曲线以外，超出值大于允许值时应立即停止施工，并查找原因，待制定相应措施后方可继续施工。通过动态信息管理，对监测数据及时处理并及时反债以指导施工。发现异常情况应立即做施工处理，防止发生工程事故。

1.路基沉降观测

在铁路路肩上每隔5m设置一个沉降观测点，单侧设置7个，共14个，路基沉降控制值为±10mm。

2.线路位移观测

安排专业的线路工每隔两小时用道尺对线路进行检查，观察线路位移情况，竖向位移控制值为-8mm~+3mm，水平位移控制值为±7mm。

3.接触网杆位移观测

在施工影响范围内的每根接触网杆布置两个测点观察倾斜度，倾斜度控制值为0.5%。

7 应急预案

为避免施工过程中引起的线路沉降进而影响铁路运营安全，造成行车事故，特制定此应急预案。

1.施工前以每行不少于100方道砟标准配备足够的道砟，搬运至路肩两侧堆码整齐。施工现场必须备有足够的线路整修机械、扣轨、道碴，以便发生险情时及时进行处理。 

2.线路几何尺寸超限: 顶进施工中应加强线路几何尺寸的检查，坚持趟检查制度，同时作好每两个小时记录一次，如果超出线路监控警戒值，立即采取封锁线路或降低行车速度的防护措施，第一时间进行抢修，及时恢复正常行车。

3.作业引起的联电：长、大工具必须进行绝缘处理，达不到绝缘标准的一律禁止使用；严禁在天窗点外进行抬运钢轨等笨重轨料跨线，防止联电。

4.路基沉降坍塌：出现险情立即启动抢险预案，判断灾情对铁路行车的影响，及时联系驻站员，限速放行或者封锁线路，组织现场，进行快速整修，采取回填土方和夯实路基的办法，修复后，确保达到开通条件，逐级提速，放行列车。

8结束语

本工程顶进慢行施工时间共用12d，施工期间线路加固体系安全稳固，路基、线路未发生沉降问题，没有发生危及铁路行车安全的任何状况，在整个施工过程中各施工环节考虑充分，施工技术控制良好，以期能够给其他类似工程顶进施工提供些许借鉴作用。 

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