隧道下穿既有鐵路管幕施工技術(shù)

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　　1、工程概況

　　廈門市高崎互通連接線同既有鷹廈鐵路杏林大橋成小角度斜交，互通連接線采用下穿隧道方式通過，隧道分左右兩線，其中左線78m，右線110m。隧道通過地段地表為第四系全新統(tǒng)人工填筑土，結(jié)構(gòu)松散、厚度4m左右，其下為第四系全新統(tǒng)長樂組海相沉積層，第四系更新統(tǒng)龍海組沖、洪積層以及燕山期花崗巖。隧道場(chǎng)區(qū)內(nèi)地表水主要為海水，臨近廈門西海域有大片養(yǎng)殖池，其水位受潮汐影響：地下水不發(fā)育，主要受大氣降水補(bǔ)給，地下水位受季節(jié)性控制明顯。

　　隧道拱頂距地表的最小深度僅為2.5m，因此隧道施工不可避免的會(huì)對(duì)周邊地層以及上部立交橋產(chǎn)生一定的影響。為了隧道施工安全并確保隧道開挖過程中上部的鐵路安全，隧道施工過程中進(jìn)行了超前支護(hù)，超前支護(hù)采用管幕支護(hù)，其長度達(dá)110m。

　　2、管幕施工工藝流程及技術(shù)要求

　　2.1管幕施工方法及工藝流程

　　管幕法施工即在隧道的開挖線外側(cè)，按400mm間距，沿隧道軸線方向?qū)?phi;299×12mm的鋼鋼管水平鋪設(shè)在土體里，鋼管之間采用鎖扣連接，并在φ299鋼管連接處打入φ60鋼花管，通過φ60鋼花管對(duì)土體進(jìn)行注漿加固并使φ299鋼管成為一個(gè)整體。

　　根據(jù)本工程的具體地質(zhì)情況及工程特點(diǎn)，采用“前拉后夯”施工方法進(jìn)行夯管施工，即首先利用水平導(dǎo)向鉆機(jī)打設(shè)φ127的水平孔。根據(jù)水平孔的精度，分析是否進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，然后采用前拉后夯的方法：在前部用拉管鉆機(jī)通過鉆桿及連接頭拉住φ299鋼管，將φ299鋼管拉入設(shè)計(jì)位置。在拉入過程中，如果出現(xiàn)回填卡鉆現(xiàn)象時(shí)，局部用夯錘夯擊通過。具體施工方法是：采用φ127鉆桿在上部中間位置打設(shè)一個(gè)導(dǎo)向孔，要求此類導(dǎo)向孔的導(dǎo)向精度控制在20cm以內(nèi)。導(dǎo)向孔完成后，根據(jù)具體地層情況判斷是否進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，并提高鉆孔精度。擴(kuò)孔作業(yè)要采用擠擴(kuò)的方法，不能采用通常水循環(huán)大擴(kuò)孔方法，防止引起地層擾動(dòng)，導(dǎo)致地面沉降。擴(kuò)孔完成后采用前拉后夯法，將φ299鋼管拉入，C型鋼取消，在拉入時(shí)，可能會(huì)遇到回填及不均勻的硬地層引起卡鉆現(xiàn)象，局部用夯錘夯法，在鋼管后部施以夯力使鋼管順利通過，直至將鋼管拉出對(duì)面掌子面。然后進(jìn)行第二根施工，以上鋼管鋪設(shè)完成后，在兩根鋼管之間進(jìn)行注漿加固，直至全部鋼管鋪設(shè)完成。φ299鋼管全部布設(shè)完成后，采用φ20mm鋼筋上下兩排焊接將兩端的管頭連接起來，使端頭部位形成一個(gè)整體。

　　管幕法施工工藝流程可總結(jié)如下：

　　施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→設(shè)備安裝→有線導(dǎo)向鉆進(jìn)→擴(kuò)孔拉管→單孔下管完成→管內(nèi)注漿→管外注漿→下一根鋼管施工（下一循環(huán)）……全部完成后對(duì)鋼管端頭進(jìn)行連接形成一整體。

　　2.2管幕施工技術(shù)要求

　　2.2.1打設(shè)時(shí)必須控制地表沉降，終孔跟蹤注漿，注漿必須保證管內(nèi)外間隙注滿填充實(shí)，在打設(shè)時(shí)必須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施作；

　　2.2.2施工中先施作導(dǎo)向孔，再進(jìn)行擴(kuò)孔拉管，最后進(jìn)行管內(nèi)、管外注漿：

　　2.2.3管外注漿不能對(duì)導(dǎo)向及擴(kuò)孔產(chǎn)生影響，因此要錯(cuò)開時(shí)間和空間位置。

　　2.3管幕施工技術(shù)難點(diǎn)

　　2.3.1管幕施工中要求導(dǎo)向孔偏差不能大干25cm，拉管偏差不能大干15cm，本工程導(dǎo)向距離長，且地層條件復(fù)雜，極不均勻，導(dǎo)向孔打設(shè)及其精度控制難度大；

　　2.3.2管幕離地表距離僅為3m，處于特殊地段，管幕打設(shè)過程中對(duì)地面沉降的控制難度大。

　　3、管幕施了管位精度控制技術(shù)

　　3.1定向鉆進(jìn)施工工作原理

　　定向鉆進(jìn)方法是非開挖管線施工的一種方法。該方法要求在鉆進(jìn)過程中能準(zhǔn)確測(cè)定鉆頭在地下的位置和方向。根據(jù)鉆頭在鉆進(jìn)過程中的位置和方向同設(shè)計(jì)軌跡的差異，利用能調(diào)節(jié)方向的鉆頭（一般為楔型鉆頭）改變鉆頭的鉆進(jìn)方向，從而完成鋪設(shè)工作。鉆頭鉆進(jìn)示意如圖1所示。

　　鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器由信號(hào)線連接顯示屏。顯示屏顯示鉆頭的傾角和面向角（導(dǎo)向板的方向：導(dǎo)向板朝上即為12點(diǎn)，如同鐘面）。打設(shè)角度如偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點(diǎn)，即導(dǎo)向板朝上，直接頂進(jìn)，此時(shí)由于導(dǎo)向板底板斜面面積大，受到一個(gè)向上的力，鉆頭軌跡就會(huì)朝上運(yùn)動(dòng)。同理在6點(diǎn)糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點(diǎn)、3點(diǎn)分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機(jī)會(huì)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時(shí)鉆桿軌跡一般是平直的，所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。

　　導(dǎo)向鉆進(jìn)中，導(dǎo)向管是隨鉆打入的，導(dǎo)向管就是護(hù)壁管，起到套管護(hù)壁作用。

　　3.2鉆具要求

　　鉆孔采用水平鉆機(jī)完成。水平鉆機(jī)設(shè)有軌道，能平移、升降鉆機(jī)平臺(tái)。全液壓水平鉆機(jī)回拖力50t，扭矩23000Nm，打設(shè)最大導(dǎo)向孔φ325mm，一次性最大擴(kuò)孔直徑在此類地層中可達(dá)400mm，打設(shè)時(shí)采用泥漿護(hù)壁，一次性成孔，然后前面用拉管機(jī)通過鉆桿拉動(dòng)擴(kuò)孔頭擴(kuò)孔，并由萬向節(jié)同φ299鋼管連接保證方向，并拉動(dòng)鋼管，將鋼管拉入，如遇障礙物不能拉動(dòng)時(shí)，后面用夯管錘錘擊，直至設(shè)計(jì)深度。

　　鉆桿為φ159mm×5鋼管，兩端為φ159mm×12mm接手，加工成每根6m，鉆頭為楔型鉆頭，斜板加安硬質(zhì)圓柱合金，可破除一般回填磚石。φ299管幕鋼管采用厚度為10mm無縫鋼管，鋼管之間加內(nèi)接管箍，管箍長400mm，采用直接對(duì)焊連接。

　　3.3水平定向鉆進(jìn)控制技術(shù)

　　水平定向鉆進(jìn)能長距離打設(shè)，而且能保證質(zhì)量，因?yàn)榇蛟O(shè)采用楔掌斜板鉆頭，鉆頭后面200mm處裝有有線或無線導(dǎo)向探棒，操作臺(tái)上有顯示屏，如有偏斜隨時(shí)可以調(diào)整角度，終孔偏差可以控制在25cm以內(nèi)，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　3.3.1利用φ159的鋼管作鉆桿，使用回旋鉆進(jìn)，并利用有線和無線兩種導(dǎo)向方法，嚴(yán)格控制導(dǎo)向精度。利用高精度有線導(dǎo)向儀及管內(nèi)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)能控制精度為3％，利用無線導(dǎo)向儀器在地表進(jìn)行測(cè)量定位，能控制偏差在20cm以內(nèi)。導(dǎo)向孔偏差如大于20cm，可以采用擴(kuò)孔方法將孔徑擴(kuò)大到φ250-φ300再利用前拉后夯法下管。