中铁六局集团路桥建设有限公司
摘要：市政管线在下穿铁路时，通常采用顶进的方式进行施工。对比日常土压平衡，在高水位条件下，泥水平衡顶进能很大程度保证土体土体稳定。在顶进及前期准备过程中，要采取一些措施保证铁路路基的稳定，顶进坑和接收坑施工前要做好基坑支护和止水措施，顶进前，做好对线路的加固，顶进过程中，做好对线路的观测，根据情况及时进行注浆，防止铁路路基下沉。
关键词：既有线；泥水平衡；顶进
一、前言
随着我国城市建设步伐的日益加快，越来越多的市政管线在与铁路立交时，为了减少占地，避免对铁路的影响，多采用下穿的方式与通过铁路。在这些下穿施工时，一般采取顶进的方式施工。顶管施工，日常采用的多为土压平衡与泥水平衡的方式。泥水平衡顶管是在施工中，向泥水舱注入一定压力的泥水，泥水在压力作用下向土体内部渗透，在开挖面形成一层泥皮。泥皮的作用，一方面阻止泥水继续向土体内渗漏，另一方面，泥水的压力通过泥皮作用防止开挖面坍塌。这种顶进方式，顶进速度快，最快顶进能达到每分钟200mm，破碎能力强，具有独立的注水、注浆系统，可在施工过程中随时注浆，适用孔径为250mm—3000mm。通过泥水压力，具有平衡地下水的功能，不易造成地面沉降。相对于此，土压平衡顶进对地下水的变化适应性差，顶进是非连续的，适用于口径在1200mm以上的顶进施工。在下穿高铁时，要避免对路基土体造成隆起或下沉，避免排水过多造成路基塌陷，缩短施工时间，采用泥水平衡顶进的方式较为合适。下面，将以太原市北中环路市政管线下穿石太客专和石太线为例，将施工过程进行总结。
二、工程情况说明
做为北中环涧河立交的配套工程，本工程共有电力、给水、热力、燃气、雨水、污水共计10条市政管线下穿石太客专及石太铁路。其中北中环桥北侧有顶管3根，自北向南分别供电力、燃气、给水管道通过，顶管内径为1.55m；北中环桥南侧有顶管7根，自北向南分别供污水、雨水（两条）、给水、热力（两条）、电力管道通过，顶管内径除热力为1.75m外，均为1.55m。顶管与铁路均为正交。
顶管下穿石太铁路双线和石太客专双线共四条铁路，铁路自西向东分别为石太下行、石太客专上行、石太客专下行、石太上行，线间距分别为5.32、5.08、5.31m。本工程顶进方向自东向西进行，线路东侧设置顶进基坑四座，线路西侧设置接收基坑4座。基坑排序自北向南，1#基坑内布置一根电力顶管，2#基坑内布置一根燃气和一根给水管道，3#基坑内布置一条污水管道，4#基坑内布置雨水管道两条、给水管道一条、热力管道两条、电力管道一条，共计六根顶管。
三、顶进施工对铁路的影响
1、顶进工作坑施工对铁路的影响
（1）顶进工作坑施工时，要开挖基坑，浇筑混凝土结构。机械开挖时，容易对铁路两侧埋设的地下的管线造成损害。
（2）顶进工作坑的基坑深度超过3米，属于深基坑，基坑位置地下水丰富，抽排水会造成路基下沉，进而影响到铁路线路的稳定。
（3）顶进工作坑位于铁路路基边缘，若基坑发生坍塌，则会造成路基塌陷，影响行车安全。
2、顶进过程对铁路的影响
（1）顶进前和顶进过程中，用吊车将管节和设备下吊到工作坑内时，吊车倾倒倒向铁路后，会损坏铁路设备，影响行车安全。
（2）顶进过程中，泥水舱的压力过大，会造成地面隆起，泥水舱的压力小，会造成路面塌陷。因此，泥水压力不合适，会影响铁路路基稳定。
（3）顶进过程中，若路基中遇到孤石，不能有效破碎，则前不能进，后不能退，不仅机器报废，埋在路基中，会对路基的稳定留下严重的隐患。
（4）顶进后，管壁外侧与土体之间的空隙若不能及时填补，可能会造成路基下沉。
（5）顶进过程中及顶进后的一段时间内，路基均处于不稳定的状态，若不能对线路进行有效加固，则线路的变形会随时增大，影响行车安全。
四、施工前的准备
1、开挖探坑
施工前，将施工范围内的电缆，先挖探沟探查清楚。挖探沟需要在铁路各站段人员的监护下进行，探查地下有无电缆。若与防护桩桩位冲突，长度不足，确实需要改移的，相关部门签订配合协议进行改迁出施工范围。若长度够长，可以摆动避开桩位时，用∠10角钢对扣，用铁丝捆绑住，移到桩位以外。需要拆除围墙的地段，用绿格栅做临时防护。拆除前，在围墙上开一小门，人员进出做临时围挡。必须先将临时围挡做好，与围墙成封闭状。临时围挡采用绿色格栅栅栏，每个节段长2m，做混凝土基础。
2、基坑防护
通过与设计及业主沟通，对基坑采用防护桩和止水帷幕做为防护。工作坑和接收坑均采用直径1.2M钢筋混凝土灌注桩防护，桩中心间距1.2m。灌注桩顶部设置冠梁，宽1.2m，高1.0米。横向设置双拼45c工字钢圈梁及横撑以加强其整体性。基坑外侧设双排直径0.6m高压旋喷桩做止水帷幕，桩中心间距0.4m，桩长14m。坑底满铺旋喷桩，桩与桩中心间距0.4m。旋喷桩上方铺设一层厚0.5m的C30混凝土作为止水层。
防护桩采用旋挖钻钻孔施工。计划安排2台采用220型旋挖钻机，线路两侧开始坑和接收坑各1台。1、2#工作坑和3、4#工作坑各布置一个泥浆池，东侧的泥浆池和顶管的泥浆池共用。泥浆池用土垒成，高出地面。内用塑料布铺垫，防止水渗入路基，影响路基稳定。钻孔时，先钻靠远离铁路一侧的护桩，钻完一个后，下钢筋笼时，隔3孔钻另一个。
在钻机停放位置进行平整场地，对钻机停放位置进行硬化，铺设一层15cm厚的C20混凝土。硬化面向外成4%的坡，防止钻机倾向既有线。施工时先进行远离铁路方向的桩基施工，在桩内预埋Ø32螺纹钢筋做为拉筋，拉筋与钢筋笼焊接，做为钻机的锚固端。在钻机下方垫宽8m长8m厚8mm的钢板，钢板通过倒链与钻机连接形成整体，钢板通过钢筋与护桩拉筋连接，孔口坍塌后，保证钢板的位置不移动，防止钻机倾覆。施工钻机必须垂直铁路方向布置，同时用缆风绳连接护桩稳固钻机支架，重点拉向远离铁路线路侧，防止钻机向既有铁路安全范围倾倒。保证钻机的倾覆区域远离铁路。
3、线路加固
为了确保顶进过程中铁路运营及安全，施工中对顶管中心线两侧各12m范围内铁路采用纵横梁抬轨的方式进行加固。1、2#坑单股道加固长度共45.5m，3、4#坑加固长度60.08m。线路加固体系分为横梁、纵梁、吊轨等三部分。石太客专上行和石太下行加固成一个整体，石太客专下行和石太上行加固成一个整体。
（1）根据顶管的中心位置，在四股道的线路中心放样出线路加固的起点和终点，再用方尺将加固范围方至两根走行轨上，并在轨道上标示出记号。
（2）以石太客专上、下行线的的混凝土枕木为基准，在石太上、下行线的钢轨上做出标记，使两股道的对应枕木都在同一个垂直与铁路的断面上。枕木间距仍按照60cm执行；
（3）向铁路部门要慢行点，列车限速45km\h。将石太上、下行的枕木按照标记方到位，使其每一个对应的枕木都在一个断面上。作业时，在作业范围两端按照要求设置防护，同时在车站设立驻站员。列车通过时，驻站员与现场防护员保持沟通。防护员用大喇叭通知施工人员提前下道，撤到线路两侧。枕木方到位后，立即回填道碴，人工进行捣固。
（4）穿设横梁H型钢
横梁采用12m的H250型钢，垂直于线路方向布置，横梁分两个部分，长度均为12m。石太客专上行和石太下行下共用1根横梁，石太客专下行和石太上行下共用1根横梁。横梁间距0.6m，即每个枕木孔设置1根横梁。加固前，将路基两侧边坡降到和枕木底到一个平面上，使枕木头和边坡之间能水平放下一个横梁。横梁穿设主要由人工来完成，在无列车通过时，人工拨开枕木盒里的道碴，借助抬杠将H型钢穿入。穿入后，在钢轨和横梁之间放置3厘米的木板，做为绝缘板，防止将轨道联电，回填夯实石碴。
（5）设置3-5-3吊轨
吊轨采用P50钢轨，以3-5-3形式布置，即两股钢轨外侧采用3扣轨，轨道中心采用5扣轨；每束扣轨伸出管涵两侧各12.0m，扣轨采用25m和12.5m两种长度钢轨交错布置保证接头相互交错。施工前，用人工将所需要的材料堆放在线路限界以外。施工时，用人工抬到线路上按照要求紧固，与横梁用20U形螺栓联结。每个加固地段的组拼顺序为先中心的后两端。
（6）在设计位置用枕木垛堆纵梁基础。
根据设计要求，纵梁下每隔10m左右设置一个枕木垛。两股线间的两道纵梁共用一个枕木垛，1、2#基坑段需要设置5排枕木垛，每排5个。枕木垛共两层，纵横交错摆放。枕木垛的基础坐落在路基上，基础底夯填碎石垫层150mm，上下均设置2cm厚钢板。枕木垛保持底面顶面保持水平，顶面钢板上放置螺旋千斤顶，两侧的枕木垛上各设一个，中间的枕木垛上设两个，都在纵梁支点下。纵梁如有下沉，都能通过调节千斤顶来进行修整。
（7）架设纵梁工字钢
在每股道的两侧路肩均设长纵梁，距离线路中心分别为2.2m和2.5m。纵梁采用3道I45b工字钢拼装而成，与每道横梁采用扣板和U型螺栓连接。工字钢的接头用M20普通螺栓和20mm厚的钢板拼接。与横梁的连接及工字钢拼接见下图。
（8）线路应力放散
线路加固开始时，对通行线路进行应力放散，防止施工过程中因应力集中产生的线路问题。
4、线路下顶管范围内地质探查
通过两种方式对顶管下地质情况进行探查，防止顶管前方遇到障碍。一是查阅施工地段石太线和石太客专路基资料，看当时路基填料里是否有块石、片石，来确定本区域是否能进行顶管。二是用潜孔钻对管节所经路线进行取样钻孔，通过对取样材料及钻进速度等情况分析，确定顶进区域是否有孤石等不易破碎的建筑物。
五、顶进注意事项
线路加固完成后，向铁路部门申请要慢行点，进行顶进施工。顶进施工采用泥水平衡法，顶进过程中，要保证施工顺利、平稳，应注意以下几个方面。
1、顶进过程注意事项
（1）当掘进机停止工作时，一定要防止泥水从土层或洞口及其它地方流失。不然，挖掘面就会失稳，尤其是在进洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。
（2）在掘进过程中，应注意观察地下水压力、泥水仓水压力的变化，并及时采取相应的措施和对策，只有这样才能保持挖掘面的平衡稳定。
（3）在顶进过程中，随时要注意挖掘面是否稳定，要不时检查泥水的浓度和相对密度是否正常，还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。应防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤泥和堵塞现象。
（4）压浆孔的处理，顶管顶进完成后，对管节上的压浆孔进行封堵措施。
2、要加强施工监测
下穿高铁施工，要特别注意对线路的检测，及时掌握基坑结构和顶管经过区域的安全性，了解基坑开挖和顶进过程对周围环境的影响，当线路情况有明显异常时，要立即停工，分析原因，确保施工正常。以本工程为例，现将观测点的布置及测量情况进行说明。
（1）基坑及顶进区域周围环境的监测点设置：
在1、2、3、4#工作坑和接收坑冠梁顶端布设点，监测基坑防护桩的水平和垂直位移。1、2、3#每个坑布设8个点，4#布设12个点。基坑周边及顶管轴线地表沉降观测：顶管轴线上，在两股道的线路中心设一沉降观测点。在线路西侧4#坑南的高层楼的北侧外墙上设4个沉降观测点。现场目测巡视检查，对周围的房屋建筑还应密切灌注可能出现的裂缝，及时采取相应的补救措施，在裂缝成因未明和没有制定相应补救加固措施前暂停施工。
（2）监测方法与频率
水平位移采用全站仪测绝对坐标，垂直位移监测采用电子水准仪测绝对高程的方法进行测量。监测工作应贯穿于顶进施工全过程，基坑施工前进行3次观测，观测值作为初始值。基坑开挖前期每两天观测一次，基坑开挖到设计高程并封底完成后28d内每天观测一次，基坑或周围环境位移变形较大或者基坑出现险情时，加密观测。顶进期间每天观测一次，重点观测顶进掘进区域。施工期间，设立专门的监测队伍，对沉降情况进行监测，实行24小时值班制。做好记录，有异常情况时立即反馈。分析出现问题的原因，及时加以解决。
六、结束语
经过实践证明，下穿高铁顶管施工，采用泥水平衡的顶管方式，在施工前对工作坑做好防护，设置止水帷幕，防止地下水过多排放，可以有效控制路基整体下沉。在施工前，对管节途径路段进行勘探，可避免施工中遇到孤石，保证顶进过程顺利进行。在顶进过程中，及时对管壁周围进行注浆，可以使管壁周围的空隙得到及时填充，防止路基下沉。在高铁下进行群管顶进施工，措施得当、有效、及时，可以有效保证铁路和施工安全。
参考文献：
[1]《土压平衡和泥水平衡顶管工程施工技术规程》天津市建设管理委员会，2004.12
[2]《路桥施工计算手册》周水兴，何兆益，邹毅松等编著人民交通出版社，2001.5
[3]《铁路工程基本作业安全技术规程》JTJ944-2009中华人民共和国铁道部2009.4