穿越铁路线水平孔简易顶管施工方法

卢　飞　佟志利　李贵华　杨军国

[摘要]通过在辽宁本溪用简易方法顶管穿过铁路线，介绍设备的选择及安装、材料的选择及加工，以及主要技术措施。

[关键词]水平顶管 设备材料 技术措施

中图分类号：TB1文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310071－01

一、概述

（一）项目概况

2004年，辽宁省本溪市银泽房地产开发公司，在辽宁省本溪市开发建设的银泽D区楼群，其供电线路需通过2条铁路线（铁路线正常运行）。因现场条件限制，不能架设地上线路。因此必须在地下横穿铁路，在地下铺设供电线路。设计水平孔3个，直径为φ159mm，长度为12m。

（二）施工现场场地条件

水平孔一端为本溪市北台钢管厂，有吊车不间断的往复运行。厂区地面距铁路面低2m，铁路线砌有块石偏墙，偏墙厚为0.8m左右。委托方要求穿孔位置在距铁路地面向下1.5～2.0m（在钢管厂厂区地面之上穿出），并要求3孔的位置相对集中，离散面积不得太大，以免破坏铁路偏墙过多。水平孔另一端为施工队的平房区，地平面与铁路钢轨面基本平行。委托方只给拆除一间平房，用挖掘机给挖出一个5m×4m×3m（长×宽×深）的坑。计划是采用钻探设备，从坑内向铁路方向打钻孔，穿过铁路线，在铁路偏墙的一侧出露。

（三）施工期气候条件

施工时间已是12月未，早已进入冬季，天气寒冷，滴水成冰，工期要求又紧，按常规方法进行钻探施工，是非常困难的。

（四）穿越地层概况

铁路路基为回填碎石土，碎石直径一般在30～150mm，含量占60%左右，夹有粉质粘土。个别地段有大块石，直径大于200mm。

我队接受任务后，采取顶管的简易方法，解决了施工中的难题。于2004年12月26日开始至1月6日结束，历时12天，完成了任务，做到了质量好，速度快，成本低，受到了委托方的好评。

二、分析施工中的困难

1．如用非开挖钻机，因有碎石和块石的存在，成孔困难。同时设备大成本高。

2．如用夯管锤穿孔，因场地小，不具备施工条件。

3．由于地层为回填碎石土，并且是水平孔，用普通回转钻进方法是成不了孔的。

4．因楼区一侧只能挖较小的一个坑，如用XY-4型钻机打水平孔，也只能勉强施工，且必须跟管，因地层有碎石，用合金钻头，如钻不过去，中途又不能换钻头。用金刚石，因上部不见水，会产生烧钻，且成本极高。

5．如用潜孔锤钻机，不跟管不行，如跟管钻机扭力不够，也是不可能的。

6．如用钻探设备，则必须采用，坑内下XY-4型钻机，坑上用12m3的空压机，还得买6000元/套的跟管潜孔锤钻具。采用组合钻进法，不但成本高，而且也没有100%的把握。

三、施工方案的确定

承担此项工程后，我们大队技术人员及管理人员在一起反复研究，决定采用2个施工方案。一是先采用顶管的方法试验，因为用土办法顶管还没有先例，没有成熟的经验，也不知能否成功。二是如果顶管不成功，则采用XY-4型钻机，12m3的空压机，φ170mm跟管潜孔锤钻具，组合钻进。

四、设备的选择

先按第一套方案准备设备。并且本着尽量使用仓库里的废旧设备。

顶管设备采用我队原有的75吨油压起重机，即是原小口径钻探用的处理孔内事故的起重机，以此起重机为顶管的动力机。

此起重机的主要技术规格如下：

此起重机是张家口探矿机械厂在1981年8月生产的。高压泵最大工作压力为400公斤/厘米²，低压泵最大工作压力为200公斤/厘米²。油缸外径140mm，内径112mm，油缸理论行程为400mm，实际行程为370mm。两油缸中心距为470mm。起重机总高度为690mm。

起重机回程用的是10吨千斤顶，油缸行程135mm，丝杠行程95mm，80元/个，是汽车用的千斤顶，市场上可买到。

五、材料的选择与加工

1．利用仓库中的废旧材料加工顶管用的顶块。使用的材料有，1根17m钻塔用的天车横梁，φ159mm×8mm无缝钢管，220mm×80mm槽钢。顶管的制做方法，是把220mm×80mm槽钢用水焊割成220×220mm的正方形，把φ159mm×8mm无缝钢管按照加工后的顶管单个长100mm、200mm、300mm、400mm、500mm的长度来下料，然后把天车横梁和钢管两端焊上槽钢，顶块即加工完毕。

2．利用废旧材料加工平台，平面材料采用规格为120mm×50mm的槽钢，支腿采用90mm×90mm的角铁，平台高800mm，平台外宽430mm。采用电焊整体的焊在一起。

3．顶管后支坐的设计与加工，材料是采用220mm×80mm槽钢6根，长度为1.5m，整体焊在一起，并焊接二道加固带。

4．顶管头的设计与加工，采用φ159mm×8mm无缝钢管，在端部加工成锥形，锥形部分长250mm左右，外径用电焊堆焊加大到180mm左右。顶管头的设计目的有二个，一是可一次顶进成功，中途不用掏内管的土，加快顶管速度；二是如遇到大块石时，可挤入到孔壁内。

六、设备及平台的组装与固定

1．首先清理坑内的场地，将场地整平，特别是把顶管后坐接触的墙壁用人工将其削平并且与水平面相垂直。把顶管入土部分的墙壁削平并且与水平面相垂直。

2．按照水平孔轴线方向向后延伸到坑内墙壁上，以确定顶管后支坐的中心点，把顶管后支坐整体立在坑内的墙壁上，并使支坐中心与墙壁中心点重合。

3．将平台下入坑内，平台的长度要求，与坑内长度相吻合，两端用铁板挤牢。

4．将起重机抬到平台上并且与后支坐靠紧。

七、顶管施工工艺及技术措施

1．根据坑内距离的有效长度，第一根管尽量选择长一些的。放在平台上，后面用起重机顶好，起重机各管路全部连接好。用地质螺盘将倾角调成向上仰3度并且用铁板支牢。这时可开始用起重机向坑壁顶管，开始速度要慢，待顶进300mm以后可转入正常。

2．将起重机的油缸顶靠后，用10吨的千斤顶把起重机的油缸压回去，在加上一个适当长度的顶块，再继续顶管。

3．顶管中途如遇有较大的阻力，可在此处停止10～30分钟，以使阻力逐渐分解，以免发生顶块飞出事故。

4．把坑内的管大部分顶进墙壁后，注意留有焊接的长度，在取1根适当长度的管，用电焊联接。

5．联接后继续顶管，一直顶到顶管头露出终点的墙壁为止，用水焊将顶管头割下来。至此，顶管结束。在继续顶下1根管。

八、顶管水平成孔的效果

靶区目标，与设计位置比较，竖向最大误差为230mm，横向最大误差为550mm。工作效率，开始是4个台班（8小时）成孔一个，后来是2个台班成孔一个。每台班平均顶进5.5m。3个孔合计顶进36.6m。总工期为12天（12个台班），实际顶管时间约为8天（8个台班）。

九、存在的问题及改进措施

1．平台不正规，稳定性较差，开始影响工作较多，后将平台与后座焊死，效果较好。以后应加工成正规可组合式平台。在现场用螺丝安装。

2．顶块是在现场加工的，不平，不垂直。遇到较大阻力时，易变形，弯曲，开裂，易造成伤人事故。以后顶块应正规设计、正规加工，要垂直，焊正，焊牢，不使变形。并配螺丝，在孔内压力大时，用螺丝联接各顶块，以保证安全。

3．没有采用水准仪和经纬仪来测量，只用简单的土办法，测量顶角用螺盘，测方位用线绳三点成一线。标高用卷尺大致测量。以后应采用正规仪器测量。