大直径夯管超前支护施工技术

旷启德

（广东省基础工程集团有限公司，广东 广州 510000）

1 工程概况

某工程采用2孔净跨径18.2m×6.0m预制顶推框架桥下穿某高速公路，桥梁全长51m，总宽42.6m，斜交相交角为63.881°。

框架桥顶板、侧墙厚1.3m，底板厚1.4m，采用C40混凝土结构，分3节顶推，单节长度17m，节与节之间设3cm沉降缝。

2 管棚设计

由于框架桥上覆土不到3m，为确保施工期间高速公路正常使用，沿箱涵外轮廓线外侧采用大直径夯管进行超前支护，起到等同于管棚的作用，以确保沉降控制在行车允许条件内。（1）根据箱涵外包尺寸设计，管幕采用Ф500钢管与Ф728钢管组成封闭结构。其中Ф500钢管布置在涵顶与两侧位置，Ф728钢管布置道路中心线位置。（2）管幕单根长度为50～60m，采用Q235钢管，钢管单节长度为12m，钢管接长时接头采用坡口焊接。（3）Ф500管幕和Ф728管幕采用夯管法施工工艺，精度控制在10cm以下。（4）钢管夯通后利用风压将管内土壤压出，再填注自密实混凝土，形成钢管混凝土帷幕。

3 夯管施工工艺流程

夯管施工包括测量放样、设备安装、钢管夯进、取土、灌注混凝土等工序。其施工工序流程如图1所示。

图1 夯管施工工艺流程图

4 夯管施工

4.1 管棚施工精度控制

管棚精度控制：水平±50㎜；垂向±50mm。沉降控制：高速路面容许最大沉降量30㎜，沉降坡度1‰，故因管幕施工造成的地面沉降应控制在10㎜内。

4.2 夯管施工

（1）施工顺序及设备。先施工箱涵顶部管棚，顶部管棚施工完毕后，再施工箱涵两侧和中间的管棚，自上而下交替进行。施工前需先搭设支架，在支架上同时铺设4条导轨，由西向东一次夯入。采用TT450夯锤，直径为450mm/510mm（内径/外径），长度为2850mm，重量为2465kg，耗气量为35m3，冲击参数为180次/min，夯击力为1160t/次；选用26.5m3空压机。管棚施工采用0.3%的仰角与轴线夹角，防止夯进完成后远端下沉。夯管作业的第一节钢管应适当长些，以取得较好的导向作用。在管外壁均焊接互锁式定位导向器，每根钢管管首安装切削环，保证钢管夯击时不被障碍物压坏变形。

（2）测量放样。在工作坑内测放出管棚的轮廓线，距离箱涵拱部开挖轮廓线10cm。

（3）设备安装。①搭设夯管作业平台。钢管固定在工字钢支架，工字钢竖向放置，利用槽口承托钢管，工字钢根据钢管直径确定。下面铺[10槽钢，间距1m，槽钢和工字钢间用肋板焊接牢固，槽钢固定在支架上，具体如图2所示。②导向器及钢管的安装。第一，夯管导向器。引导后续钢管的夯进方向，防止钢管缝隙过大，钢管焊接导向连接器。互锁导向器示意图如图3所示。导向器采用10mm钢板轧制，一侧轧成钩状，便于与另一个导向器互锁；另一侧焊在钢管上，导向器宽为6cm。第二，管材的预加工、安装。为保证焊接质量，需将每段钢管的两端端口处打成30°坡口，在前端加焊15cm宽的切削钢环，减少管壁与土壤的摩擦力，确保钢管前端遇到障碍物不变形，如图4所示。

图2 夯管导向平台示意图

图3 互锁导向器示意图

图4 切削钢环示意图

（4）夯管作业程序。①采用吊车吊装钢管及夯锤。首先，在工作坑里搭设夯管导轨；其次，先将夯锤从工作坑上方吊下；再次，用吊车将夯锤吊运至需要的位置，先将夯锤放入导轨内，后使夯锤前端空出钢管的位置；最后，将加工好的夯管摆放到夯管轨道上。②夯锤安装的连接配件由供气管、连接拉紧带、出土器等组成。必须使锤体与夯管中心位置一致。③夯管为无缝钢管，单根长度为12m，采用TT450夯锤带土夯进，夯进动力由1台大功率空压机提供。④将夯管与夯锤摆放到轨道后，使夯管与夯入中心线重合，将互锁导向器焊接到夯管两侧。夯入1m时停止，按照中心轴线复测，如有偏差立即纠正。⑤第一节管夯进后，拆除夯锤，采用电弧焊接接长夯管，夯管作业和夯管接长焊接交替流水作业。第1节夯管夯进的方向会影响最终方向，必须严格控制，开始时以较小夯击力启动，逐渐加大夯击力，保持夯管、夯锤处于同一轴线上；保持夯锤和夯管的紧密连接，要随时拉紧两侧的绳带；要对作业平台的水平进行监测，当导轨沉降超过3mm时，或夯管轴向偏差大于3mm时，停止作业，调正导轨和夯锤。

（5）取土、洗管。在打压一端封堵管头，留出打压小管孔。利用气压将土石整体一次排出，最大气压不得超过0.7MPa，也可用高压水枪将钢管冲洗干净。

（6）灌注混凝土。夯管施工完成后，在出露端封堵并焊接混凝土灌注管，安设排气管，管口要求高于管棚10cm。利用输送泵高压灌注自密实混凝土，连接灌注管压入自密实混凝土，压力达到0.5MPa，稳定5～10min，封堵端口。自密实混凝土要做试件，同条件养护，待混凝土强度达到设计值90%以后再进行下一道工序施工。

（7）夯进方向及高程控制。①方向控制。第一，夯进过程中，时刻观测夯锤中线与钢管中线不发生偏离，若发生偏离可通过调整夯锤两侧拉索松劲校准。第二，导轨的稳固性、方向准确性是最关键的，安装后的导轨应牢固，应经常检查、校核，使用过程中不得有位移。第三，导轨安装允许偏差应为顶面高程0～+3mm，轴线位置3mm。第四，在安装夯锤时，保证夯锤与夯管同心同轴。第五，遵循勤勘测的原则，开始的两根夯管要加密校核频率，发现偏差纠正过来。第六，注意夯锤工作参数的调整，第一根管夯入土层应“轻锤慢进”，反复校核钢管方向。第七，把好焊接关。钢管端面必须平，切口平面垂直于管轴。为保证夯管的平直，接口焊接必须在钢轨上进行，严禁将钢管完全夯下导轨。②高程控制。在确定定位管下口高程符合设计图纸后，由测量人员沿夯管基座边线每2m设置一个木桩，放出导轨上边高程+30cm的一条前高后低爬坡线，坡度根据施工现场土质情况而定，摆放枕木基座及导轨时参照这条高程线。待枕木码放齐后，用水准仪复核高程及坡度，经细调后安放工字钢导轨。

5 确保管棚安全穿越高速公路的措施

（1）进场施工前在高速公路管理部门办理相关审批手续，对已探明和改移的缆线须进行有效的防护。（2）在夯进的过程中虽然不会破坏原状土体的稳定性和整体性，但还是要对高速公路路基进行观测。（3）施工监控。①监控原则。提供准确可靠的测量数据及结果，有效指导施工，保证高速公路安全。②测量数据在当天收集后，要及时对数据进行计算、整理分析结果以便及时指导施工。每天对监测项目观测两次，如出现异常现象需要加大观测频率，并及时向高速公路管理部门汇报。③现场监控测量项目。该项目主要是路面沉降、变形、椭变度等项目的监测。

6 施工效果

在直径夯管超前支护加固后，在框架桥盾构机进行掘进工程中，对高速公路进行沉降、变形、椭变度等项目的监测，监测结果的累计变化值较小，路面沉降最大值为8mm，小于设计要求的20mm，有效确保了公路的运营安全，保证盾构顶进的顺利进行，高速公路的路面变形量也得到了有效的控制。