采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术

荀 贺 健

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041000)

采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术

荀 贺 健

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041000)

结合工程实例，介绍了下穿高速公路施工技术，从大孔径管棚支护下高速公路施工技术、管棚支护结构形式及管径选择、管棚具体施工方案等方面进行了论述，指出采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术可以满足工程施工质量的要求，具有良好的推广前景。

大孔径管棚支护，下穿高速公路，施工技术

0 引言

目前我国城市及道路交通建设有很大的发展势头，其中高速公路占有重要地位，施工时，其主体完工后就会涉及到很多后续工程，而后续工程往往需要下穿一些建筑物和道路，这就需要在施工过程中做好防护工作，以减少对周围环境、建筑物的冲击和破坏，有必要做好施工前的防护工作。

1 下穿高速公路施工技术

高速公路直接开挖的施工方法本身存在一定的局限性，表现在下穿建筑物时会对周围环境造成一定影响，同时也会给居民日常生活带来困扰，因此需要采用一种新的施工技术和方法来解决这一问题。目前有两种施工方法作业时对周围环境影响较少，一种是顶管法暗挖施工，另一种是盾构法施工。其中盾构法在隧道及地铁建设工程中应用比较广泛，相比之下，大孔径管棚支护施工应用则不多，原因是：高速公路管棚施工须充分考虑不同管间的连接性和止水性；管棚支护施工完成后，工程浇筑及内部开挖等处可能会出现一定程度的沉降，给高速公路施工增加了困难。

目前我国一些高速公路施工中所使用的大管棚支护法主要用于以下施工中：小型管线施工；孔径不大且覆土层厚的隧道施工。需要下穿施工的技术应用，其要求是管顶上面覆土层厚度约为1.5 m～2 m，且须保证高速公路可以正常运营。满足这种条件时即可选用顶管法管棚支护非明挖施工技术进行施工。

某市下穿高速公路工程概述。该工程位于某市在DK65+183.30处下穿高速公路，桥与高速公路斜交呈35°角；高速公路在该工程施工处共有十个车道，在车道外加左右幅匝道，桥梁总长87横延米；该处高速公路日均流量比较大，交通状况复杂，通过考察得出结论，不可选用明挖法下穿高速公路施工。该工程地处丘陵地带，土表层风化严重，上层砂粘土基本承载力为230 kPa，土层下风化花岗岩基本承载力为260 kPa。

2 大孔径管棚支护下高速公路施工技术

2.1 管棚支护结构形式及管径选择

该工程铁路在下穿高速公路时，受条件限制，所采用的是规格为(17×8.5)m的框架方式(如图1所示)。管棚上面的钢管要放在相同的层面上，且不能损坏现有公路路面构成，还不能使用常见的拱形结构；另外，使用门式构造可节省大量资源。在注浆时，管棚根据情况采取自上而下的水平方法施工，管径则可适当选用4 m～6 m的方式进行运算，最后根据运算结果选择合适的管径。其中管材使用比较多的是低碳高强的钢管。

2.2 管棚具体施工方案

1)成孔方法。

管棚成孔采用跟管钻孔和潜孔锤进行施工，目的是防止填土层塌孔，其中采用潜孔锤钻进施工时，应使用内外锤头拖管机进行钻进施工。

2)钻进顺序。

钻进时应从两边向中间施工，同时应从两侧起拱线开始，从下往上钻进，采用跳开布点钻进。

3)控制钻进方向。

在世界范围内，较早涉及到销售管理系统的理论和实践可以追溯到上个世纪。当时，在1960年前后，作为先进科技代表的美国在传统的计划经济管理的基础上，提出了物质需求管理计划(Material Requirement Planning，简称“MRP”)。在当时背景下，打破了传统的固有管理模式，大大提升了商业贸易效率。在随后的时间里，计算机理论和技术的出现和发展，使得传统的人为干预的记录、计算逐步被计算机所代替。此时，以美国为代表的计算机领域太阳、甲骨文和微软等知名公司，都相继推出了功能较为完善的销售管理软件软硬件产品。[1]

采用经纬仪灯光测斜对钻机方向、角度和位置定位进行控制，采用水平导向仪定位钻进方向，利用导向仪对水平精度进行控制。

4)跟管作业。

钻进施工时，管棚应随深度而跟进，每3 m设置一节管棚，且采用丝扣连接钢管(扣长6 cm)；采用两种不同规格的钢管进行大管棚前端的搭接，这样可错开钢管同断面的搭接，具体是单双号第一根钢管错开搭接，其长度分别为3 m和1.5 m，其余钢管规格均为3 m。采用跳搭的施工顺序进行搭设。

5)钢筋束加固管棚。

为增强钢管丝扣处的抗剪力，应在单根管棚完全送入后，再在管棚内插入3根直径为16的钢筋。

2.3 钢管衔接方法及止水问题

该工程桥梁总长87 m横延米，钢管间横向跨度达到了9.8 m，其单个钢管顶层也达到了78 m，为有效形成管棚和加强不同钢管间的衔接力，可在各钢管间选择公母接头方式稳固管棚(如图2所示)。采用交直流自动焊接方式焊接接头，焊剂则选用433型。各钢管间剪应力值可利用ANSYS软件开展空间模型进行计算，通过计算得出的剪应力值为19 MPa，比焊缝强度小。对于各钢管之间的止水问题，具体到本工程，影响不大，因为工程地处丘陵地带，受地下水影响较小，可以根据路面施工情况设计合理的排水坡，即可将地表水沿路基两旁排泄。加上钢管内部还做了注浆处理，也能起到很好的止水作用。

2.4 管棚支护作业空间及对高速公路的影响

采用现浇技术对管棚支护框架主体进行施工，是由于框架主体轴向距离比较大，这样也能保证高速公路正常运营，同时减少了框架的总分节数，让工程施工不至于出现衔接不上的问题，在这一过程中，也要把混凝土浇筑及施工机械作业空间计算进去。该项目管棚立面的土层按照1∶1的比例进行施工，边坡挖成台阶形，挖8 m长，按照4 m，5 m，6 m一节浇筑续框架混凝土，同时进行比较和分析。

根据工程需要，选择不同特性的材料，钢管选用低碳高强度钢管(外径分别为400 mm,500 mm和600 mm，相应壁厚分别为10 mm,10 mm和14 mm)。钢管中间部分采用M20的水泥砂浆进行填塞。另外，框架采用现浇施工，且管棚支护形式为门式布设。具体是取框架底以下12倍棚架宽度范围和管棚两侧4倍宽度范围内的土体，同钢管一起作为整体，同时按半无限体作为空间模型。超过此范围的土体，变形量接近于零，基本不参与作业。

2.5 框架主体结构形式及对应的内力分析

该工程的管棚支护框架主体在半径为350 m的圆上，桥和高速公路斜交成35°角，按相关规范要求，线路中心线位于DK33+162.20及DK34+253.30位置的右侧，合同支护架与墙内距离为3.34 m。选取1.8 m×7.5 m的框架即可满足支护要求。

在材料选择上，支护框架主体结构选用的是C35混凝土，具体方法是利用平面杆件结构原理进行计算，得出结果后再进行分析。其坐标原点在右边墙和底板两个轴线交点处，因此将支护框架主体结构划分为20个杆元和节点，框架底板荷载对应宽度为3 m，分别作用在8和9两个不同杆元上，对应强度为148 kN/m。

2.6 管棚支护下穿高速公路施工方法

1)管棚下穿高速公路施工方法。

根据施工现场实际情况，将管棚支护施工方案定为顶管法，具体步骤是，先对土体进行暗挖，同时浇筑下穿支护框架；然后待框架达到设计标准时即可进行顶管施工，需利用经纬仪做好顶进过程中的方向和轴线控制；最后形成管棚后，就可进行砂浆混凝土的浇筑，直至框构主体成形。

2)管棚支护下穿高速公路施工工序。

首先处理边坡，做好防护工作；然后在预制好后背墙后开始顶进，顶进结束即进行钢管注浆，完成管棚支护，须注意后背墙预制工作应在顶进之前进行；最后，开挖土体，应逐次开挖，同时进行混凝土框架主体施工。

3 结语

采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术时，须注意如下问题：采用接头自锁形式衔接所有钢管，使之形成支护所需要的管棚，重点要做好第一根钢管的精确定位，以便顺利进行后续顶进施工；比较分析文中提出的几种管径的管棚支护，得出具有参考价值的理论值，以确保高速公路施工中不受影响；可确定框架受力情况，文中采用的大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术可以满足工程施工需要。

[1] 陈思胜.解析采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术[J].中华民居,2013(9)：56-57.

[2] 徐建国.探讨采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术[J].江西建材,2014(3)：108.

Construction technology of applying large-aperture pipe-shed underpassing highway

Xun Hejian

(ShanxiHighwayBridge2ndEngineeringCo.,Ltd,Linfen041000,China)

Combining with engineering examples, the article introduces construction technology of underpassing highway, discusses large-aperture pipe-shed underpassing highway construction technology, pipe-shed support structure forms and pipe-aperture selection and specific pipe-shed construction schemes and so on, and finally points out that: applying large-aperture pipe-shed underpassing highway construction technology can not only meet engineering construction quality but also has great application prospect as well.

large-aperture pipe-shed support, underpass highway, construction technology

2015-04-05

荀贺健(1985- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)17-0144-02

U415

A