综合管廊顶进下穿高铁桥墩的施工技术要点分析

李勇、郑伟、陈峰、陈清涛、庞佳斯

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100071）

0 引言

随着综合管廊及道路建设里程不断增加，与既有铁路相交的情况越来越多。为在穿越既有铁路的施工过程中，确保既有铁路的安全运行，顶推箱涵施工技术被广泛应用。但在具体的施工建设中，还应加强下穿铁路顶推箱涵施工技术的研究，完善综合管廊顶进下穿高铁桥墩的施工设计，从而在不影响高铁交通运营的基础上，保证施工作业的方便、快捷和安全。

1 项目概述

雄安容东管廊四标项目中，地面道路总长约7.3km，综合管廊约2.49km，桥梁8 座。该综合管廊建于地下，集电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线于一体，内部设有电力舱、水信舱、能源舱、物流通道，是未来城市发展的重要基础设施。由于该综合管廊和该地区的既有高速铁路相交，顶进下穿时的路基、箱涵就位、桥墩施工难度较大，需结合综合管廊顶进下穿高铁桥墩的施工技术要点规范施工。

2 综合管廊顶进下穿高铁桥墩的施工思路

为通过开发综合管廊项目，充分利用地下空间，同时不影响高铁运营安全，需要采用顶进下穿技术，采用“暗挖”的手法，使综合管廊顺利和高铁桥墩相交。相关人员可基于《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182—2017）中的相关要求，控制具体施工活动中的各项参数。如综合管廊顶进下穿时，高铁桥墩墩台的水平、竖向位移应控制在2mm以内[1]。

雄安容东管廊四标项目实践中，相关人员会依据雄安容东管廊的整体设计、所处区域，和城市铁路相交的实际情况，制定顶进下穿施工方案。同时，由于该项目施工环境比较特殊，施工方要对整个顶进过程进行动态监测，包括高铁桥墩、地基结构变形和应力变化、顶进桥身的标高及方向偏差等数据，这些数据需要在顶进下穿过程中及时反馈，以此作为后期工作的参考依据。具体的顶进下穿施工流程如图1所示。

图1 综合管廊顶进下穿高铁桥墩施工思路示意图

3 综合管廊顶进下穿高铁桥墩的施工技术难点

第一，综合管廊属于地下空间项目，管廊施工对环境会产生较大影响，会出现地表变形的情况，所以在顶进下穿高铁桥墩施工时，地层变形风险较大。需要相关人员结合《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182—2017）和以往技术经验，提前建立BIM 模型，用3D 模型模拟管廊施工地层变形情况，提前优化综合管廊顶进下穿时的高铁桥墩施工方案，预防地层变形隐患。

第二，由于项目地层参数、施工参数存在极大的不确定性，所以顶进下穿时的地层变形控制难度大，数值模拟仅能从总体上模拟管廊施工活动，和实际施工存在差异，需要建设方持续的对比、分析数值模拟、实测数据之间，获取真实、完整的地层参数和施工数据，有效应用综合管廊顶进下穿高铁桥墩的施工技术方案[2]。

第三，管廊施工过程中地层移动、变形和施工时间息息相关，地层任一点地移动属于时间函数，时间增长时，地层沉降、移动问题较为突出。为此，项目方需考虑地层移动期间的时间过程，为综合管廊开挖下穿时的运营线路制定明确的控制标准，确保高铁桥墩施工参数、支护、地基加固措施的可靠性，有效控制地层变形风险，减小顶进下穿对既有高铁构筑物的影响。

第四，高铁桥墩墩台结构多为“群桩桩基础结构”，顶进下穿时管廊和桥墩承台的距离较近，对于大截面的综合管廊，管廊结构顶进会直接扰动桥墩桩基础周围的土层。因此，还应在预加固桥墩承台地基的基础上，控制好承台中心点的沉降问题，同时对综合管廊顶进施工后的土层扰动情况展开模拟分析。

4 综合管廊顶进下穿高铁桥墩的施工技术要点

4.1 顶进围护桩施工

在雄安容东管廊四标项目中，为避免综合管廊施工时的下穿顶推力、震动导致高铁桥墩、既有铁路路基出现形变问题，还应在顶进时，在综合管廊的顶推箱涵周围布设围护桩，具体施工技术要点如下。

第一，对高铁桥墩、顶推区域进行测量放线后，将钻机就位，并使用钻孔设备在既有铁路桥墩顶板结构上成孔。成孔后再次测量放线，确定围护桩的具体点位，将其引入既有铁路结构内部后，利用钻孔下放“钢护筒”，抵达桥墩结构底板下方100cm 后，焊接固定既有结构间隙和钢护筒[4]。

第二，制备封堵水泥浆液，在围护桩底标高处钻孔，并用配置好的泥浆封堵、密闭钢护筒。随后下放钢筋笼并用混凝土浆液灌注，形成“钻孔灌注桩”和基底旋喷支撑柱的工程支护体系。雄安容东管廊四标项目中，上层1m 范围内基坑采用放坡开挖；1m 以下基坑采用双排钻孔桩进行防护，两排桩间距3m，冠梁层设1m 宽连梁。前排φ1000mm@1300mm、桩长18m；后排φ1000mm@2600mm、桩长14m，兼做后背桩使用。另外，安全保护区范围外采用单排支护桩，φ1250mm@1600mm、桩长25m，顶部布设1.25m 宽、1m 厚冠梁。

第三，灌注桩施工现场，高铁桥墩下的支护桩、综合管廊顶进时的围护桩灌注结束后，还应加强高铁桥墩支撑、围护结构的保护力度，同时同步浇筑后背桩顶冠梁、连梁结构，确保支护桩、围护桩连接的整体性。

4.2 开挖支护

综合管廊顶进范围内灌注桩施工结束后，还应在综合管廊、高铁桥墩的顶进坑内进行开挖支护施工。顶进坑内的支撑方法是设置2 道φ508（t=16mm）钢管支撑，预加力400kN，钢筋混凝土支撑结构，坑壁支护采用挂网喷锚混凝土进行支护。由于综合管廊地下开挖深度较大，所以每开挖2m 需支护一次。

首先，首层顶进坑开挖时，可用挖掘机开挖为主，辅以人工修正，开挖深度超过2m 后，设置第一道内支撑。首层开挖支护结束后，开挖第二层顶进坑，开挖深度大于2m 后进行二次支护。

其次，顶进坑开挖支护时应遵循“先支护后开挖”“分层开挖”的原则。坑壁支护施工时，当顶进坑开挖深度超过4m 后，应采用人工开挖方法，避免开挖时扰动高铁桥墩处的土层。为避免顶进坑壁存在“塌孔”现象，必要时可应用“单侧开挖支护工艺”，先开挖一层的顶进坑，支护后，在混凝土强度为设计强度的80%后，开挖另一层顶进坑并支护[5]。

最后，综合管廊顶进坑四周还应提前留设三角土护坡，且坑内每层开挖厚度不得超过2m，开挖深度和设计坑底约3m 时人工开挖、找平，随后及时封闭坑底，避免出现超挖情况。

4.3 顶进施工

顶进施工是综合管廊顶进下穿高铁桥墩施工技术的核心内容，顶进工艺、土质条件、综合管廊覆土深度、高铁动荷载都可能引起桥墩土层沉降变形。因此，相关人员应全方位地完善顶进施工流程，合理应用顶进设备、辅助装置。

第一，设置顶进设备。根据项目实际情况，配置对应规格的顶铁、顶柱或顶管，顶进设备包括高压油泵、顶镐、挖掘机、自卸翻斗车。顶进施工过程中安放顶铁、顶柱时，还应使其轴线一致、长短、位置保持一致。顶铁长度一般为4m、2m、1.2m 等，拆装后可采用吊车配合安放。顶铁或顶柱需要和高铁立交桥轴线相互平行，桥梁横梁结构需要和顶柱、顶管垂直。顶进时，施工人员需时刻留意顶柱受力情况，填土碾压时，使填土厚度、底板相同。

第二，顶进前挖土。为控制顶进方向、综合管廊的顶进高程，预防顶进偏差，在应用顶管、顶柱前还需在顶进前挖土。需要注意的是，顶进施工作为综合管廊顶进下穿高铁桥墩的关键内容，正式顶进前还应进行试顶。试顶顶力为高铁桥墩自重的0.8～1.2 倍。试顶进期间，还应派专人检查顶进设备、后背、桥体结构，确定顶进施工时的顶进参数。随后进行顶进施工，顶进时应坚持“先顶后挖”原则。即检查万顶铁的平直度后，缓慢顶进，待顶管、顶桩和相关结构密切接触后适当增加顶进速度。

第三，顶进受阻时应用触变泥浆减阻。比如在顶管顶进施工作业中，管道顶进和管壁、土壁的摩擦力会导致顶进非常困难，所以可注入触变泥浆的方式，使管壁、土壁形成泥浆套，在保证泥浆不外流的前提下，封闭顶进坑壁，使顶管顺利顶进。施工人员配置好触变泥浆后，可随顶进作业注浆，土体和顶管之间会产生泥浆环，约20～30mm。触变泥浆的主要材料为膨润土，基本的配合比如表1所示。

表1 顶进施工时触变泥浆的常见配合比

第四，框架桥顶进。雄安容东管廊项目中，高铁框架桥顶程35m，顶进前端应根据按1∶1.3 进行放坡。顶进施工需要严格控制每次的土方开挖量，同时监测顶进施工现场的实际情况，灵活地调整顶推力、顶进方向。顶进过程中一般需要应用高压油泵，配合千斤顶形成顶推力，推动综合管廊下穿后的桥梁箱身前进。每顶进1m 左右，应用挖掘机、自卸翻斗车出土，顶进坑内出土清理完毕后，再次顶进并反复循环。

第五，为确保监测数据的完整性，还应使用高精度测量仪器，在顶进作业中进行施工测量。比如监测顶进方向、箱涵就位情况，同时用高精度全站仪控制顶进轴线而减少偏差，测量频率为每3m 测量1 次。综合管廊下穿区域顶进结束后，测量顶进区域顶管、顶柱的轴线位置和实际高程。然后结合实际情况进行纠偏。

由于该项目施工环境复杂，综合管廊穿越地层时，顶管受力、高铁桥墩受力会受多种因素的影响，所以还应在顶进期间应用纠偏技术，避免顶进轴线偏离所设计的基准线，争取做到顶进过程中纠偏、小角度逐步纠偏的方式。纠偏方法包括：超挖纠偏法、顶木纠偏法、千斤顶纠偏法等。顶进偏差较小时，可采用超挖纠偏法，即在顶管偏向的相反侧超挖，偏向侧不超挖，逐步地纠正顶管方向和位置。顶进偏差大于2cm 时，采用顶木纠偏法，用方木、圆木辅助纠偏。

第六，挖土及出土。顶进施工中，由于高铁桥墩施工无法进行常规开挖工艺，所以在综合管廊箱涵顶进过程中需应用地表、顶进坑内双出土模式。即纵向开挖、顶进后及时取土，由自卸翻斗车装车外运。顶进点同时配有装载机，外运剩余的土方。顶进出土时，施工人员应注意预留顶进坑内的刃角土，避免高铁桥墩两侧坍塌。两侧刃角墙体结构一般采用人工开挖，可避免桥墩施工中因桥体吃土过多而引起塌陷。

第七，顶进施工结束后，还应及时顶进箱涵的混凝土后背拆除，补齐两侧刃角。完成顶进作业后，将箱涵后背梁、混凝土桩体拆除，然后回填顶进坑。随后在顶进就位后，将刃角混凝土凿毛处理，同时设置补强钢筋和两侧刃角焊接。刃角底板下需要铺设C30混凝土垫层，垫层厚度30cm，底板、侧墙同时浇筑。浇筑完毕后，分层回填刃角背部土方，并检测回填密实度。为增加后靠背处的地面荷载，可在箱涵顶进区域压上钢锭，随后用工字钢作为箱涵后靠背的墙垫，封堵混凝土后背后端结构，并浇筑混凝土，使箱涵后座墙形成整体结构。

5 结语

综上所述，针对综合管廊和既有高铁相交的复杂环境，相关人员需要采用顶进下穿工艺，完成综合管廊和高铁桥墩相交区域的建设任务，将综合管廊顶进下穿高铁桥墩的质量指标控制在合理范围内。在此过程中，相关人员需要重点监测地层变形、地层移动风险，强化顶进下穿高铁桥墩时的开挖支护、基地加固力度，确保顶推施工的安全性，为综合管廊和既有铁路相交后的施工作业提供支持。