顶管施工在天然气管道穿越铁路中的应用

【摘 要】为解决天然气管道下穿越西延铁路问题，需采取的顶管法施工，文章重点介绍了人工顶管施工的方法、工序及注意事项等，为以后此类工程施工提供参考。

【关键词】顶管施工；管道；穿越；铁路

1 工程概况

靖边至西安天然气管道二线工程是陕西省天然气重点项目之一，全长467公里，也是陕西省天然气管道“四纵、二横、一枢纽”的重要组成部分。管道多次跨越陕西延河、洛河、泾河，多次穿越西延铁路及高速公路。根据设计要求，天然气管道穿越铁路时需先施工圆管涵套管再安装天然气管道，本标段工程即为预先施工的圆管涵套管工程，主要工程量为圆管涵套涵6处，长238m，采用钢筋混凝土圆管，内径1.2m，要求工期40天。

2 顶管施工方法

顶管法是隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。现代在城市地下管道施工时，普遍采用顶管法施工。

人工顶管施工方法。人工顶管施工布置及顶进操作示意图见下图1所示。首先在顶进管段建一个工作坑，在工作坑中安装有后背墙、千斤顶、导轨等设施。然后将带有工具管的首节管，从顶进坑中缓缓吊入工作坑底部的导轨上，当管道高程、中心位置调整准确后，开启千斤顶使工具管的刃角切入土层，此时，工人可进入工作面挖掘刃角切入土层的泥土，并随时将弃土通过运土设备从顶进坑吊运至地面。当完成这一开挖过程后，再次开启千斤顶，则被顶进管道即可缓缓前进。

3 人工顶管主要施工工序及注意事项

3.1 人工顶管施工工艺框图

人工顶管施工工艺框图见下图。

3.2 施工准备

图纸会审，进行施工测量和现场放线工作。根据现场实际地形修建临时设施，安装临时水、电线路，并试水、试电。根据顶进长度，准备好各类管线和所需的辅助物进行顶管所用设备的加工制作。

本项目线路左侧有铁路通讯电缆，施工前与铁路有关部门签订安全协议，施工时加强安全防护。而且由于西延铁路为正在运行的通向陕北的铁路枢纽，施工必须保证铁路的安全顺利通行。施工前先与铁路部门进行协调，将施工方案报铁路部门同意后方可施工。同时要随时和铁路部门联系，掌握过往列车的情况，线路上有列车通过时严禁挖土和顶进。

3.3 工作坑施工

3.3.1 工作坑布置

根据现场地形，采用单向顶进，利用原土做后背布置工作坑，并从管道下游端开始，以利排水。

3.3.2 工作坑尺寸

工作坑长度=工具管长度+管节长度+运土工作间长度+千斤顶长度+后背墙厚度。经计算取5m。

工作坑宽度=管节外径+稳管后管两侧工作空间+工作坑侧壁支撑材料厚度。经计算取6.5m。

工作坑深度根据设计管道底部标高确定。

3.3.3 工作坑施工

根据现场土质情况，工作坑采用人工开挖，C15钢筋混凝土护壁支护结构形式，护壁壁厚20cm。

工作坑底板浇注20cm 厚C15混凝土，同时预埋枕木。

3.3.4 导轨安装

由于底板浇注了砼时预埋了枕木，故将导轨直接固定在枕木上即可。导轨采用钢轨，导轨长度采用2～3m，间距设置为60cm。

按管道设计高程、方向及坡度铺设导轨。要求两轨道平行，各点的轨距相等。导轨装好后应按设计检查轨面高程、坡度及方向。

3.4 顶进设备安装调试

顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、下管及挖土、出土设备等。

照明设备：井内使用电压不大于12V 的低压照明。

3.4.1 预力计算及千斤顶选用

千斤顶是掘进顶管的主要设备，目前多采用液压千斤顶。千斤顶的选用根据需要顶力确定。顶力的计算可采用下列经验公式：P=2πD0Lf。式中：P—顶力（KN）；D0—管子外径（m）；L—管子顶进长度（m）；f—管道表面与土层的摩擦系数；本工程砂土取0.3～0.4。

经计算本工程采用200T千斤顶，工作压力40.7MPa，活塞面积491cm2。

3.4.2 高压油泵、顶铁

高压油泵由电动机带油泵工作，选用额定压力32Mpa的柱塞泵。

顶铁是传递顶力的设备，包括横顶铁、顺顶铁，要求能承受顶进压力面不变形，并且便于搬动。

3.4.3 下管、挖土、运土和出土设备

下管采用电动卷扬机；挖土采用人工用镐开挖，根据时间地质情况，部分地段为风化岩石，所以配备空压机带风镐；水平出土设备采用斗车、垂直出土采用电动卷扬机。

3.4.4 顶管的选用

根据设计要求，为加快工程进度，顶管选用陕西红旗水泥制品厂生产的钢筋混凝土III级预制管，管径1.2m，单根长度3m，管口为平口，经计算完全满足铁路重级荷载要求，且具有一定的安全储备。

3.5 顶进施工

3.5.1 前挖土和运土

管前挖土是保证顶进质量及地上构筑物安全的关键，管前挖土的方向和开挖形状，直接影响顶进管位的准确性，因为管子在顶进中是循已挖好的土壁前进的。由于本工程为铁路穿越，因此管周围一律不得超挖。

从工作面挖下来的土，通过管内斗车水平运输和工作坑的卷扬机垂直提升运至地面。

3.5.2 顶进

顶进时利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下：

（1）安装好顶铁挤牢，管前端已挖一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

（3）添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

（4）卸下顶铁，下管，在混凝土管接口处放一圈麻绳，以保证接口缝隙和受力均匀。

（5）在管内口处安装一个内涨圈，作为临时性加固措施，防止顶进纠偏时错口。涨圈直径小于管内径5～8cm，空隙用木楔背紧，涨圈用7～8mm厚钢板焊制，宽200～300mm。

（6）重新装好顶铁，重复上述操作。

3.5.3 顶进时应注意事项：

（1）顶进时应遵照“先挖后顶，随挖随顶”的原则。但是应加强和铁路部门的联系，掌握过往列车的情况，线路上有列车通过时严禁挖土和顶进

（2）首节管子顶进的方向和高程，关系到整段顶进质量，应勤测量，勤检查及时校正偏差。

（3）顶时过程中，发现管前土方坍塌、后背倾斜，偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况，应停止顶进，查明原因，排除故障后，再继续顶进。

3.6 测量及纠偏

3.6.1 测量

（1）测量次数：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm 时，测量一次。

（2）中心测量：根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。

（3）高程测量：使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。

3.6.2 纠偏

当测量发现偏差在10～20mm 时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。当偏差大于20mm 时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。

4 结束语

顶管施工方法较好的解决了在不影响铁路既有线通车运行的条件下天然气管道穿越铁路施工问题；而人工顶管以其操作简单、灵活、方便的特点可以多处顶管施工同时进行作业，满足了工期要求；本项目人工顶管施工在天然气管道穿越铁路施工中的成功应用为以后此类工程施工提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]铁路路基施工规范TB10202-2002.中国铁道出版社.

[2]给水排水工程顶进技术规程CECS 246：2008.中国计划出版社.

[3]给水排水管道工程施工及验收规范GB 50268-2008.中华人民共和国建设部.

[4]顶进施工用钢筋混凝土排水管JC/T640-1996.中国计划出版社.

[5]石油天然气管道穿越工程施工及验收规范.SY/T4079-95.石油工业出版社.

[6]原油、天然气长输管道与铁路相互关系若干规定.中国铁道出版社.