4.5.1 泥石流出口(管道)穿越铁路施工
管道穿越铁路施工除满足管道安装质量要求外,还须保证铁路的正常运行。通常采用套管顶管方法施工,即采用顶管法先将套管顶过铁路,穿越管则铺筑于套管内。套管直径视穿越管管径大小,在1 000~1 500 mm范围选用。当管道穿越车辆通过量小的厂矿专用铁路线时,征得铁道部门同意,也可不设套管,但要求给水管道采用经防腐处理的钢管,排水管道采用铸铁管;或采用架轨开槽法施工。穿越铁路的给水管道于铁路两侧应设置闸门井;排水管道于两侧应修建检查井。
1.架轨开槽施工
开挖沟槽时,为了确保铁路的正常安全运行,对开挖段必须架轨加固。在沿钢轨纵向枕木上设置三组由三根钢轨组成的组合钢轨,枕木下用80 mm×80 mm×10 mm角钢做兜铁,用直径为22 mm螺栓将钢轨组与枕木固定,使枕木吊置于组合钢轨上。再沿沟槽中心部位设置一根钢轨和组合钢轨固定,起加强枕木的作用。
考虑火车通过,为防止发生沟槽塌方,挖沟时应随着挖深的增加逐段架设支撑。管道铺筑完毕,应严格按回填土要求进行填夯,填好之后,暂不拆除加固设施,待路基修复且不再下沉时方可拆除。
2.直接顶进法
地处黏土及含水性黏土地区,DN=25~200 mm,在穿越Ⅲ级铁路时,宜采用直接顶进法。
采用直接顶进法可以不必开槽,不加套管;可省去挖土与运土工序;不影响铁路正常交通。但顶管阻力大;顶管平面与高程位置不易控制,易出现较大误差。
该法操作程序如下:
(1)开挖工作坑,处理基础,支设后背、导轨与顶进设备。为了减小前进阻力,在管端可以安装锥形管尖(管尖的长细比一般为1∶0.3);为了增加管端接触土的面积,使顶进中不易偏斜,也可在管端装置管帽。管尖固定在千斤顶的活塞上。夹持器由瓦楞筒与三瓣瓦楞铁组成,管子夹在瓦楞铁中间。其特点是,千斤顶顶进时,瓦楞铁也向前并挤紧管壁,声住管道顶进土层中;回程时,瓦楞铁的螺栓沿着滑槽向后滑,瓦楞铁与管壁即松脱,不致将已顶进管子运回。瓦楞筒与瓦楞铁的锥度通常采用7°~10°。
(2)启动千斤顶,将管子徐徐顶进。
(3)千斤顶行程终了,将千斤顶复位,在垫块空余部分再加塞垫块。
(4)再次启动千斤顶,继续将管子顶进,如此往复启动千斤顶,复位千斤顶,加塞垫块……即将管子顶过铁路,进入对面工作坑中。
3.套管人工顶进法
此法适宜穿越I、Ⅱ级铁路,其套管管径应较穿越管径大600 mm,且不小于1 000 mm;若穿越流沙地段,须采用带基础套管整体施工。
采用套管人工顶进法不影响铁路的正常交通;穿越管道发生故障时可进行检修,一般事故不致造成路基下沉;设置套管,穿越管道安全可靠;顶进平面与高程位置较易控制。但劳动强度较大,运土与挖土较困难;采用带基础套管整体顶入,增加费用。此法操作程序如下:
(1)开挖工作坑,处理基础,支设后背、导轨与顶进设备。
(2)将一节套管置于导轨上,用经纬仪、水准仪校正其平面与高程位置,使其满足设计要求。
(3)派两人至管内,一人在工作面挖土,一人用小车将松土运出管外至工作坑,再用电葫芦将土运至地面上。
(4)启动千斤顶,将套管顶进,千斤顶行程终了,复位千斤顶,加塞垫块后复顶。第一节套管顶入工作面后,使其预留0.3 m左右的管子在导轨上,供作第二节套管顶进前稳管用,第二节套管在导轨上就位后,即可续顶。
(5)顶进中应用水准仪监测管道是否偏离中心位置,否则,应进行纠偏后再行顶进。为防止顶进管管节错位,需在两管节之间的接口处加设内撑环,待管子全部顶进土中后拆除内撑环,换上内套管,并打塞填料予以接口。
4.水平钻孔机械顶进法
此法适用条件与套管人工顶进法相同。对黏性土与淤泥土,在不降低地下水条件下均可采用此法。水平钻孔机械顶进法具有套管人工顶进法所有的上述优点,还减去了挖运土的操作,劳动强度低。但此法遇到地下障碍物无法排除;耗费专用机械,增加了一定的动力费用。水平钻孔机械顶进法是利用在被顶进管道前端安装上机械钻进的挖土设备,配上皮带等运土机械,以取代人工挖土与运土。当管前土方被切削成土洞孔隙时,利用顶力设备,将连接在钻机后部的管子徐徐顶入土中。管道顶进作业之前,亦应于工作坑内按设计的中线位置及标高安置导轨,支设后背,处理基础。
5.水冲顶管法
水冲顶管主要设施由工作头部,髙压水泵,高压进水管,排泥管,泥浆沉淀池等组成。其工作头部包括工具管,封板,中间喷射管,环向管,真空室,测杆及管路与闸门附件等。
此法的工作原理是以环向管喷出的高压水流,将顶入管内土壤冲散,并由中间喷射管将工具管前下方的粉碎土冲成泥浆。流至真空室回水管中的高速水流,使真空室产生负压,使泥浆自管内吸出,与高压水一并从排泥管泄出地面。启动顶进设备之后,即可将管子徐徐顶入土中。由于采用边顶进,边水冲,边排泥的操作过程,加快了顶进作业的进程。为了防止高压水流冲出管外,造成管外土层塌方,土壤冲散与粉碎作业宜在管内进行。顶入管内土壤应保持一定长度形成“土塞”,为掌握顶进情况,应随时采用测杆测量。
水冲顶管时射水水枪口距管子前端距离一般采用1~2 m;在工作坑内应设集水井,以便采用泥浆栗将汇入井内的泥水混合物抽走。此法的优点是冲土、排泥连续作业,速度高,减轻劳动强度;设备制作简单,成本较低。其缺点是顶进中不易观测,方向较难控制;泥浆处理占地面积较大。此法适用于顶管工程任务较紧,顶进质量要求不甚高,且具有泥浆处理地方的工程。