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摘要：近年来，随着我国经济的不断发展和城市建设的逐步加强，对交通建设提出了更高的要求。高速公路作为我国交通基础设施，其建设也得到了突飞猛进的发展。而高速公路建设中的大孔径管棚支护作为重要的施工技术，也在高速公路得到了广泛的应用。本文主要讨论采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术，期待可以提升大口径管棚护下穿高速公路施工质量。
关键词：大孔径管棚支护；下穿；高速公路；施工技术
文章编号：1674-3954（2013）09-0298-02
我國城市及道路交通建设正在迅猛发展，高速公路主体完工后就涉及到很多后续工程。这时既要对以形成路基进行下穿工序。所以防护工作至关重要。防护工作能有效保证高速公路的整体质量不受破坏。所以做好施工前的防护工作显得尤为重要。
1 下穿高速公路施工技术概述
前文已经分析到，高速公路后续工程必须开展下穿建筑物以减少破坏，原因在于，高速公路直接开挖的建设施工方法本身存在着局限性，且破坏环境，干扰周围居民生活。所以代替明挖施工方法的盾构法及顶管法开展暗挖施工，这两种施工方法对周围环境产生的影响较小。
如今，盾构法多是在地铁或是隧道建设施工得到普遍应用，但可以用于管棚支护施工的顶管法的应用相当对较少。制约顶管法发展的主要原因有：①高速公路管棚施工必须重视不同管间可以充分连接性并止水；②管棚施工结束以后，工程内部进行开挖及浇筑等相关作业的空间可能发生地表沉降，使得高速公路工程施工较复杂。
目前，我国部分高速公路工程使用顶管法多用于工程的覆土层厚、孔径不大的隧道及小型管线等施工中。而对于开展下穿高速公路施工技术的应用，要求一定要确保高速公路可以顺利运营，并且管顶上面的覆土层厚度约为1.5～2m的情况。这样的条件适合选取顶管法管棚支护非明挖施工。本文以南方某市郊线工程下穿两个城市间的高速公路工程为例进行阐述。
2 某市郊线工程下穿高速公路工程概述
2.1市郊线工程下穿高速公路工程的桥址
本文的市郊线工程下穿高速公路工程位于南方某市增建市郊的客运线工程在DK34+192.20处下穿高速公路，这个桥和高速公路形成37度的斜交角；高速公路在该工程施工处中双向六车道外即加左幅和右幅的匝道，共有10个车道，桥梁总长度为78横延米；此处高速公路日车流量大，运输繁忙且交通拥护，无法选取明挖法进行下穿高速公路施工。
2.2市郊线工程下穿高速公路工程的地质情况
本工程施工的地质情况如下，工程位于丘陵地带，土层表层发生了很严重的风化，土层上面覆盖碰上砂粘土，砂粘土的基本承载力是σ0=200kPa，土层下伏有风化严重的花岗岩，它的基本承载力为σ0=250kPa。
3 工程采用大孔径管棚支护下穿高速公路技术
3.1工程采用大孔径管棚支护下穿高速公路的支护结构形式
这个市郊线工程下穿高速公路工程因为受到线路条件的束缚。在铁路下穿高速公路选取采用1～7×8.5m的框架形式，如图1示意图。
管棚施工方案：
（1）成孔方法：为防止填土层产生塌孔，管棚的成孔施工采用潜孔垂并跟管钻孔。采用潜孔锤钻进法施工，使用内外锤头拖管跟管钻进。
（2）钻进顺序：钻进施工从两侧起拱线由下向上钻进，由两边向中间钻进，采用跳开布点钻进。
（3）方向控制：钻机位置、方向、角度定位采用经纬仪灯光测斜控制，钻进过程中的方向定位采用TH-1型有线水平导向仪，通过导向仪控制钻杆（管棚）的水平精度。
（4）跟管作业：管棚随钻进深度而跟进，管棚按3m一节设置，φ108钢管采用丝扣连接，扣长60mm，为了错开钢管同断面搭接，大管棚前端第一个根采用两种规格，单号第一根打设3m钢管，双号第一根打设1.5m钢管，其它钢管都是3m的一个规格。打设时采用跳打的施工顺序。
（5）钢筋束加固管棚：单根管棚全部送入后，管棚内插入3根φ16的钢筋，提高钢管丝扣处的抗剪力。
3.2解决大孔径钢管的有效衔接及止水问题
本工程的桥梁总长度为78横延米，所以单个钢管的顶程也达到了79m，钢管的横向跨度则达到了10.8m，为使得不同钢管间的衔接可以牢固可靠，各个钢管之间选取公母接头方法彼此自锁，从而形成管棚。钢管间的接头如图2所示。
安装接头选取433型焊剂后，开展交流和直流自动焊接。借助于ANSYS软件开展空间模拟以便计算相应的结果。最终得出，各钢管间剪应力的最大值是19MPa，这一数值和焊缝强度相比较小。而针对各个钢管间的止水问题，因为该工程现场是丘陵地带，没有地下水，所以地表水公路路基的横向排水坡的影响下直接朝路基两边排泄，往土壤中渗透的水分甚至不影响施工。加之钢管内部选取m20的泥浆注浆进行填平阻塞，也能够有效止水。
3.3大孔径管棚支护的作业
本工程的大孔径管棚支护框架选取现浇施工，因为工程的桥梁总长度为78横延米，所以必须确保原来的高速公路正常运行，要相应降低框架对应的分节总数，这样有利于连续施工；同时，因为工程施工设备和及浇筑混凝土的土体开挖长为16m，即由框架主体浇筑4m，作业空间同样是4m，管棚内部的土层边坡开挖是8m；后续框架依次根据4m、5m、6m等不同节浇筑，如图3。
3.4不同管径对应的管棚支护下的作业和高速公路的关系
①各项材料特性，如表1所示；②设计荷载则是汽超20并挂120；③计算相应的结构，管棚支护为，式结构，框架选用现场浇筑。取管棚两边比倍棚架宽四倍和比框架底宽12倍的区间里的土体，棚顶覆土层为2m。
运用ANSYS软件计算空间，其计算结果如表2。
3.5支护框架主体结构和框架桥对应的内力 3.5.1支护框架主体结构
此工程的管棚支付框架主体在以400m为半径的圆上，这个桥和高速公路形成37度的斜交角，按照我国《铁路桥涵设计基本规范》的要求，线路中心线必须在位于DK34+154.20及DK34+230.20的位置左側，和支护框架的左墙内的距离为2.44m。在框架的DK34+192.20位置，和框架右墙内的距离也要保持2.44m。选取1～7×8.5m的框架完全可以满足支护要求。
3.5.2框架桥对应的内力
支护框架主体材料选取C35混凝土，根据平面杆件结构原理开展计算并针对计算结果进行分析。坐标原点位于框架结构的左下边，换句话说就是底板和左边墙对应的两个轴线形成的相交点，所以支护框架主体结构被划分成了二十个节点及二十个杆元，支护框架的顶部板设计荷载则是汽超20并挂12，框架底板上的铁路列车根据中——活载原理将其换算成均匀分布的荷载后开展加载，它对应的横向宽度是3m，分别作用在9和10两个不同的杆元上，其强度为147kN/m。按照以上换算得出的计算结果可以得出，混凝土应力的最大值是Sw=8.26kN<[σw]=11.2kN，钢筋应力的最大值则是S1=224.82kN<[fs]=335kN，剪应力的最大值是q=0.798kN<[q]=0.82kN，支架框架构件裂缝宽度的最大值则是ωmax=0.184mm<[ωf]=0.20mm，充分显示出本工程的大孔径管棚支护下穿高速公路的框架结构合理、尺寸准确。最后根据这一结果配筋。
3.6管棚支护下穿高速公路的施工方法
（1）管棚支护下穿高速公路的施工方法
首先在方案选择上暂定以顶管法对管棚实施支护，首先对土体进行暗挖，同时用混凝土浇筑下穿支护框架，当框构强度达到设计标准时可进行顶管工序，在顶进过程中利用经纬仪进行方向和轴线的控制，当管棚形成后就可以进行砂浆混凝土浇筑，并形成框构主体。
（2）管棚支护下穿高速公路的施工工序
首先对既有高速公路边坡进行防护处理，减少对既有路基的影响，通常采用挖孔桩进行防护，在顶进前要做好后背墙的预制工作，当顶进完成后可以进行钢管注浆，以完成管棚支护；最后进行土体开挖工序，逐次对土层进行开挖，并进行混凝土框架主体施工。
4 结语
采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术时，要注意如下问题：①全部钢管的衔接必须借助于接头自锁使之形成支护所用的管棚。并且必须精确定位第一根钢管，确保其顶进准确，完成顶进的钢管一定要以第一根钢管为参照；②针对文中的三种管径形成的管棚支护及作业进行对比分析，得出理论上的理想值，而这些正是其确保下穿高速公路时，高速公路可以不受施工影响的条件；③研究框架受力能够确定，本文的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需要。
关键词：大孔径管棚支护；下穿；高速公路；施工技术
文章编号：1674-3954（2013）09-0298-02
我國城市及道路交通建设正在迅猛发展，高速公路主体完工后就涉及到很多后续工程。这时既要对以形成路基进行下穿工序。所以防护工作至关重要。防护工作能有效保证高速公路的整体质量不受破坏。所以做好施工前的防护工作显得尤为重要。
1 下穿高速公路施工技术概述
前文已经分析到，高速公路后续工程必须开展下穿建筑物以减少破坏，原因在于，高速公路直接开挖的建设施工方法本身存在着局限性，且破坏环境，干扰周围居民生活。所以代替明挖施工方法的盾构法及顶管法开展暗挖施工，这两种施工方法对周围环境产生的影响较小。
如今，盾构法多是在地铁或是隧道建设施工得到普遍应用，但可以用于管棚支护施工的顶管法的应用相当对较少。制约顶管法发展的主要原因有：①高速公路管棚施工必须重视不同管间可以充分连接性并止水；②管棚施工结束以后，工程内部进行开挖及浇筑等相关作业的空间可能发生地表沉降，使得高速公路工程施工较复杂。
目前，我国部分高速公路工程使用顶管法多用于工程的覆土层厚、孔径不大的隧道及小型管线等施工中。而对于开展下穿高速公路施工技术的应用，要求一定要确保高速公路可以顺利运营，并且管顶上面的覆土层厚度约为1.5～2m的情况。这样的条件适合选取顶管法管棚支护非明挖施工。本文以南方某市郊线工程下穿两个城市间的高速公路工程为例进行阐述。
2 某市郊线工程下穿高速公路工程概述
2.1市郊线工程下穿高速公路工程的桥址
本文的市郊线工程下穿高速公路工程位于南方某市增建市郊的客运线工程在DK34+192.20处下穿高速公路，这个桥和高速公路形成37度的斜交角；高速公路在该工程施工处中双向六车道外即加左幅和右幅的匝道，共有10个车道，桥梁总长度为78横延米；此处高速公路日车流量大，运输繁忙且交通拥护，无法选取明挖法进行下穿高速公路施工。
2.2市郊线工程下穿高速公路工程的地质情况
本工程施工的地质情况如下，工程位于丘陵地带，土层表层发生了很严重的风化，土层上面覆盖碰上砂粘土，砂粘土的基本承载力是σ0=200kPa，土层下伏有风化严重的花岗岩，它的基本承载力为σ0=250kPa。
3 工程采用大孔径管棚支护下穿高速公路技术
3.1工程采用大孔径管棚支护下穿高速公路的支护结构形式
这个市郊线工程下穿高速公路工程因为受到线路条件的束缚。在铁路下穿高速公路选取采用1～7×8.5m的框架形式，如图1示意图。
管棚施工方案：
（1）成孔方法：为防止填土层产生塌孔，管棚的成孔施工采用潜孔垂并跟管钻孔。采用潜孔锤钻进法施工，使用内外锤头拖管跟管钻进。
（2）钻进顺序：钻进施工从两侧起拱线由下向上钻进，由两边向中间钻进，采用跳开布点钻进。
（3）方向控制：钻机位置、方向、角度定位采用经纬仪灯光测斜控制，钻进过程中的方向定位采用TH-1型有线水平导向仪，通过导向仪控制钻杆（管棚）的水平精度。
（4）跟管作业：管棚随钻进深度而跟进，管棚按3m一节设置，φ108钢管采用丝扣连接，扣长60mm，为了错开钢管同断面搭接，大管棚前端第一个根采用两种规格，单号第一根打设3m钢管，双号第一根打设1.5m钢管，其它钢管都是3m的一个规格。打设时采用跳打的施工顺序。
（5）钢筋束加固管棚：单根管棚全部送入后，管棚内插入3根φ16的钢筋，提高钢管丝扣处的抗剪力。
3.2解决大孔径钢管的有效衔接及止水问题
本工程的桥梁总长度为78横延米，所以单个钢管的顶程也达到了79m，钢管的横向跨度则达到了10.8m，为使得不同钢管间的衔接可以牢固可靠，各个钢管之间选取公母接头方法彼此自锁，从而形成管棚。钢管间的接头如图2所示。
安装接头选取433型焊剂后，开展交流和直流自动焊接。借助于ANSYS软件开展空间模拟以便计算相应的结果。最终得出，各钢管间剪应力的最大值是19MPa，这一数值和焊缝强度相比较小。而针对各个钢管间的止水问题，因为该工程现场是丘陵地带，没有地下水，所以地表水公路路基的横向排水坡的影响下直接朝路基两边排泄，往土壤中渗透的水分甚至不影响施工。加之钢管内部选取m20的泥浆注浆进行填平阻塞，也能够有效止水。
3.3大孔径管棚支护的作业
本工程的大孔径管棚支护框架选取现浇施工，因为工程的桥梁总长度为78横延米，所以必须确保原来的高速公路正常运行，要相应降低框架对应的分节总数，这样有利于连续施工；同时，因为工程施工设备和及浇筑混凝土的土体开挖长为16m，即由框架主体浇筑4m，作业空间同样是4m，管棚内部的土层边坡开挖是8m；后续框架依次根据4m、5m、6m等不同节浇筑，如图3。
3.4不同管径对应的管棚支护下的作业和高速公路的关系
①各项材料特性，如表1所示；②设计荷载则是汽超20并挂120；③计算相应的结构，管棚支护为，式结构，框架选用现场浇筑。取管棚两边比倍棚架宽四倍和比框架底宽12倍的区间里的土体，棚顶覆土层为2m。
运用ANSYS软件计算空间，其计算结果如表2。
3.5支护框架主体结构和框架桥对应的内力 3.5.1支护框架主体结构
此工程的管棚支付框架主体在以400m为半径的圆上，这个桥和高速公路形成37度的斜交角，按照我国《铁路桥涵设计基本规范》的要求，线路中心线必须在位于DK34+154.20及DK34+230.20的位置左側，和支护框架的左墙内的距离为2.44m。在框架的DK34+192.20位置，和框架右墙内的距离也要保持2.44m。选取1～7×8.5m的框架完全可以满足支护要求。
3.5.2框架桥对应的内力
支护框架主体材料选取C35混凝土，根据平面杆件结构原理开展计算并针对计算结果进行分析。坐标原点位于框架结构的左下边，换句话说就是底板和左边墙对应的两个轴线形成的相交点，所以支护框架主体结构被划分成了二十个节点及二十个杆元，支护框架的顶部板设计荷载则是汽超20并挂12，框架底板上的铁路列车根据中——活载原理将其换算成均匀分布的荷载后开展加载，它对应的横向宽度是3m，分别作用在9和10两个不同的杆元上，其强度为147kN/m。按照以上换算得出的计算结果可以得出，混凝土应力的最大值是Sw=8.26kN<[σw]=11.2kN，钢筋应力的最大值则是S1=224.82kN<[fs]=335kN，剪应力的最大值是q=0.798kN<[q]=0.82kN，支架框架构件裂缝宽度的最大值则是ωmax=0.184mm<[ωf]=0.20mm，充分显示出本工程的大孔径管棚支护下穿高速公路的框架结构合理、尺寸准确。最后根据这一结果配筋。
3.6管棚支护下穿高速公路的施工方法
（1）管棚支护下穿高速公路的施工方法
首先在方案选择上暂定以顶管法对管棚实施支护，首先对土体进行暗挖，同时用混凝土浇筑下穿支护框架，当框构强度达到设计标准时可进行顶管工序，在顶进过程中利用经纬仪进行方向和轴线的控制，当管棚形成后就可以进行砂浆混凝土浇筑，并形成框构主体。
（2）管棚支护下穿高速公路的施工工序
首先对既有高速公路边坡进行防护处理，减少对既有路基的影响，通常采用挖孔桩进行防护，在顶进前要做好后背墙的预制工作，当顶进完成后可以进行钢管注浆，以完成管棚支护；最后进行土体开挖工序，逐次对土层进行开挖，并进行混凝土框架主体施工。
4 结语
采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术时，要注意如下问题：①全部钢管的衔接必须借助于接头自锁使之形成支护所用的管棚。并且必须精确定位第一根钢管，确保其顶进准确，完成顶进的钢管一定要以第一根钢管为参照；②针对文中的三种管径形成的管棚支护及作业进行对比分析，得出理论上的理想值，而这些正是其确保下穿高速公路时，高速公路可以不受施工影响的条件；③研究框架受力能够确定，本文的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需要。