浅析浅埋暗挖隧道大管棚施工技术应用

浅析浅埋暗挖隧道大管棚施工技术应用

张巨峰

张巨峰（中铁十九局第七工程有限公司广东珠海519000）

摘要：本文结合吉图珲三道岭隧道实际工程经验，对铁路浅埋隧道大管棚施工技术进行分析与阐述，以提高施工效率与施工质量，确保行车安全对在施工过程中采用“管棚精确控制技术”进行超长大管棚施工，把该技术作为险情段软弱围岩超前支护的主要辅助措施单向一次性打设管棚长度40m，在施工中取到了明显的成效。

关键词：浅埋隧道管棚精确控制

1、工程概况隧道全长2165m，双线、设计行车速度250km/h，正线线间距4.6m隧道洞身穿越丘陵地貌单元，地势平缓。最大覆土厚度50m，全隧围岩级别v级，粉质粘土与花岗岩，工法为三台阶临时仰拱法结合CRD法，隧道洞顶新建乡村水泥路宽度3m，横穿隧道。

2、大管棚施工技术应用管棚的性能特点及适用条件，管棚是利用钢管作为纵向支撑、钢拱架作为横向环形支撑构成纵、横向整体刚度较大，能阻止和限制围岩变形，并能提前承受早期围岩压力的一种超前支护形式。管棚适用于特殊困难地段，如极破碎岩体、塌方体、岩堆地段、岩土地质层、强膨胀性地层、断层破碎带浅埋、偏压等围岩的隧道施工中采用。

长管棚与短管棚相比，其一次超前量较大，可减少安装钢管次数，并减少与开挖作业之间的干扰适用于大中型机械进行大断面开挖。

3、管棚精确控制技术水平导向跟管钻进法施工时以管棚钢管作为钻杆，使用水平定向钻机将钢管打入土层中，并在钻进过程中通过管棚专用导向仪器随时控制钻进角度，发现角度偏差及时进行纠偏，直至监测钻进到设计长度，然后进行封孔注浆，最终在隧道拱部形成一个土层、水泥与钢管共同组成的环状拱架，进而起到超前预支护的作用。

钻头内装有特制的传感器，传感器由信号线连接显示屏。显示屏显示钻头的倾角和面向角。打设角度如偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大，受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹是平直的，所以导向钻头是上下纠偏的关键。

4、大管棚施工根据本工程的工程地质、水文地质条件、施工场区环境等具体情况，为防止钻进中地下水及泥沙涌出，确保管棚打设的工程质量，选用孔口设密封装置，“精确定位一次性导向跟管钻进法”，即成孔和打设支护管一次完成。

精确定位一次性导向跟管钻进法主要程序如下：(1)安装密封装置。

(2)钻头前端装有导向探头（含回取装置）、固定单向阀的导向专用钻头（φ89mm），采用泥浆护壁，利用有线导向仪监控（方位、角度发生变化时，随时进行修正），随钻进，随调整，将支护管依次打入，同时将支护管接口焊接严密，直至达到设计长度。

(3)管棚施工参数管棚材料：φ89mm，厚度δ＝6mm热轧无缝钢管；环向间距：0.33m；管棚长度：40.697m；管棚数量：45根/断面（正线）；施工方法：导向跟管钻进法,一次打设；施工精度：方向角1%。，孔口距±30mm，孔深±50mm人员设备进场→测量放线→铺设“H”钢轨道→设备组装调试→埋设孔口管→调试钻机（方位、倾角）→钻具组装进孔→冲洗液循环→导向钻进→回次加尺（接线、接口补焊）→孔斜测量→导向钻进→直至设计深度终孔→回取探头盒→管内及环状间隙注浆→移至下一孔位。

4.1管棚加工管棚采用φ89mm，厚度δ＝6mm热轧无缝钢管，管棚打设时相邻钢管接头采用不同管节组合方式错开，错开长度不小于1m。钢管接头采用丝扣及焊接连接，丝扣螺纹段长大于15cm。

4.2施工方法(1)施工管棚工作室，施工现场必须保证水通、电通、路通，水电距施工现场不超过30m。施工工作面必须要平，误差不超过±200mm。考虑到钻机长度及工作空间，工作室设计为长8m，拱顶位置挑高，导向管采用φ108mm钢管。

(2)设备检查。检查是否有缺件及好坏程度；电机、钻机、泵等测试，运转是否正常，所有部件是否完好；液压系统是否通畅，密封完好度，液压油泄漏状况；(3)检查所有焊接部位是否有开焊、虚焊，有则补焊；(4)各种部件是否有变形，有则进行校正。

4.3测量放线包括：方位线、水平点、孔位点4.4钻机设备安装(1)钢垫板规格：长×宽=250mm×250mm；胀管螺栓直径：Φ16mm；钢垫板与基础固定要牢，强度要高；(2)H型钢轨找平误差<3mm；(3)底盘对角线找方误差±3mm；(4)斜拉筋需绷紧，交叉拉力基本相等；(5)四柱对角误差±5mm；(6)升降系统：卡瓦等上紧，加强整体性；(7)所有螺母必须拧紧，发现溢扣者必须换掉；(8)丝杠、顶杠要顶紧、有效，安装要牢固，确保不因震动而松动或脱落。

4.5调试钻机（方位、倾角）(1)钻机入孔的方位角及倾角，必须在测量队提供的可靠的测量数据上进行；(2)孔位确需移动时，须设计与监理同意，并且计算回归角度；(3)根据试验检验导向钻头的纠偏能力，在施工经验积累的基础上，确定开孔方位和倾角是否增加纠偏角，并以书面形式通知机台；(4)计算倾角时应将隧道坡度考虑在内，钢管打设时原则上不允许向内偏斜。

4.6钻具组装(1)钻头楔掌板旋转直径Φ≤95mm，楔型面与钻具（钻杆）交角≤20°；(2)水眼直径为Φ8-12mm；(3)钻具前部的导向钻头，探棒必须经检验，保证质量合格，性能可靠，安装齐全；(4)探头盒后部加装灯光以备随时测斜之用。

4.7冲洗液流通系统(1)冲洗液具体配比由专业泥浆工程师根据具体地层情况确定。

泥浆需经充分搅拌，均匀配制而成。配制时，必须严格执行配比；(2)冲冼液必须先配制好后使用，严禁使用中同时加清水、加料；(3)冲洗液流通系统：冲洗液制备→储浆池→泥浆泵→送水器→钻具→管外环状间隙→孔口回水阀门→高吊管→回浆管（沟）。钻进过程中必须保持上述各流通环节的畅通；(4)在施工过程中，应根据不同地层，合理调节泵压、泵量，以免因冲洗液不足引起通道堵塞或因过大导致过量泥沙外排。此工程中，一般宜取中低压、中小水量。

4.8导向钻进(1)导向钻进前应对钻机定位情况、方位、倾角情况，孔口管对中情况，冲洗液流通以及导向仪显示情况进行全面复检，确认正常后进行试钻；(2)钻进前须先开泵，待冲洗液流通正常后，方可钻进；(3)钻进时，泵压应控制在0.4-0.8MPa，泵量为20-50L/min为宜。

保持中低压力，匀速中速钻进；(4)为防止水土流失，控制沉降，必要时需采用孔内保压措施。

要始终保持回水量小于或等于进水量；(5)导向技术人员随着不断钻进，必须时刻观察探头角度变化情况，角度偏差大于0.3°时，应及时纠偏。当纠偏无效、偏差大于0.6°时，应停止钻进，及时报告项目技术负责人，研究对策后再施工。

现场须及时进行导向数据记录和钻具前端长度及每次加管长度详细记录；(6)钻孔出现涌水时，应尽量保持泵压，泵量不能变小，以平衡孔内压力；(7)冲洗液不正常时，严禁继续钻进。泵工应注意观察冲洗液变化情况，及时上报有关负责人。

4.9检验、接线、探头盒回取(1)每根管在下坑前必须进行质量检查。管材不得有弯曲，丝扣四周壁厚均匀，丝扣完好合格。管材内的铁屑、赃物及锈皮等必须清除干净。下坑时避免与硬物相碰，以免损伤管扣；(2)连接的电线应选用导电性能好，外壳绝缘性能好且耐磨的电线。接头处要用两层热缩套管套好，用热吹风机吹烤贴牢；(3)用Φ8mm的钢丝绳将探头盒取出，取出时应每5米测量一次孔斜情况；4.10导向孔精度控制与纠偏(1)安装钻机要求孔位对正、基础牢固。依照设计钻孔轴线对正钻机动力轴中心，采用测量仪器测量其轴线及中心高程，确保准确无误后固定钻机。

(2)在施工过程中，随施工、随跟踪量测校核。假设刚钻进时，实际钻孔距地表探测接收仪距离为Ａ，而仪器实际测量值为Ａ＋Ｔ，则Ｔ为该工区深度探测标定值。依此标定值为依据对每点探测值进行校订。

(3)深度纠正：如果探测校订值大于设计深度值，则通知司钻调整方位角为12点进行顶进；如果探测值小于设计深度值，则通知司钻调整方位角为6点进行顶进。每次顶进长度不超过0.5ｍ，直到深度值符合设计值再进行正常钻进。

(4)采用倾角控制深度：对于每个探测点必须测量其倾角，如果其倾角均保持0°，则钻孔保持水平，满足设计要求；如果不为0°，则以此值进行计算深度偏差值进行纠正。

(5)方向纠正：如果探测点位于地表投影线的右侧，则通知司钻调整方位角为9点进行顶进；如果探测点位于地表投影线的左侧，则通知司钻调整方位角为3点进行顶进。每次顶进长度不超过为0.5ｍ，直到测量点方向符合设计值再进行正常钻进。

4.11终孔注浆(1)注浆材料：注浆材料根据设计要求采用0.8：1～1：1水泥砂浆，水泥采用R42.5级普通硅酸盐水泥。

(2)注浆采用后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备有出气管与进浆管，由阀门来控制开关。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。

(3)关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。

(4)注浆时，采取低压力、中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10min，才结束注浆。

(5)注浆结束标准及效果检查：第一，单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80％；或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。第二，全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象。第三，达不到结束标准，应补充或重新注浆直到满足要求为止。

5.管棚精确控制技术的优点通过上述施工过程控制我们再同传统大管棚施工方法相比管棚精确控制技术的优点总结如下5.1在隧道内打设管棚能按特殊要求的轨迹钻进5.2能有效控制棚管打设方向，精度高，外插角可预设5.3将管棚作钻杆直接打入，不扩大孔位，工效高5.4管棚施作距离长，一次性施作可超过50m5.5孔底注浆，孔口返浆，必要时封口注浆，可扩大管外土体注浆面积5.6在工作空间过小情况下可以施工不需要使用大型机械配合顶管作业。

6.结束语三道岭隧道施工过程中通过应用“管棚精确控制技术”进行长管棚的施工，最大程度的满足了现场的施工需要，减少了工序，节约了工期，取得了的成功。通过实践证明在特殊施工条件下使用“管棚精确控制技术”进行长管棚施工实现对管棚钻进方向的可控性施工精度较高减少了隐患的发生其工程造价明显低于传统管棚施工造价满足预期设计要求，施工后地表沉降较小，拱顶沉降较小。管棚排列整齐,可以更好的满足土体受力能够更好的满足工程需要。参考文献[1]中华人民共和国铁道部tb10204-2002铁路隧道施工规范中国铁道出版社2002.[2]史越倩;张成喜;姜楠楠;水平定向钻穿越工程技术探讨[a];中国土木工程学会城市燃气分会输配专业委员会2007年会论文集[c];2007年.