公路隧道工程套管跟进长管棚法施工技术

公路隧道工程套管跟进长管棚法施工技术

崔焕越

崔焕越

浙江公路水运工程监理有限公司浙江杭州311200

摘要：在公路山岭隧道的修建过程中，隧道进出洞口浅埋偏压的情况非常普遍，而且洞口段地质情况差，围岩多为V级以上软弱围岩，地下水丰富，力学性质复杂，而且受偏压影响，地应力分布不均，洞口管棚施工成孔困难，直接影响隧道进洞质量及安全管理。

关键词：公路隧道；套管；管棚

引言：目前此类浅埋偏压隧道处理的主要方法为配载+地表加固+暗挖，但并非最佳的处理方案。原因是对周边生态环境破坏，增加施工成本，工期长等影响。经过大梁山隧道工程实践，我认为，对于浅埋偏压隧道长管棚无法成孔的隧道，采用套管跟进长管棚施工技术是一种既经济，又实用，又环保，且能缩短施工工期的办法。该办法有施工方便，适用性强，安全环保等特点。

一、技术特点

（1）施工中所用机械设备相对较小，移动灵活，工艺简单，操作方便；

（2）施工速度快，对工期影响小；

（3）超前支护效果明显，安全可靠，且经济和社会效益明显；

（4）施工过程中废水、废液产生较少，产生污染小，施工环保。

二、适用范围

套管钻进长管棚法对浅埋偏压、软弱破碎、富水地层等成孔难的隧道进洞具有很好的适用性。

三、工艺原理

同心跟管钻具主要由中心钻头、稳杆器及同心套组成，如下图1所示：

其工作原理是：金科JCM358履带式液压潜孔钻机，由液压马达实现钻杆回转、推进、提升、行走，角度定位；通过中心钻头及套在中心钻头外的同心环冲击破碎岩石造孔，利用高压空气为动力做功，通过潜孔锤锤击连接在套管上的管靴，套管与钻杆同步跟进和高压气流将杂物吹出孔外。

同心钻头解决了在孤石中跟管钻进困难的问题；套管的主要作用是护壁，防止在成孔过程中对岩体扰动掉块提高成孔质量。

四、工艺流程

跟管钻进管棚施工工艺流程图如下图2所示：

图2跟管钻进管棚施工工艺流程图

五、操作要点

1.钻进就位

JCM358履带式液压潜孔钻机作业平台采用PC200挖掘机挖、填、平整成型；人工作业临时平台采用钢管脚手架搭设。钻机就位后，根据钻孔要求进行定向，钻杆穿过导向管，把钻杆的平行线延伸固定下来使钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合，以达到钻机钻进的导向作用。钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20cm～30cm。

2.钻进顺序

钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。钻进顺序按先单后双，由低向高，左、右侧跳越施工。

3.钻进

钻机开孔时钻速不易过高，钻进岩体20㎝后转入正常钻速，每钻进一定距离高压风吹孔排粉一次，以保持孔内清洁。R780Φ140套管随钻头跟进，套管每段长度为1.5m，套管连接采用螺旋套丝连接管钳人工卡紧，套管连接与钻杆连接同步进行；第一节钻杆钻入岩层尾部剩余20～30㎝时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻秆,钻机低速反转，托开钻杆,钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆,并在钻杆前端安装好联结套,方向对准后联结成一体。反复偱环，钻孔达到深度要求后，按同样方法拆卸钻杆，钻机移位。

4.装Φ108管

Φ108管按设计要求在加工厂施作完毕运至现场，送管采用人工配合PC-200挖掘机推送，Φ108管之间联接采用40cmΦ94～95内套管加焊接。

5.拔管

拔管采用成都产拓力牌拔管机实施，该系列拔管机主要由液压泵站、拔管油缸、底座、卡瓦座、上下卡瓦等零部件组成。以护拱为低座力支撑体，套管前端与卡瓦夹紧，通过液压泵使油缸的往复运动起拔套管。

六、跟管钻进注意事项

1.钻进过程中，由于钻具受重力作用不断下偏，致使钻机上翘，钻孔越长，此种现象越明显，因此，钻机就位的倾角应比设计倾角小。

2.同心跟管钻具在施工前应逐一检查冲击器、同心钻头、套管靴等，使之工作正常。同心钻头应能灵活转动，连接销及锁紧机构应牢固，钻杆与冲击器和冲击器与同心钻具的连接应可靠，套管和套管靴无裂纹。

3.掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。

4.每钻进一定距离应强风吹孔排粉一次，以保持孔内清洁。

5.当同心钻头被岩渣卡住而不能正常钻进时，应开动空压机重新对钻孔进行吹、洗，并使潜孔锤作短时间工作，然后再进行试提，如此反复，直至提出同心钻具。

七、质量控制

（一）质量控制

（1）钢管的型号、质量和规格等符合设计和规范要求。

（2）超前管棚与钢架支撑配合使用时，与钢架焊接牢固。

（3）钢管插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。

（4）钢管内注浆强度不小于设计和规范要求，管内灌浆密实饱满。

（二）质量检验

严格按《公路工程质量检验评定标准》（JTGF60-2009）进行质量检验。

八、资源节约

通过同心钻进套管跟进长管棚法，不仅顺利的解决了浅埋偏压地层条件差隧道进洞问题，且与常规的地表注浆法或大开挖方法，更有效的节约了施工成本，缩短了施工工期，达到了资源节约的目的。

九、效益分析

效益分析以大梁山隧道为例，通过社会、技术、质量、经济效果四方面分析。

（一）社会效果

通过套管跟进长管棚法的实施与应用顺利的解决了大梁山隧道浅埋偏压的不良地质情况问题，避免了大开挖或地表注浆等施工工艺对周边环境的破坏，并且有效的节约了施工成本，得到了监理、业主等单位的一致认可。在顺利解决大梁山隧道进洞问题的基础上，也为施工企业提供了宝贵的施工经验，树立了良好的企业形象。

（二）技术效果

(1)从本次施工中总结宝贵的经验，形成了浅埋偏压隧道施工作业指导书，为日后的浅埋及偏压隧道施工打下坚实的基础；

（2）通过对套管跟进长管棚法的研究及成功的实践应用，为施工单位培养了一批专业的隧道施工技术人员，为在隧道施工方面做好了人才储备。

（三）质量效果

（1）严格按照质量保证措施及套管跟进长管棚法的方案进行施工，确保了施工安全、工程顺利的推进，实现了“主体工程零缺陷”的承诺。

（2）大梁山隧道进口段砂卵石层的不良地质及洞口浅埋，稳定性较差，通过套管跟进长管棚法解决了进洞难题，并确保了进洞的安全。

（四）经济效果

大梁山隧道进洞施工前制定了几套套施工方案及其不同的施工工艺，既“地表注浆”及“明挖法施工”等方案，通过套管跟进长管棚法的成功应用有效的缩短了施工工期，明显的节约了施工成本，取得了良好的经济效果。

十、应用实例

项目名称：丽水市生态产业集聚区水阁至腊口公路工程

地点：大梁山隧道左右洞进口段（S5JQ段）ZK6+960～990、YK6+905～935。

实物工程量：

①跟管数量：左侧隧道42根，长度42m；右侧隧道26根，长度32m。

②护拱：基础C15片石混凝土，长度2m，厚度1m,内设3榀16#工字钢。

③导向管：长度2m，Φ159×4.5mm，环向间距40cm热扎无鏠钢管。

④管棚：Φ108×6，L=32m，热扎无缝钢管，根数37根，节长3.0、6.0m；

应用效果及存在问题：

(1)该隧道进洞段围岩为S5JQ段，地质条件差，且存在浅埋偏压情况，采用同心钻进套管跟进长管棚法施工工法，技术可靠，施工安全，特别是处理此类不良地质条件、成孔难的隧道施工，可以很好的解决成孔难的难题。该隧道洞口段含水量大，采用预注水泥水玻璃双液浆（比例1：1）与长大管棚相结合的方法，能够保证施工安全和工程质量。整体效果更好。

(2)施工速度快。利用长大管棚与预注浆相结合的方法，一次性进洞成功，掘进过程中无塌方掉快的现象，支护效果非常好。

(3)施工工艺简单，只需要一个临时平台即可，并且设备简单，移动方便。

(4)施工过程中废水、废液产生较少，产生污染小，符合环保、水保要求。

(5)超前支护效果明显，安全可靠，且经济和社会效益显著。

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