隧道内一环80米超长大管棚穿越负浅埋冲沟段施工技术

隧道内一环80米超长大管棚穿越负浅埋冲沟段施工技术

汪斌

汪斌

中铁一局集团第五工程有限五公司陕西宝鸡721006

摘要：通过宝鸡至兰州铁路客运专线某隧道穿越负浅埋冲沟段施工案例，简要阐述了隧道洞身采用一环80m超长大管棚穿越负浅埋段湿陷性黄土的施工方法，并对施工注意事项作了简要说明。

关键词：超长大管棚穿越负浅埋冲沟段施工技术

1工程概况

1.1原设计及现场情况

隧道地处黄土高原沟壑、梁峁区,位于牛谷河左岸，区内黄土梁峁起伏、沟堑纵横，植被覆盖较差。DK898+020处洞身上部冲沟为V形沟，埋深约7m。现场实地查看发现，隧道受沟谷内地表汇水特别是近两年定西地区丰富降雨的影响，沟谷内冲刷、掏蚀严重，沟心下切加剧，两侧坡面溜坍、塌岸现象众多。线路附近沟心位置已变化至DK898+010处，该处沟心与拱顶基本齐平。施工至DK898+065里程时，掌子面处埋深约34m，采用三台阶临时横撑法组织施工。洞内开挖揭示岩性为第三系强风化泥岩，褐黄色，成分以黏土矿物为主，泥质结构，层状构造，岩质较软弱，完整性差，敲击能碎，且上导开挖面岩体正面及拱部掉块较严重，围岩级别判定为Ⅴ级。

1.2工程变更方案的确定

该工程地处黄土高原区，区内梁峁起伏、沟堑纵横。黄土的显著特征是具有压缩性高、强度低、遇水极具湿陷性、稳定性差等特点，因此防坍塌是黄土隧道施工安全控制的要点。黄土隧道施工应把握“一短、两快、三严、四及时”几个施工要点，即短进尺，快封闭、快成环，严格工艺、严格标准、严格管理，及时支护、及时观测、及时反馈、及时衬砌，用步距和时间控制的双控法保证黄土隧道施工的安全和质量。同时严格控制施工用水，洞内渗水采取必要措施及时排出，防止浸泡拱脚引起坍塌。在湿陷黄土段进行双线大跨度隧道开挖时由于隧道本身自稳性差、收敛沉降大导致隧道侵限和塌方的事故较多。

经建设、设计、监理、施工单位进行现场勘察，对变更设计原因、处理方案进行了研究，为确保隧道负浅埋下穿冲沟段施工及运营安全，首先对地表冲沟及陷穴进行回填处理，冲沟回填厚度至拱顶以上5m。然后自隧道出口向小里程方向施作一环80m长φ108×6mm超前大管棚穿越冲沟，洞内加强衬砌支护暗挖（采用三台阶临时仰拱法施工）通过后地表施做永久排水系统。

1.3管棚设计参数及管棚施工方法

1.3.1管鹏设计参数

隧道拱部144°范围设一环80m长超前大管棚一次性贯通浅埋下穿冲沟地段，大管棚环向间距0.4m，外插角0～1°，钢管内设钢筋笼，并压浆充填密实。管棚设计呈扇形分布，管棚数量为50根，长度为80m，棚管采用φ108×6mm无缝钢管。管棚内压注水泥浆，固结管棚间空隙，并对透水层起封堵作用，同时填充大管棚，增加其强度。大管棚施工完成后再进行隧道洞身开挖。

1.3.2管棚施工方法：由于洞内80m超长大管棚钻进深度大，需要为钻机提供管棚工作室。为防止钻进过程坍孔造成穿管困难，大管棚采用跟管钻进法进行施工。

2.总体施工方案及施工工艺流程

首先进行洞内管棚作室施工，封闭掌子面，施做临时仰拱进行场地平整，然后进行大管棚施工。

2.1大管棚施工工艺流程

工艺流程为：三通一平→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。

3现场施工过程主要施工工序及控制措施

3.1管棚工作室的施工：

由于管棚施作采用大型钻机，故管棚工作室在扩挖时，中上台阶径向需加大扩挖1.3米，形成管棚钻机工作室，工作室施作长度8m，采用三台阶临时仰拱开挖，在中部完成后施作临时仰拱，临时仰拱采用I18的工字钢与边墙拱架连接。初支采用湿喷工艺喷射砼支护，出碴采用挖掘机辅助装载机挖、装，自卸汽车运输自指定弃碴场。

3.1.1首先进行扩挖过渡段施工，断面由Vb过渡到拱墙加大1.3m的Ve断面，过渡段长度3m。上台阶开挖支护至管棚工作室长度8m，再开挖中台阶，架设I25a型钢钢架，并设锁脚锚管，安设临时仰拱，设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。上台阶施工时必须预留核心土，一是保证掌子面的稳定，二是为施工提供作业平台。

3.1.2管棚工作室完成后掌子面必须打设φ22砂浆锚杆，间距1.5m*1.5m，长度3.0m/根，挂设φ8mm@25×25cm钢筋网，25cm厚C25喷砼封闭。

3.2管棚施工：

3.2.1为了选定工程技术参数，探索钻进偏斜规律，在正式施工前，须进行工艺试验。即先打2-3个试孔，搜集获取地层对钻进质量、进度的影响规律，孔内涌水、涌砂规律等，为了选定技术参数提供依据。试验孔孔位应选择隧道中部为宜。根据实际情况，遵循以尽量减少地层扰动，便于施工、互不干扰等原则，施工顺序为：先上后下，先易后难。

3.2.2根据地貌情况，棚管直接用Φ108×6mm棚管做钻杆，形成满眼钻进，有效的约束钻头，减小或防止钻具偏斜。随钻进加尺将棚管一次打入，成孔与棚管埋设一次完成。

3.2.3大管棚主要施工方法如下：

①采用FDP-158型水平定向钻机、GP-180型水平定向钻机各1台。开孔钻头选用金刚石开孔钻头，破凿25cm厚C25网喷砼，深度直至原状土。

②钻杆前端安装导向专用钻头（内装有导向探头）。采用美国月食导向仪，随导向钻进加尺（当方位角、倾角、深度偏离设计导向轨迹时，随时纠偏）将钻杆依次打入，直至达到预定位置。棚管直接用Φ108×6mm棚管做钻杆，钻杆长度每4.1m跟进一根，每根之间采用内外丝连接，管口壁之间采用三道加强筋板焊接。

③因管棚间距较小，为了避免后钻进的管棚中的压力水造成串孔，影响钻孔精度，施工时可隔孔进行，每完成一根管棚后随即进行注浆工作。

3.2.4“有线仪器导向、一次性跟管钻进”施工管棚工法实施要点

①用水平导向仪及钻具前端的探头可以监控钻头位置的水平角度，如有偏差采用不旋转顶进方式纠正钻头角度，从而达到调整钻进轨迹（垂向），保证棚管打设满足设计要求。

②导向仪的选择：导向的精度直接影响管棚打设精度，导向仪精度高打设精度就高。超出70米打设长度一般采用进口导向仪才能保证打设精度，通过多年施工验证，美国生产的月蚀导向仪更适合长大管棚的打设。

③直接用φ108×6mm棚管做钻杆，形成满眼钻进，有效地约束钻头，减小或防止钻具偏斜。随钻进加尺将棚管依次打入，成孔与棚管埋设一次完成。

3.2.5大管棚“环状及管内注浆”操作要点

①彻底冲洗钻孔，保持孔内均匀充满泥浆液；尽量减少孔内残余钻渣。

②注浆要求：稳定、流畅、不得中断、连续注浆，孔口出水泥浆后，封住孔口，然后再加压注浆1－3次；（加压不得超过0.6Mpa）。

③注浆时，可根据孔内情况来回旋转或拉动钻具，一边注浆一边放气，以保证管外“环状间隙”注浆饱满。

④预先计算出注浆量，注浆时不得小于计算的注浆量的1.2倍。

⑤注浆浆液采用水泥浆，其具有可灌性好、沉淀析水缓慢、渗透性好的特点，与一般土层有较好的亲合力。易与周围土层、棚管形成整体结构性能。

4结束语

通过洞内80m超长大管棚的施做，从设备选型、工艺控制和后期开挖效果来看，本次施工过程是受控的，达到了预期的效果，积累了较为实用的施工经验，为同类工程施工具有很好的借鉴意义。