1、1长大管棚在隧道洞口软弱围岩段的施工摘 要：管棚因采用钢管作纵向预支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整体刚度加大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。因此管棚主要适用于围岩压力来得快来得大，用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中。如用于土砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋有显著偏压等围岩的隧道。本文通过对岩内隧道洞口软弱围地段的管棚施工论述了长大管棚在隧道浅埋段的施工技术，对今后的类似施工有一定指导意义。关键词： 长大管棚 软弱围岩 注浆1 工 程 概 况#隧道是难度较大工程，隧道为双向分离式隧道，左隧道长为 1028
2、m，右隧道长为1018m。隧道左右线均按双车道设计，车行道宽度 23.75=7.5 m，建筑限界总宽10.75m（每座隧道） 。隧道进口围岩上覆素填土、中液限粘质土，洞身岩土层主要为中液限粘质土、残积低液限粘质土，全风化花岗岩、砂砾状强风化岩、碎块状强风化岩构成，覆盖层厚 36m，围岩级别为 级，按新奥法设计和施工，为了确保施工安全，采用 40m 长大管棚对洞口段施工进行超前支护。施工时沿隧道衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管，并且在插入钢管后，再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙，使管棚与围岩固结紧密，以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构。2 管 棚
3、 设 计钢管布设在起拱线以上范围内；钢管环向间距为 40cm；管心与衬砌设计外廓线间距为 35cm；外插角：12；钢管施工误差：径向不大于 20cm；管棚长度为 40m，热轧无缝钢管 108 mm，壁厚 6mm，节长 3m、6m；管棚接长采用管箍丝口连接。钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻 15 出浆孔(外端 3m 的棚管不钻孔)；管头焊成圆锥形，便于入孔。3 管 棚 施 工采用偏心钻具扩孔同步带进钢套管的跟管钻进技术，提高管棚的顺直度，防止锚孔坍孔，加快管棚的钻进速度。3.1 管棚工作室的修建施工洞口仰坡防护,然后拉槽开挖管棚工作平台。施作钢架混凝土套拱导向墙：2套拱在明洞外轮廓线以
4、外施作，在套拱内埋设三榀 18 工字钢钢拱架，浇灌混凝土前预埋1335mm 孔口管。3.2 钻孔施工步序及说明 2施工步序见下图：把组装好的偏心钻具联结在钻杆上，将第一节带有套管靴的钢套管套入钻具，使偏心钻头露出到套管外，将偏心钻具的钻杆联接在动力头上。钻机正转偏心扩孔带管钻进，自动力头行至最大行程为止。钻机反转收偏退钻，卸杆，动力头退至尾端。联接第二节钢套管和钻杆。再次跟管钻进，推送第二节钢套管入孔。重复第三步。重复第四步。重复第五步至设计的管棚深度为止，然后反转偏心钻具，退杆卸出所有钻杆后，取 第 一 步 ： 组 装 偏 心 钻 具 ， 将 外 层 钢 套 管 和 钻 杆 联 接 在 动
5、力 头 上 。第 二 步 ： 开 动 钻 机 （ 正 转 ） 钻 孔 ， 偏 心 钻 扩 孔 ， 带 管 进 孔 ， 动 力 头 至 最 大 行 程 为 止 。第 三 步 ： 钻 机 反 转 ， 收 偏 退 钻 、 卸 杆 ， 动 力 头 退 至 尾 端 。第 四 步 ： 联 结 第 一 、 二 节 套 管 、 钻 杆 。 第 五 步 ： 继 续 跟 管 钻 进 ， 推 送 第 二 节 套 管 入 孔 。第 六 步 ： 重 复 第 三 步 。第 七 步 ： 重 复 第 四 步第 八 步 ： 重 复 第 五 步 至 设 计 深 度 ， 然 后 反 转 钻 具 卸 出 所 有 钻 杆 和 钻 具
6、。第 九 步 ： 插 入 带 孔 的 管 棚 钢 套 管 退 出 带 合 金 钻 头 的 外 层 钢 套 管 ；第 十 步 ： 封 闭 管 口 注 浆 。代 号 名 称 导 向 墙 偏 心 钻 具 管 鞋 或 外 层 钢 套 管 合 金 钻 头 冲 击 器 钻 杆 外 层 钢 套 管 动 力 头 钻 机 架 钢 套 管 接 头 钻 杆 接 头长 管 棚 跟 管 钻 进 施 工 步 序 图3出偏心钻具。插入钢筋笼，封闭管口注浆。3.3 钻进方法及注意事项安设钻机：采用 MGJ50 型锚杆工程钻机，无伸缩臂功能，钻机升降采用在底架上用千斤顶升降，加设枕木垛调节所需高度。开孔：开孔前必须检查设备，保
7、证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联结是否紧密，偏心扩孔器转动是否灵活。在架设好钻机、调整好孔位的水平位置及仰角后，采用大于钢套管直径 12 级的潜孔锤，钻凿 23m 深的孔口，然后退出潜孔锤。钻进：将第一节带有套管靴的钢套管套入钻具，使偏心钻头露出到套管外，检查扶正器、导正器、钻杆三者是否同轴，以避免在钻进中钢套管歪斜，导致发生孔斜和加不进钻杆和钢套管的困难。钻机加压进入正常钻进作业后，要注意排屑是否正常，要经常调整钻压，力求保持一个恒定的排屑速度。加接钻杆和钢套管：当跟管钻进至钢套管尾端距导向墙墙面约 30cm 时停钻，然后反转收偏退钻、卸杆，动力头后退至尾端加接钻杆或钢套管，此时应
8、先拧紧钻杆，然后再拧紧联接套管。为提高加接套管的效率，可制作专用工具。退钻：在退钻倒换钻具或退出孔口之前，冲击器应后退进行吹孔或注水清洗，把环状空间的岩屑清除干净后，再把钻杆及钻具退出。反转钻具时不要太猛，防止钻杆或冲击器脱扣。安放钢筋笼灌注水泥砂浆：待整个拱部管棚支护施工完成后，从两侧拱脚起，向拱顶方向，向管棚钢管内安放钢筋笼，钢筋笼分节电焊安装，安装的同时，将塑料排气管附在钢筋笼上一起塞入孔底附近，然后封闭孔口灌浆，当排气管出浆时，即可停止灌浆。2.4 管棚注浆 1按固结管棚周围内有限围岩设计。注浆采用孔口封闭一次性注浆，先对有孔钢花管注浆，在钻进无孔钢花管时对注浆效果进行检查。注浆机械采
9、用 SN 系列注浆机（能注水泥浆和砂浆） ，浆液材料采用水泥掺 3%水玻璃的水泥单液浆，水玻璃浓度 35 玻美度、模数2.4。注浆初始压力为 0.50.6Mpa，终止压力为 0.71.0Mpa；持压 15min 后停止注浆。2.5 施工工艺框图施工工艺框图见下图：44 机具选择设备名称 单位 数量 型号及规格用途钻机 台 1 MGJ-50 型锚杆工程钻机空压机 台 1 VHP400 11.5m3 1.2Mpa管棚施工机具 潜孔锤 D165 个 2 开孔用，其中备用 1 个注浆管棚施工工艺流程图施 工 准 备测量放样定位安装钻机就位钻 眼钢管安装注 浆安装钢架喷射砼进入下一工序钢 管 加 工钢
10、管 切 割安装注浆泵管制 浆钢架制作钢管跟进5D115 个 3 其中备用 1 个CER110 个 2冲击器CIR170 个 1 开孔用偏心钻具 个 4 DP102 单偏心、高风压型拨管机 台 1 BGJ-80 型注浆机 台 1 2SNS 型5 质量控制钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。钢架安装垂直度允许偏差为2，中线及高程允许偏差为50mm。钢管采用逐节接长，一般按孔位编号偶数第一节用 3m，奇数第一节用 6m，以后各节均采用 6m，以确保在每一个截面钢管接头数不大于 50%。在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。管棚外插角以不侵入
11、隧道开挖轮廓线越小越好，相邻的钢管不得相撞和立交。经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。在遇到松散的堆积层和破碎地质时，在钻进中可以考虑增加套管护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。6 结 束 语对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工工艺，提前发挥超前支护作用，增加了施工安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。管棚钻孔可作为地质预探预报，地质资料可指导洞身开挖提供依据。参考文献：1 张朝强.大山隧道岩溶治理浅谈J.四川建筑，2008（3）： 16-20.2 铁路工程施工技术手册 隧道. 北京：中国铁道出版社，2004： 320-325.
