1、新大成隧道长大管棚施工技术罗岳楠中铁十一局集团第三工程有限公司 湖北十堰 442012【摘 要】介绍襄渝二线新大成隧道采用 20m 长大管棚超前支护的施工技术，并在施工工艺、管棚参数、质量控制、安全环保等几个方面作了具体介绍。【关键词】长大管棚 施工技术 管棚参数 质量控制 安全环保1 工程概况新大成隧道起讫里程为 ZDK552+277.85ZDK555+892，总长 3614.15m，位于既有大成隧道左侧。全隧道按新奥法设计和施工，ZDK555+500ZDK555+700 段为长 200m 的级浅埋段,最薄覆盖层分为 34m，地层岩性为泥岩夹砂岩，以泥岩为主，紫红色，泥质块状结构，质软，抗风
2、化能力弱，节理裂隙发育，岩体较破碎；砂岩为浅灰色，细粒结构，钙质胶结。围岩不稳定，易塌。在 ZDK555+530ZDK555+550、ZDK555+630ZDK555+650 采用 20m 长大管棚对洞口段进行超前支护。沿隧道衬砌外缘按一定间距打入一排纵向钢管，再插入钢管后，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 施工工艺2.1 施工工艺流程施工工艺流程如图 1 所示。施工工艺流程图 图 12.2 管棚参数架设工作平台施作导向墙安装钢管退钻、卸杆、卸钻具钻具组合清孔钻孔安放钻机孔口测量定位
3、选择钻机验孔结束或移孔开挖边仰坡(1)钢管布设在隧道拱部；(2)钢管环向间距为 40cm；(3)管心与衬砌设计外廓线间距为 45cm；(4)倾角：仰角 1(不包括路线纵坡)；(5)钢管施工误差：径向不大于 20cm；(6)管棚长度为 20m，热轧无缝钢管 89mm，壁厚 5mm；2.3 工艺说明管棚施工主要工序有开挖支护明洞边坡、仰坡；施作导向墙；搭钻孔平台、安装钻机；钻孔；清孔、验孔；安装管棚钢管；注浆。工序技术要求高，工艺复杂，现分别叙述如下。2.3.1 明洞边坡仰坡开挖支护(1)明挖段两侧施工支挡围堰起挡水和支挡淤泥流向隧道的作用，支挡围堰至少高出原地面高程 1m 以上，施作围堰时必须将
4、上覆泥土层清除清到泥岩。(2)在支挡围堰外按设计施作截水沟将水流引开。(3)明挖段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行，应尽量避开雨季施工。(4)边坡防护应与明洞开挖同步进行：及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。(5)对边坡渗水要及时排、引到坡面外，加强对坡面的防护。2.3.2 施作导向墙(1)在明挖和暗挖交界处施作导向墙，导向墙径向厚度 1m，纵向长度 1m，导向墙内预埋直径 110mm，厚 5mm，长 150cm 的钢管作导向管，埋入仰坡内 50cm、导向墙内 100cm。钢管轴线与隧道轴线夹角为 1，钢管中心线距开挖轮廓线 25cm。(2)导向管固定在三榀工字钢架上，
5、钢架与管棚孔口管焊成整体，其方向用测量严格控制，固定好后再灌筑混凝土。(3)管棚导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。2.3.3 搭钻孔平台安装钻机(1)钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位。(2)平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。(3)钻机定
6、位：钻机要求与已设定好的导向管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。2.3.4 钻孔(1)套拱中预埋的 110mm 孔口管作为导向管进行钻孔。坡面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，以确保坡面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌，保障坡面围岩稳定。钻孔角度按照 1角钻进。(2)钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进，当钻至砂层易塌孔时，应加泥浆护壁方可继续钻进；如不能成孔时，可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻。(3)钻机就位后，根据事先测量放样好的点位钻孔位置；施钻时，顶紧掌子面，
7、提高施钻精度；钻机开孔时钻速宜低，钻深至 20cm 以后转入正常钻速；钻进过程中不断调整钻机钻进方向。(4)第一节钻杆钻入岩层尾部剩 2030cm 时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻杆，钻机低速反转，脱开钻杆。钻机沿导轨退回原位，人工装入第二节钻杆，并在钻杆前端安装好联接套，钻机低速送至第一根钻孔尾部，方向对准后联接成一体。每次接长，按上述方法进行。(5)换钻杆时，要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通等，不符合要求的应更换，以确保正常作业。(6)为防止钻杆在推力和振动力双重作用下钻杆上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时应把扶直器套在钻杆上，随钻杆钻进向前平移,确保动力器，扶正器、合金钻头
8、按同心圆钻进。(7)钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。(8)认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。2.3.5 清孔验孔(1)用地质岩芯钻杆配合钻头进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。(2)用高压气从孔底向孔口清理钻渣。 (3)用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。2.3.6 安装管棚钢管(1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻 8 出浆孔，间距 50cm 交错钻眼成梅花形布置，管头焊成圆锥形，便于入孔。(2)棚
9、管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力，将安有工作管头的管棚沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底。(3)接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻管棚接头必须错开。(4)施工中的钢管在安装前必须逐孔逐根进行编号，按编号顺序接管推进、不得混接。管棚钢管由机械顶进，钢管节段间用 15cm 丝扣连接，顶进时，节长采用 3m、6m 两种管节。编号为奇数的第一节管采用 3m 钢管，偶数的第一节钢管采用 6m 钢管，管棚顶到位后，钢管与导向管间隙用速凝水泥或其它材料堵塞严密，以防浆液冒出。堵塞时设置进浆孔和
10、排气孔。 。(5)顶管时，当第一节钢管推进孔外剩余 3040cm 时，人工装上第二节钢管，钻机低速前进对准第一节钢管端部，严格控制角度，人工持钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。钻机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。(6)顶管施工完毕后对每根管进行清孔处理，防止杂物堵塞在管内造成后续管棚注浆工作无法开展。2.3.7 注浆(1)注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，方可以施工。(2)注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时
11、再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。(3)注浆材料：注浆材料根据设计要求采用 1:1 水泥砂浆，注浆压力不少于 1.2MPa，水泥采用 32.5 级普通硅酸盐水泥。(4)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。(5)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。(6)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
12、压注 10min，才结束注浆。(7)注浆结束后及时清除管内浆液，并用 30 号水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。(8)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。3 质量控制(1)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。(2)钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在 11.5，钻机最大下沉量及左右偏
13、移量为钢管长度的 1%左右，并控制在 20cm30cm。(3)严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。(4)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。(5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。(6)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。4 安全及环保措施(1)钻进管棚时，必须牢固立设钻机支架，防止支架倒塌,钻机安装要牢固可靠。(2)换钻杆及顶进钢管时,相应工作人员应精力集中,防止钻杆,钢管失手扎伤手脚。(3)钻孔人员高空作业时，必须系安全绳，佩戴安全帽等防护设备。(4
14、)焊接钢管时，必须戴绝缘手套和防护眼罩。(5)作业人员在使用风钻钻孔时，注意戴防护口罩。(6)水泥浆液不得乱排乱流，污染良田、水源。(7)控制钻机噪音，不得扰人休息。(8)控制钻机油料添加量，以免震动时四处漫流，污染环境。5 结束语(1)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。(2)在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。(3)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： TB10003-2005 铁 路隧道设计规范 TB10204-2002 铁 路隧道施工规范 TLEJGF9327 岩溶隧道管棚支护工法 北京：人民交通出版社，1993作者简介：罗岳楠（1980 年 10 月）、男、助理工程师、大学本科、2004 年月、西南交通大学、土木工程、湖北十堰、13778305030
