超前管棚注浆

超前管棚注浆（共7篇）

超前管棚注浆 篇1

摘要：针对庙岭隧道洞口段覆盖层较薄、围岩风化严重且破碎、以及隧道开挖断面大等特点, 我单位在施工中对隧道洞顶采用地表注浆预加固, 在暗挖洞口采用超前管棚注浆支护, 很好地解决了隧道安全进洞的难题。

关键词：地表注浆,超前管棚注浆,预加固

1 工程概况

庙岭隧道设计为分离式隧道结构型式, 左线起迄桩号为K26+095～K28+220, 长2125m, 右线起迄桩号为YK26+070～YK28+155, 长2085m, 属长隧道。隧道洞口地质条件复杂, 围岩风化严重, 节理裂隙极其发育, 隧道开挖时易产生滴水及渗水现象, 且易发生坍塌。

针对庙岭隧道洞口不良地质情况, 为保证隧道安全进洞, 施工中采取两种预加固方案:对洞顶浅埋段采取地表注浆。地表注浆横向范围为隧道中线至两侧边界, 距离为9m, 注浆钻孔深度为地面至隧道开挖轮廓线外0.8m的距离, 开挖轮廓线外侧部分支护至隧道底部附近;在暗挖洞口采用超前管棚注浆支护。以40cm间距布设37根Φ127×5mm的导向管, 同时使用潜孔钻机以相对于洞轴线方向1°的外插角钻入30m长钻孔, 每个钻孔顶入30m长Φ89×6mm的热轧无缝钢管, 再用注浆机对每个钻孔注入体积比为1∶0.5的水泥-水玻璃双浆液, 终压维持在1.5MPa保持5min, 直至注满。这样使浆液在破碎岩体中充分扩散, 既可以保证洞顶围岩形成整体, 又可以利用注浆大管棚对开挖轮廓线破碎围岩进行强有力支托, 很好地保证隧道安全进洞、暗洞口段的安全开挖。

2 地表注浆及超前管棚注浆施工技术

2.1 参数确定

2.1.1 预加固区范围

庙岭隧道洞口围岩极差, 隧道开挖后, 围岩的应力状态变化很大, 无法充分发挥其自承能力, 极易失去稳定。根据地质勘探资料及隧道尺寸, 按岩体力学和弹塑性理论计算出隧道开挖后围岩的压力分布结果, 确定其塑性破坏区的大小, 即极限平衡区的范围。计算公式为:

R=r[ (γH+Cctgφ) (1-sinφ) / (Cctgφ) ] (1-sinφ) (2sinφ)

式中: R—极限平衡区半径 (m) ;

r—隧道换算半径 (m) ;

C—岩体的内聚力 (kN/㎡) ;

φ—岩体内摩擦角 (°) ;

γ—隧道洞口顶部岩体的密度 (kg/m3) ;

H—岩体的重心高度 (m) 。

计算出假设原岩体应力场为静止应力场时距隧道中心的极限平衡区半径R, 进而绘制出隧道洞口围岩加固范围示意图 (见图1、图2) 。

2.1.2 注浆压力

根据地质勘探资料, 对洞顶地表注浆预加固区域沿横向以间距1.5m布设13个测点, 沿纵向以间距3m分为11个断面, 由测量人员按此布点进行精确测量, 记录好各测点标高, 再根据算出每个断面各测点钻孔深度。根据以往注浆施工经验, 并考虑到该围岩注浆为缝隙注浆, 地表注浆及超前管棚注浆压力均取1.0～1.5 MPa。

2.1.3 注浆量

为达到真正的围岩岩体加固效果, 必须保证每个注浆孔的注浆压力及注浆量。

注浆总量可由理论计算确定, 也可通过试验取得近似数据。在隧道洞顶选中一点, 按相同参数 (注浆管直径、压力、配比) 对岩体进行注浆试验, 取得洞顶岩体实测充填率 (注浆体积占孔隙体积的比率) 及岩体孔隙率 (见表1) , 由此可得出每个钻孔所需注浆量, 进而计算出该区段所需注浆总量。

q=ηα[ (3d/2) 2- (d/2) 2]×π+π (d/2) 2

式中:q—地表注浆量 (m3/m) ;

η—被加固围岩的孔隙率 (%) ;

a—充填率 (%) ;

d—钻孔直径 (m) 。

(1) 地表注浆总量Q1=m1q

式中: Q1—地表注浆总量 (m3) ;

m1—地表注浆总长度 (m) 。

(2) 超前管棚注浆总量Q2=m2q

式中: Q2—超前管棚注浆总量 (m3) ;

m2—超前管棚注浆总长度 (m) 。

注浆过程中, 要达到终压1.5MPa, 同时要保证注浆管不得低于设计值的95%。

2.1.4 浆液配合比及凝结时间

根据注浆所需的压力、岩体的孔隙率及注浆加固范围、岩体种类等参数, 经试验室试验, 确定出水灰比以及水玻璃用量等, 选定最佳配合比。

由于洞顶注浆类型基本为缝隙注浆, 为使浆液凝固时间缩短, 浆液中要加入适量水玻璃。为了便于注浆, 同时也使浆液快速加固围岩岩体, 凝结时间暂定为60s左右。在浆液拌制时, 水玻璃应最后加入 (注浆参数见表2) 。

2.2 钻孔及注浆方法

2.2.1 地表注浆预加固钻孔及注浆方法

(1) 钻孔方法

由测量人员测绘出预加固区域, 做好标记, 施工人员对该区域进行清表处理, 清除地面杂草、浮石及浮土, 以保证安全施工, 同时为保证钻孔成孔及防止地表冒浆, 以使注浆压力满足要求, 在该区域地表设置止浆盘。止浆盘采用200mm厚的双层Φ6钢筋网, C20喷射混凝土, 钢筋网网格间距为300×300mm, 止浆盘设置范围至周边孔外2m。止浆盘施做完成后, 按测量数据布设钻孔。注浆孔按梅花形布置, 孔间距为1.5m。钻孔采用风动冲击旋转式潜孔钻机进行钻孔;钻杆采用分节连接形式, 每节1m, 根据钻孔深度接长钻杆;钻头直径为Φ60mm的合金钻头。注浆管为直径50mm的钢管, 壁厚5mm, 前端钻花孔, 钻孔直径为8mm, 间距为100mm, 梅花形布置, 尾部500mm不设花孔。支立好钻机后, 按布设钻孔点位进行钻孔, 钻孔过程中, 根据测量数据计算所得的钻孔深度值控制钻孔深度, 达到钻孔深度后, 分节拔出钻杆, 同时下入注浆花管。按同样方式施作其它注浆孔。

(2) 注浆方法

待注浆花管全部下入后, 对孔口与注浆花管间空隙用高强砂浆进行封堵, 施作完成后, 开始对钻孔进行注浆。注浆顺序:先注低侧周边孔, 后注高处周边孔, 先外围后内部。为防止冒浆, 施工时对注浆孔进行间隔注浆, 适当延长相邻两注浆孔先后施工的间隔时间, 待前一注浆孔浆液基本凝固后, 再开始后一孔的注浆。注浆时用Φ30mm高强胶管套住注浆花管, 并用铁线固住, 开动注浆机泵送浆液, 通过孔眼把浆液压入周围岩体内。注浆初始压力为0.5～1MPa, 终压为1.5 MPa, 直至压满为止, 并维持注浆终压力5min。按上述注浆顺序和注浆方式对其它注浆孔进行注浆。

2.2.2 超前管棚注浆预加固钻孔及注浆方法

(1) 钻孔方法

先在暗挖洞口处暗洞开挖轮廓线以外施作C25混凝土套拱, 套拱内埋设2榀I18工字钢。测量人员在工字钢外弧面测设出隧道中线, 沿隧道中线向两侧以环向间距400mm布设37根Φ127×5mm的导向管, 导向管在考虑隧道纵坡的情况下以相对于洞轴线2°以外插角进行固定。导向管固定好后, 对套拱进行C25混凝土浇注。待套拱混凝土达到设计强度的70%时, 开始进行管棚钻孔施工。钻孔所用钻机与地表注浆预加固所用钻机一样, 只是钻头型号不同, 大管棚钻孔所用钻头直径为Φ110mm的合金钻头;注浆管为直径89mm的热轧钢管, 壁厚6mm, 前端钻花孔, 钻孔直径为12mm, 间距200mm, 梅花形布置, 尾部3000mm不设花孔。

调整钻机进行钻孔, 钻机立轴方向必须准确控制, 以保证孔口的孔向正确, 每钻完一孔便顶进一根钢管。钻进过程中要经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度, 发现偏斜较大, 要及时纠正。

(2) 注浆方法

基本与地表注浆相同。

注浆前先对孔口封堵。用5mm厚钢板焊接在导向管 (Φ127×5mm) 尾端, 在钢板上部贴近导向管管壁割一直径为20mm的圆孔, 在圆孔处焊接15cm长、直径为20mm的钢管, 注浆时用Φ30mm高强胶管套住Φ20钢管进行注浆, 同时在尾端做一止浆阀, 便于封堵。为防止串浆, 注浆顺序也采用间隔注浆。

2.3 注浆效果检查与评定

注浆结束后对注浆结果进行检查与评定, 不合格的应补钻孔重新注浆, 检查方法如下:

(1) 对注浆过程中的各种记录资料进行综合分析, 判定注浆压力和注浆量变化是否合理, 是否达到设计要求。

(2) 设检查孔, 工作面预注浆每段设2～3个检查孔, 对检查孔进行钻芯取样, 观察浆液充填和凝固硬化情况。

(3) 检查测量孔内涌水量, 一般地段应小于0.4L/min·m, 且某一处漏水量小于10L/min。

注浆检查合格后, 方可进行隧道暗洞洞身开挖。

3 结束语

庙岭隧道洞口浅埋破碎段经地表注浆预加固处理后, 浆液很好地填塞了围岩裂隙, 使洞顶破碎围岩形成较大整体;超前管棚注浆支护施作后, 注浆浆液自管棚管眼向周围扩散, 相邻管棚间达到很好的接合效果, 经注浆浆液渗透过的围岩与钢管形成有效的刚性拱形支护整体, 强有力地保证隧道暗洞口安全、顺利地进行开挖。

超前管棚注浆 篇2

宜万铁路DK86+561～DK89+224堰家坪隧道位于湖北省长阳县榔坪镇, 全长2663m, 设计为双线隧道。全隧位于曲线半径为2500m的曲线上, 隧道设计纵坡为14.8‰和6‰。隧道围岩为奥陶系下统灰岩、泥质灰岩, 局部夹页岩, 节理较发育, 岩体较破碎, 结构松散, 稳定性差;且洞身位于01含水透水岩组与02+3裂隙弱含水弱透水岩组分界附近靠01侧的丰水区, 可能遭遇纵向、横向管道径流的承压水, 或承接来自该段南侧背斜山地分流的所有来水, 成为“集水廊道”, 易发生坍塌、冒顶、涌水、突泥灾害。

2 施工方案确定

2006年3月10日隧道开挖至DK88+996掌子面, 揭示从DK89+017断面开始的拱顶充填性溶洞延伸到拱脚位置, 即拱顶以下5M范围全部为溶洞充填物。充填物主要为土夹碎块石, 充填物较松散, 且充填物中渗水严重, 水流呈线状, 易坍塌, 溶洞底以下为灰岩岩体较破碎。采用水平钻孔探测, 该溶洞一直在向遂底延伸。根据超前地质预报, 原设计的采用超前锚杆纵向间距2m格栅拱架间距1m的支护体系已不能保证隧道的施工结构安全。为确保施工和结构安全, 提请设计变更确定对DK88+996掌子面前方26m采用φ108大管棚超前预注浆方案, 其他支护措施按宜万遂参03-20隧道围岩Vb级支护施工。

大管棚支护是在隧道开挖外轮廓周边上, 间隔一定的距离, 沿洞轴方向以一定的外插角钻孔、安设钢管, 然后进行超前注浆固结松散围岩的一种预支护措施。通过管棚注浆, 钢管与围岩紧密固结, 使隧道拱顶预先形成加固的保护环, 加固的保护环可以承受拱部的地面荷载和岩层重量, 在岩体开挖后架设拱型钢架支撑, 支撑拱架相互连接, 形成一个牢固的纵横棚状支护结构。由于钢管和围岩形成了一个固结的整体, 拱部变形变小, 传递给支护钢架的上部荷载大大减小, 从而保证了洞身开挖的安全。

3 施工设计

3.1 管棚设计参数。

钢管规格:热轧无缝钢管φ108*6mm, 节长3m, 6m。管距:环向间距40cm共布置36根。钢管轴线外插角1°。钢管施工误差:径向不大于20cm, 沿相邻钢管方向不大于10cm。隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%, 相邻钢管的接头至少错开1m。

管棚布置见右图:

3.2 注浆设计参数

3.2.1浆液材料及配比的确定。

根据工程地质条件和注浆目的以及各种浆液材料的渗透性、渗透系数, 注浆材料选用原则如下:

围岩裂隙发育, 可注性好的地层, 可采用普通水泥浆液或水泥-水玻璃浆液。粉细砂地层 (黏土含量低于2%) 或围岩裂隙发育一般、可注性一般的地层, 可采用超细水泥浆液或TGRM超细双液型水泥基特种注浆材料。含水、高压致密土体, 可采用HSC超细高早强型水泥浆液或化学浆液。

根据岩溶填充物松散的地质条件, 本工程选择普通水泥浆液;根据注浆试验的成果确定水泥浆水灰比为0.6:1～1:1。

3.2.2 注浆量的确定。

由于浆液的扩散半径与岩层裂隙很难精密确定, 根据隧道工程地质、水文条件以及所选择的注浆材料, 进行注浆量的估算。注浆量的估算按下式进行:Q=π*r2*L+π*R2*L*n*α*β

式中:Q—总注浆量;单位m3;

r—管棚管半径;本工程取0.054m;

R—扩散半径;本工程R取0.5m;

L—管长;本工程取26m;

n—围岩孔隙率;本工程为13%;

α—浆液填充系数 (0.7～0.9) ;本工程取0.8;

β—注浆材料损耗系数;本工程取1.15。

则单孔注浆量Q=π*0.054*0.054*26+π*0.3*0.3*26*13%*0.8*1.15=0.878m3

3.2.3 注浆压力的确定.

注浆压力是注浆施工中的重要参数, 它关系到注浆施工的质量以及经济效果。因此, 正确确定注浆压力与合理运用注浆压力有着重要的意义。注浆压力与岩层裂隙发育程度、浆液材料的粘度和凝胶时间长短等有关, 目前均按经验确定。本工程初压力取0.5-1.0Mpa, 终压取2.0～2.5Mpa。

4 超前管棚注浆施工工艺

管棚施工主要工序有掌子面封闭、施工管棚工作室、导拱施工、搭设钻孔平台、钻孔、安装管棚管、注浆。管棚施工工艺流程图如下。

4.1掌子面封闭

DK88+996掌子面停止掘进, 采用φ22mm砂浆锚杆 (L=3.5m, @1.1×1.1m) , φ8mm钢筋网 (20×20cm) , 喷20cm厚C20砼的锚、网、喷临时防护使临空面稳定。

4.2施工管棚工作室

应比设计断面大30～50cm, 工作室长度应满足钻机作业要求。在DK88+996～DK89+002段上台阶管棚范围扩挖80cm作为管棚工作室。在工作室范围内安装格栅钢架间距0.8m, φ8mm钢筋网 (20×20cm) , 喷20cm厚C20砼;钢架底脚落在溶洞底部的围岩上。每榀钢架底脚处打设8根5m长φ42mm锁脚锚管并注浆加固。

4.3导拱施工

工作室完成后施做导拱, 因管棚在松散溶洞填充体内穿过, 为提高钻孔的方向控制精度, 导拱尺寸确定为1cm×80cm (长×厚) , 延拱顶环向布置;采用C20砼浇注。将36根φ127×1.0mm导向钢管按照管棚设计的间距和外插角焊接在钢架上。导向管的外插角度控制是影响管棚施做质量的重要因素。钢管距拱顶过高会减弱支护效果;过低可能出现侵入隧道净空, 施工时须割除造成管棚支护无效。结合溶洞充填物的特性和管棚的长度, 外插角取1.5度。

4.4 搭钻孔平台安装钻机

4.4.1

作业平台采用钢管扣件按“井”字形搭设, 平台上铺设木板形成工作面, 准备好2m长的方木若干, 调整钻机高度。搭设前清理上台阶作业平台上的淤泥杂物, 确保钻孔平台落在实地、连接牢固、防止在钻孔时钻机摆动倾斜影响成孔质量。平台长度不得小于6m, 以便有足够的空间安装管棚钢管。

4.4.2

钻孔采用二台XY-2PCC地质钻机 (φ115mm钻头) 平行作业。钻机定位要求钻机与已设定好的孔口管方向平行, 采用经纬仪挂线、钻杆导向相结合的方法, 反复调整, 精确核定钻机位置, 确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

4.5 钻孔施工

4.5.1

根据施工任务布置两台钻机钻孔施工, 一台由低孔位向高孔位钻进, 另一台由高孔位向低孔位钻进, 避免两台钻机互相影响。钻进时先低速低压, 等成孔2m后再根据地质情况逐渐调整钻速及风压, 钻进过程中要经常用测斜仪测定其位置, 并根据钻机钻进的情况及时判断成孔质量, 及时处理钻机过程中出现的事故。当遇到充填物粘性变大, 排出的岩屑多为泥团时, 采用注浆机向孔中注入高压水, 与高压风混合将粘性碎渣吹出。当遇坚硬孤石不能钻进时, 采用冲击钻头冲击通过;当钻进过程遇特殊复杂地层, 不能钻进或难以成孔时, 采用预注浆加固后再钻进施工。

4.5.2

钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。

4.5.3

钻进时产生孔斜超过允许范围 (钻孔平面误差径向大于20cm时) 、坍孔、卡钻时, 需补注浆后再钻进。

管棚钻孔允许偏差

4.5.4

认真作好钻进过程的原始记录, 根据每节段的钻进速度及孔口岩屑进行地质分析, 根据记录数据绘制地质剖面图和展开图, 为洞身开挖提供地质预测预报资料。

4.5.5

用φ127mm岩芯管进行扫孔, 清除孔内岩碴和顺通孔道。岩芯管长度不小于2.5m。如遇下管困难, 连续扫孔几次, 同时借助高压空气吹洗, 直到孔内清扫干净。

4.6 安装管棚钢管

钢管在专用的管床上加工好丝扣, 丝扣长15cm, 管间接头错开布置。导管四周钻设孔径10mm注浆孔 (靠孔口1m处的管棚段不钻孔) , 孔间距15cm, 呈梅花型布置。管头焊成圆锥形, 便于入孔。为使钢管接头错开, 加工钢管时将钢管进行钢节编号, 根据加工的钢管节搭配好并做好记录待用。

管棚顶进采用大孔引导和钻机顶进相结合的施工工艺, 即先钻大于棚管直径的引导孔 (φ127mm) , 然后用钻机边回转边顶进钢管。顶进困难时, 用锤击钢管或用钢管钳扭转钢管, 以取得较好的顶进效果。下管要及时、迅速, 以保证在钻孔稳定时将钢管送到孔底。钢管末端部可焊设挡圈并胶泥麻筋箍成楔形, 以便钢管顶进孔后其外壁与岩壁间隙堵塞严密。

4.7 注浆

4.7.1

安装好有孔钢花管后即对孔内注浆, 注浆后检查注浆质量, 浆液扩散半径不小于0.5cm。

4.7.2

水泥浆液由ZJ-400高速制浆机拌制, 选用两台BW-250/50型注浆泵进行注浆。

1.高速搅拌机;2.吸浆管;3.回浆管;4.进浆阀;5.泵;6.压力表;7.输浆管;8.快速接头;9.孔口压力力表;10.钢管接头;11.混合器;12.单向阀;13.三通;14.止浆塞;15.注浆孔

4.7.3

注浆施工要求。

(1) 注浆前在钢管中沿管壁安设φ15mm的PVC管至孔底, 在管尾处与堵浆塞排气孔相连接, 作为排气孔 (安设钢管盖和注浆阀门) ;注浆管与堵浆塞进浆孔相连, 堵浆塞与钢管间为丝扣连接。

(2) 注浆采用从孔口一次注入, 为使管内浆液饱满密实, 注浆时等排气孔有浆液流出, 进行终压注浆, 直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止, 然后关闭其阀门;一个孔段的注浆作业一般应连续进行直到结束, 不宜中断, 应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。

(3) 注浆结束标准:单孔注浆量达到设计注浆量, 注浆压力达到设计终压力并终压不少于10分钟或注浆结束时的进浆量小于20L/min时, 可结束注浆;全段结束标准为所有注浆孔均已符合单孔结束条件, 无漏注现象或浆液有效注入范围大于设计值。

(4) 注浆作业时若注浆量超限, 未达到压力要求, 应调整浆液浓度继续注浆, 直至符合注浆质量标准, 确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙浆液充填饱满。

(5) 注浆结束后及时清除管内胶凝浆液, 并用快硬水泥砂浆封闭管口, 以增强管棚的刚度和强度。

5 洞身开挖及管棚支护效果评价

注浆结束后采用上下台阶法开挖施工。超前小导管采用φ42mm钢花管, 壁厚3.5mm, 长3.5m, 管壁每隔15cm交错梅花型钻眼, 前段做成尖头便于打入。超前小导管按环向0.4m每根, 纵向2m每环, 梅花型布置。小导管外插角约5°。开挖施工后初期支护采用20#工字钢0.5m每榀, 3.5m长Ф22砂浆锚杆1.0m*1.0m (环×纵) , 20cm*20cmφ8钢筋网片, 喷射C20混凝土20cm。洞身开挖后对隧道洞身进行监控量测, 如下图 (以DK88+990断面为例)

2006年4月3日洞身开挖支护通过DK88+990断面。经过对围岩量测和拱顶下沉两个项目的检测DK88+990断面拱顶下沉于4月16日达到稳定累计下沉值为4mm;径向收敛值很小, 累计2mm。最终该管棚注浆段隧道拱顶下沉和洞身收敛曲线趋于缓和;判断该段围岩趋于稳定。而且从图中也可以看出经过管棚注浆后, 洞身开挖后围岩变形量很小;达到了预期的支护效果。

该段岩溶填充段从2006年3月28日开始洞身开挖, 到2006年4月26日全部施工通过, 未出现任何安全质量事故。

6 结束语

通过本工程的施工实例我们可以得出超前管棚预注浆施工方法是解决岩溶隧道软弱围岩的有效方法。超前管棚预注浆是利用管棚预注浆形成纵向支撑, 利用型钢钢架作为环向支撑, 共同组成一个联合支撑体系。该体系刚度较大, 能够有效限制围岩变形, 极大程度减少地表下沉和围岩坍塌, 增加隧道的施工安全。另外管棚注浆也有效的对洞身周边部分岩溶进行有效填充, 改变纵向、横向岩溶裂隙径流通过洞身部分, 对于岩溶隧道的突水突泥也有一定的预防作用。

摘要：本文结合宜万铁路堰家坪隧道出口段超前管棚注浆的施工, 着重介绍岩溶发育段隧道施工中的超前管棚注浆施工工艺控制。结合工程实践, 详细地介绍了超前管棚注浆的方案确定, 施工设计、施工工艺以及管棚支护效果评价等, 确保施工安全和隧道结构的稳定。对类似隧道施工有一定的借鉴作用。

关键词：岩溶发育,隧道,超前管棚,注浆

参考文献

[1]公路隧道设计规范. (JTG D70-2004) .

[2]关宝树.隧道工程设计要点集.北京:人民交通出版社.2003.

[3]黎爱清, 吕秀华.长大管棚施工工法[J].西部探矿工程, 2003.

超前管棚注浆 篇3

关键词：大管棚,支护,溶腔

1 工程概况

新建宜万铁路马鹿箐隧道地处鄂西新华夏构造的金子山复向斜东翼的单斜地层中, 岩层走向北东, 倾角平缓一般5°~15°。四方洞向斜, 轴线方向总体为NE30°~60°。隧道一线全长7879m (DK251+273~DK259+152) , 线路左侧30m预留二线位置, 设集施工地质超前探测、施工通风与排水、开辟工作面及运营期间排水等多功能的贯通平行导坑一座, 平行导坑长7853m, 增建二线位于平导位置。隧道主要不良地质为突水、突泥、断层破碎、瓦斯及天然气、高地应力、溶洞及暗河, 预测隧道最大涌水量为81万m3/d, 正常涌水量17万m3/d。一线隧道DK255+925~DK255+978段为大型溶腔发育段, 溶腔通过泄水洞完成泄水后, 在隧道范围内充填物主要为淤泥质黏土夹碎、块石、孤石。

2 涌水过程

隧道出口在平导DK255+992掌子面, 采用帷幕注浆对该段进行注浆加固后, 进行开挖。2006年1月21日掘进至DK255+978, 放炮半个小时后, 隧道顶部发生坍塌, 随即大水涌出, 水势极大, 将平导内重达18吨的矿车与4台电瓶车冲出100m外的坡底、淹没了洞外施工场地和设备物资、冲垮了临时场地挡墙, 并将300m外的民房冲毁, 瞬间出水量达200m3/s, 最高每小时达72万m3, 累计涌水达100多万m3。

3 溶腔发育形态

突水后, 设计和施工单位对溶腔进行了详细勘探, 探测到溶腔水位高于隧道顶部120米, 探明了溶腔内充填物性质和溶腔发育形态。确定采用泄水洞方案, 对溶腔水进行排放。利用旱季时间对溶腔充填物采用帷幕注浆和大管棚预支护措施进行加固后通过。

4 大管棚施工技术措施

4.1 大管棚设计参数

管棚长度32米, 采用直径Φ108, 壁厚5mm的热轧无缝钢管, 环向间距30cm。管棚每节长度3米, 每节之间采用丝扣连接, 丝扣长度15cm。管棚头分别采用4.5米和3米长度的交错使用, 确保接头不在同一断面。管壁钻注浆孔, 孔直径12mm, 间距20cm, 梅花形布置。管棚内穿钢筋笼, 钢筋笼采用3根Φ22钢筋制作, 钢筋之间用Φ42钢管固定。

4.2 管棚施工

4.2.1 钻孔定位

由于钻孔较密, 孔间距只有30cm, 所以钻孔定位精度至关重要, 不然就会出现管棚之间相互交错无法钻进或者管棚侵限现象, 达不到预期支护效果, 影响后期施工安全。为了准确定位, 我们制作精确的钢拱架两榀, 前后两榀钢架从小到大, 确保管棚向周边的外插角3°。在钢拱架周边焊接管棚定位导向管, 导向管采用Φ150热轧无缝钢管, 长度2米。

4.2.2 钻孔

钻机按照导向管角度准确定好位, 进行牢固加固后方可进行钻进, 防止钻机在加压后挪位, 出现偏差。钻孔中保证钻孔用水的水量和水压, 这样能够有效冲出钻渣, 避免出现卡钻、堵孔现象。我们钻孔采用ZDY3200S钻机, 开始用Φ133钻头和Φ90的钻杆钻进, 由于溶腔内填充的为淤泥质黏土夹有碎、块石, 成孔比较困难, 管棚钻进安装困难, 后来我们采用在钻头上加1根管棚管, 后边再加Φ90的钻杆钻进, 这样成孔效果比较好, 也不用清孔, 管棚安装速度大大提高。在钻孔过程中, 我们还遇到有碎、块石时卡钻比较严重, 无法钻进, 遇到这种情况, 我们不停的前后反复钻进、洗孔, 但一定不能加压钻进, 否则会出现偏孔或者钻孔前后都无法动的情况, 那样就废孔了。

4.2.3 下入钢筋笼

在管棚安转完成后, 在管棚内穿入钢筋笼, 增加管棚的整体性和抗弯性能。钢筋笼提前制作好, 3米一节, 每节之间采用双面搭接焊, 焊接长度15cm。

4.3 管棚注浆

管棚注浆主要目的是增加管棚的抗弯性能, 同时加固管棚周边的松散填充物, 在管棚周边形成一圈整体帷幕加固圈, 既增加了管棚的承压能力又加固了开挖范围填充物, 确保了施工安全。钢筋笼安装完成后, 对管棚采用TGRM浆液进行注浆, 浆液配合比采用1:0.6, 该种浆液凝胶时间只有1h35min, 可以有效控制浆液扩散范围, 防止浆液流入泄水洞, 造成泄水通道堵塞, 且不能起到加固开挖范围的效果。为了有效控制浆液扩散范围我们还严格控制注浆速度不大于5m3/h, 防止浆液发生劈裂脉向远处跑, 同时注浆严格按照“定量定压”原则控制, 注浆终压2MPa或者注浆量超过20m3/孔, 就停止注浆。

结束语

通过超前帷幕注浆加固和大管棚预支护措施, 我们顺利通过了特大充填型溶腔。管棚支护技术通过松散溶腔充填物的关键点在于注浆, 首先, 通过帷幕注浆降低充填物的含水率, 让其具有一定的自稳能力和强度;最后, 通过管棚注浆在周边形成加固圈。这样才能很好的发挥管棚支护的作用。

参考文献

[1]铁道第四勘察设计院, 马鹿箐隧道DK255+925～+976段溶洞处理设计 (宜万施27标隧通 (2008) 字第14号) , 2008.

隧洞超前管棚施工技术探讨 篇4

关键词：超前管棚,成洞条件,隧洞工程

1 喷锚网支护施工方法

1.1 锚杆支护施工方法

锚杆材料按施工图纸的要求, 选用Ⅱ级高强度的螺纹钢筋或变形钢筋。注浆锚杆水泥砂浆采用标号不低于P.O32.5的普通硅酸盐水泥, 砂采用最大粒径小于2.5mm的中细砂, 水泥砂浆标号满足施工图纸的要求, 注浆锚杆水泥砂浆的强度等级不应低于20Mpa。外加剂满足施工规范要求。

1.2 挂网施工

挂网主要用于对开挖后岩体进行临时或永久支护, 钢筋网采用直径6-8mm钢筋编制, 间距一般为20×20cm。

挂网施工在锚杆作业之后进行。首先将钢筋除锈拉直, 并按设计下料, 预制成钢筋网片, 运至挂网工作段, 利用自制工作台车, 按设计要求进行绑扎和焊接。

1.3 钢拱架施工

钢拱架采用120工字钢, 间距1m, 每榀由顶拱、侧拱、底拱共四片热弯形成, 横向采用ф25螺纹钢连接, 拱架支护、管棚支护超挖控制在25cm以内, 喷射混凝土外包拱架5cm。格栅拱架或钢支撑主要用于围岩破碎的洞段, 钢拱架和格栅钢架在洞外按设计分段加工, 在洞内用螺栓连接成整体。洞内安装在初喷砼之后进行, 与定位锚杆焊接。钢拱架 (格栅钢架) 间设纵向连接筋, 钢架间以喷射砼喷平。钢架基脚必须安放在牢固的基础上, 架立时垂直隧洞中线, 钢架和围岩之间间隙过大时设置垫块, 用喷射砼喷填。

2 二次衬砌

2.1 施工方案

为了保证砼的浇筑质量, 保证砼密实度、强度、外观质量、防水性能、衬砌厚度达到引水洞的设计要求, 衬砌断面采用先边墙后拱部的施工顺序进行混凝土浇筑。衬砌采用12.10m长钢模衬砌台车浇筑混凝土, 一次浇筑混凝土长度10.0m。混凝土由洞外自动计量拌和站生产, 自制的混凝土搅拌运输车运混凝土至洞内, 混凝土输送泵泵送入仓, 插入式振捣器及附着式振捣器联合振捣。

2.2 先墙后拱衬砌施工方法

2.2.1 施工准备

(1) 测量放样。

①在衬砌施工前, 按设计中线及高程测定出隧道施工中线及高程, 隧道中线按8-15m布设一个, 水准点每8m设一个, 引至左右侧边墙并作出明显标志, 以便在台车就位时复核。②测量隧道净空断面尺寸。为了保证衬砌断面无欠挖, 衬砌施工前再次对隧洞开挖净空断面尺寸进行复核, 采用简易台架人工测量, 沿隧洞纵向每5m测一个断面, 如有欠挖及时处理。

(2) 钢筋制安。

钢筋加工制作均在洞外钢筋加工车间进行, 人力配合机械按设计图纸、规程规范及监理工程师批准的下料单进行成型制作, 运至洞内后, 根据设计图纸要求, 在自制钢筋台车上人工组立安装。钢筋接头均采用搭接焊, 钢筋接头不能布置在拱顶或边墙角处。

(3) 衬砌台车就位与加固。

在以上工作完成以后, 就可将衬砌台车行走至准备衬砌地段, 按设计中线及高程伸缩两侧及顶拱模板至设计位置, 顶紧各部位支撑, 完成模板台车就位, 模板台车一端与已衬砌的混凝土交替搭接长度为10cm。

2.2.2 拱部混凝土施工

(1) 砼浇筑。

洞外拌和站搅拌好的砼经砼输送车运至洞内, 由砼输送泵输送至衬砌部位, 砼输送过程中两侧应对称进行, 并在砼输送同时, 由两侧工作窗口用插入式振动器, 加强捣固。顶拱无法采用插入式振动棒振捣的部位, 采用附着式振动器振捣。

灌注砼应连续作业, 不得间断。如遇特殊情况, 间歇时间超过了规范允许时间, 按施工缝操作工艺处理, 已浇筑好的混凝土, 在强度尚未达25kg/cm2前, 不得进行上一层混凝土浇筑的准备工作, 砼表面应用压力水、风砂枪或刷毛机等加工成毛面并清洗干净, 排除积水, 在浇筑砼前先铺一层2-3cm的水泥砂浆后方可浇筑新砼。

砼用插入式振捣器振捣, 振捣时间每次不超过30S, 振捣棒移动距离不得超过振捣器作用半径的1.5倍, 插入砼深度一般不超过每层厚度的2/3。顶拱砼采用附着式振捣器振捣。

(2) 砼封顶工艺。

①在衬砌台车顶部设置三根尾管, 浇筑顺序从靠近上一板砼端头的尾管开始向另一侧浇筑。为了使顶拱砼饱满, 并为了防止挡头模爆模, 最好采用靠近上一板砼端头的一根尾管浇筑, 依靠输送泵的压力使顶拱饱满。当砼输送泵的工作压力过大, 或顶拱砼流动缓慢时, 才考虑用另外两根尾管浇筑。

②为了防止砼浇筑压力过大, 造成模板变形, 在挡头模处留一宽1-2m的观察窗口, 当顶拱砼流动缓慢时, 必须换到另一根尾管浇筑。

③封顶快结束时, 要认真计算封顶砼量, 按封顶量将砼压送入拱部, 当挡头模最高处砼压满时即可停止浇筑。

④封顶砼要严格按砼配合比拌和, 适当加大砼塌落度 (不大于15cm) , 使砼具有良好的和易性, 加强拱部附着式振动器振捣, 并适当延长振捣时间。

⑤砼浇筑时要随时观察挡头模的变形情况, 如有跑模或漏浆现象, 应及时加固或堵塞。

2.2.3 拆模、养护

在砼衬砌完成12h (或按设计要求) 后, 拆除挡头板, 松开各个工作窗口, 砼衬砌完成24小时 (或按设计要求) 以后, 即可脱模移动台车。对完成的衬砌砼拆模之后, 及时将砼表面局部缺陷的部位修补处理, 使砼表面整体光洁平整。模板台车移动后, 及时派人对机械设备、台车模板进行检修, 刷脱模剂, 以便进行下次砼衬砌施工。折模后, 按规范要求洒水养护。

3 围岩监控量测及原形观测

3.1 围岩监控量测

新奥法的施工特点是采用与围岩密贴的喷混凝土、锚杆、钢筋网等形式进行支护, 充分发挥围岩的自稳能力。新奥法的设计主要是在新奥法基础理论和设计理论的定性成果指导下, 参考已建隧道工程的支护结构参数来进行初步设计, 然后再在施工过程中通过对围岩的量测工作进行修改、完善设计。量测工作是监控隧道围岩稳定性的重要手段, 是检验新奥法施工是否经济、合理与安全的重要手段, 量测工作始终伴随着新奥法施工的全过程。

3.2 量测目的

通过对围岩稳定性动态的观测, 来判断支护构件的效果及施工方法的妥善效果, 并把该过程科学地反馈到施工中去, 以安全、经济、高效地施工隧道。量测的目的, 具体地说有如下几点:

(1) 确认工程的安全性。掌握隧道周边围岩的动态;了解各种支护结构的效果;确认作为结构物的隧道的稳定状态;掌握隧道开挖时对周围其他构造物的影响。

(2) 确保工程的经济性。修改、优化设计, 提高设计施工的经济性, 降低工程造价;将量测信息反馈到设计施工的同时, 积累资料, 为以后的工程积累经验。

3.3 量测计划

(1) 量测项目。

隧道监控项目:周边位移、拱顶下沉、地质和支护状态观察。

(2) 量测的要点。

能把握围岩变形动态;易于分析、解释量测结果;各项测量项目同时施工时, 易于判断其相关性;考虑爆破作业及洞内施工机械的影响;便于量测作业;量测间距按高速公路隧道施工技术规范, 结合围岩具体情况确定。

3.4 量测的实施

(1) 隧洞内目测观察。

掌子面的观察, 原则上每个掌子面都要进行, 并按“隧道开挖地质监测记录表”所示的记录格式, 对每一进尺的掌子面进行记录。对已施工地段的支护进行观察调查, 每次进洞 (至少一天一次) 都要把观察事项做好记录。

(2) 周边位移量测、拱顶下沉量测。

周边位移量测与拱顶下沉量测, 原则上应在同一个断面上进行。周边位移量测与拱顶下沉量测间距, 随地质变化、开挖进度、量测数据的积累等做相应地改变。在施工初期阶段 (断层、破碎带、滑坡带、覆盖较薄处、埋深大且易发生岩爆处) 为掌握围岩动态, 要缩小量测间距。施工情况良好且地质条件连续时, 量测间距可以加大。地质变化显著时, 间距可缩短。

(3) 测点测线布置。

量测部位和测点、测线布置应根据围岩条件、量测项目和施工方法等确定。周边位移量测测线为起拱线上、下各一米处。拱顶下沉量测的测点, 原则上设在隧洞拱顶中心点上。受到通风管妨碍时, 或位移值很大, 隧道下沉成为问题时, 也可选在中心以外。

参考文献

[1]吕勤.北京城铁暗挖区间隧道穿越楼群关键施工技术[J].中国安全科学学报, 2003, 11.

[2]李敏.紫坪铺工程1号导流洞洞挖支护施工[J].四川水力发电, 2004, 02.

[3]杨文国.乌鞘岭隧道左线出口下穿既有线施工[A].铁路长大隧道设计施工技术研讨会论文集[C], 2004.

超前管棚注浆 篇5

1 工程概况

厦门杏林大桥高崎互通下穿嘉禾路隧道分为上下行分离式四车道高级公路隧道,隧道左线长76 m,右线长为57 m。全隧道按新奥法设计和施工,隧道顶距路面约6 m～7 m的高度,下穿部分的土体为人工填砂性黏土,极易塌方,考虑嘉禾路目前是厦门出岛唯一的主干道,开挖过程不能对其使用造成影响,设计采用全程长大管棚对开挖段进行超前支护。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,以提高整体的强度和功用。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

管棚施工主要工序有:开挖支护掌子面→搭钻孔平台→安装钻机→安装管棚钢管→钻孔→验孔→注浆→结束。

2.2 大管棚设计参数

大管棚设计参数的参照要求如下:

1)管棚棚管采用热轧无缝钢管,钢管导向端做成尖形,承压端焊上钢箍,管口预留止浆段,注浆孔沿孔壁呈梅花形布置;

2)钢管直径首选80 mm～180 mm,该施工现场采用热轧无缝钢管ϕ133 mm,壁厚6 mm;钢管中心间距为30 cm～50 cm;钢管长度一般为10 m～45 m,当分段连接时采用4 m～6 m,钢管间用丝扣连接,丝扣长度不小于15 cm;本工程采用节长4 m,6 m两种,前端第一段按4 m和6 m间隔分布,其后分段全部取6 m连接,以避免接头在同一断面上超过50%;

3)钢管沿隧道开挖轮廓线纵向近水平外插设置,距开挖轮廓线30 cm处,外插角为1°(不包括路线纵坡);

4)钢管施工径向误差不大于20 cm,沿相邻钢管方向不大于5 cm。

3 注浆参数确定

3.1 注浆材料

隧道所通过的地层为砂性质粉质黏土,透水性好,因此如果采用单纯的水泥浆液或水泥黏土浆液时会造成到处跑浆现象。水泥—水玻璃双液不仅具备水泥浆的特点,而且还兼有某些化学浆液的特点,采用水泥—水玻璃双液可克服注浆过程中的跑浆现象,有效提高固结土体早期强度,也有利于浆脉周围被挤压土体的再固结和整个地层强度的提高,并能使下步开挖工序开始的时间提前。

3.2 注浆参数

通过试验,根据实际土体情况和设计强度要求,本项目确定采用水泥—水玻璃浆液注浆,采用比例为:水∶水泥∶水玻璃=1∶0.7∶0.1,注浆终压力为0.5 MPa～0.8 MPa。

4 管棚施工

4.1 钻机设备安装

1)钻机轴线的放样:

钻机安装前应先平整好场地,在场地上按广棚的钻进轴线方向放样,作为钻机的轴向线;

2)安装钻机要求孔位对正、基础牢固。

依照放样好的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。

4.2 导向钻进

1)准备开钻前应在钻具前部安装导向钻头、封水丝堵座、单向阀(拧紧后点焊加固)、探头盒(内装探头)。

2)为防止水土流失,控制沉降,应采用孔内保压措施。

3)随着不断钻进,技术人员必须时刻观察探头角度变化情况。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的详细记录。

4)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。

5)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。

6)导向钻进至20 m～25 m时,应进行一次灯光测斜,发现超限,及时补救。

4.3 回次加尺和接线及焊接

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、脏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)钻进中,每次加尺后,须先钻进、后起出进行钢管丝扣接缝焊接(即先钻后焊),以免钻进时的扭力造成开焊。要求每个接缝焊接进行自检,保证焊接质量。

3)导向探头的外接电脑控制线应随进尺加长,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。接头要用适配的铜管每端两次交叉卡紧卡牢,外用两层热缩套管套好,用热吹风机吹烤贴牢。

4)回次加尺、接线、接管以及焊接过程中,均注意不得将异物遗留或掉入打设管内。

4.4 导向孔精度控制与纠偏

1)在施工过程中,随施工随跟踪量测校核。

2)深度纠正:每次顶进长度为0.5 m,直到深度值符合设计值再进行正常钻进。

3)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,以深度偏差值进行纠正。

4)方向纠正:每次顶进长度为0.5 m,直到测量点方向符合设计值再进行正常钻进。

4.5 注浆

1)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。

2)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。

3)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10 min,才结束注浆。

4)注浆结束标准及效果检查:a.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。b.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。c.达不到结束标准,应补充或重新注浆直到满足要求为止。

5)注浆过程应随时关注上侧土体情况,避免上方的行车道因浆压过大引起起拱破坏。

4.6 确定隧道开挖安全进尺长度

管棚受到上部土体和路面传递的荷载q=q1+q2的作用,钢管受力可简化为简支作用[5],据此,我们可以合理的掌握洞内开挖进尺的安全长度。

5 地面沉降观测

由于钻孔过程可能塌方,或者注浆压力过大时可能造成拱起,该工序后的大面积空体开挖,以及由于降水、开挖速度、支护进度、车辆动载等因素影响,管棚上侧土体可能会产生位移,使土体中的应力平衡发生变化。因此,施工过程中要随时掌握施工范围以及周边的变化情况,重点监测管棚上方的垂直沉降,注意观察上方行车路面及坡顶附近地表有无裂缝等,掌握其发展变化规律。监测工作应由技术人员定时定点进行观测,通过监测的数据来分析是否需要对周边土体进行加固,甚至改变施工方案,确保上方行车安全和施工安全。

6结语

实践证明,超前大管棚有足够的可靠性,支护能力强大,适用于含水的砂土质地层或破碎带,以及浅埋隧道或地面有重要建筑物的地段,可增加施工安全度,有效保证岩体稳定,减少地表下沉和防止围岩松弛、坍塌。在嘉禾路隧道的施工中,从未发生一起安全事故,而且有效地抑制了地表下沉和滑坡,据专家对施工中出现的各种异常情况特别是洞口偏压影响的推断,采用本方法施工,保证了玉峰山隧道的建设工期,取得了显著的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]李伟,顾问宇.管棚施工技术在北京地铁黄庄站施工中的应用[J].铁道建筑,2007(8):44.

[2]张长亮,石平,金美海.公路隧道大管棚超前支护技术与工程实践[J].交通标准化,2007(8):165.

[3]于文德.长大管棚在特大断面隧道施工中的应用[J].山西建筑,2007,33(17):318-319.

[4]王星华.粘土固化浆液在地下工程中的应用[M].北京:中国铁道出版社,1998.

超前管棚注浆 篇6

新建贵广铁路工程GGTJ-10标段梅树顶隧道工程为双线隧道, 隧道起讫里程为DK681+252~DK682+344, 全长1097m, 隧道进、出口随线分界里程分别为DK681+252、DK682+350。隧道穿越地层主要为全风化~强风化层, 其中Ⅴ级围岩565m, Ⅳ级围岩171m, Ⅲ级围岩356m, 隧道进口为帽檐斜切式洞门、出口为端墙式洞门, 隧道进口为偏压、浅埋地段, 设计进口段40m为Φ108超前长管棚, 隧道出口为浅埋地段, 设计出口段30m为Φ108超前长管棚。隧道进、出口顶部及洞身左右侧, 均为茶干竹林, 隧道进口地处广东省肇庆市广宁县古水镇大浪村东;出口位于广宁县古水镇新屋村, 进出口均为浅埋层。隧道设计线间距4.8m, 隧道内净空横断面积 (轨顶面以上) 为92m2;隧道内设置综合洞室四处, 洞室间距为500m, 洞室沿隧道两侧交错布置;救援通道走行面高于轨面30cm;隧道内设置双侧电缆槽。隧道内进口为6‰的上坡, 出口为3‰的下坡, 变坡里程为DK682+100。

2 长管棚超前支护施工技术

2.1 机械设备配置。

梅树顶隧道出口导向墙2009年5月1日开始施工, 2009年5月4日完工;管棚施工2009年5月6日开始, 2009年5月10日完工。隧道出口管棚施工主要机械设备配置见表1。梅树顶隧道工程施工自出口向进口方向掘进。

2.2 施工工序。

隧道洞口超前长管棚施工工序:施工准备→混凝土导向墙施工→利用预留核心土为钻孔作业平台→管棚钻机就位→钻奇数孔→顶进Φ108mm花钢管→清孔→管棚注浆→钻偶数孔→顶进钢管→钢管填充→孔口封堵。

2.3 超前长管棚施工技术。

梅树顶隧道出口30m设计为超前长管棚支护, 长管棚采用Ф108mm热轧无缝钢管, 壁厚6mm。⑴导向墙施工。长管棚需设置导向墙, 导向墙采用C20混凝土浇筑, 截面尺寸为1m×1m。长管棚导向墙的角度和长度根据现场开挖地质情况调整, 导向墙基础应设置在基岩上。为保证长管棚施工精度, 导向墙内设置2榀I18工字钢, 钢架外缘设Ф140壁厚5mm的导向钢管, 钢管与钢架焊接。导向管48根, 导向管轴线与衬砌外缘线夹角为1°~3°, 测量放线安装, 确保安装精度。导向墙混凝土采用经业主、监理验收合格的混凝土拌和站集中搅拌, 砼采用混凝土罐车运输至浇筑现场, 人工浇筑C20混凝土导向墙。导向墙及导向管布置见图1。⑵管棚施工。 (1) 钢管规格:长管棚设计为30m, 每节长度为6m的热轧无缝钢管 (Φ108mm, 壁厚6mm) 以丝扣连接而成, 同一横断面内的接头数量不得超过总钢管数的50%。 (2) 图1中编号奇数者采用钢花管, 编号偶数者采用钢管, 施工时先打设钢花管并注浆, 然后打设钢管, 以便检查钢花管的注浆质量。 (3) 钢花管上钻注浆孔, 孔径10~16mm, 孔间距15cm, 呈梅花形布置, 尾部留不钻孔的止浆段110cm。 (4) 钢管管距:钢管、钢花管环向间距中至中40cm, 钢管中至中80cm, 钢花管中至中80cm。 (5) 倾角:钢管轴线与衬砌外缘线夹角为1°~3°。 (6) 钢管施工误差:径向不大于20cm, 相邻光管之间环向不大于10cm。 (7) 管棚采用管棚钻机钻孔, 管棚钻机工作平台利用预留核心土, 钻头直径Φ130mm, 管棚钻孔过程中经常采用测斜仪进行钻孔偏斜度测量, 严格控制管棚打设方向、角度, 并认真做好每个孔的钻孔地质记录。 (8) 管棚钢管采用挖掘机和人工配合顶进, 钢管采用丝扣连接成单根长度30m的钢管。 (9) 超前长管棚施工结束后进行隧道正洞掘进, 超前长管棚支护纵向布置见图2。⑶管棚注浆。 (1) 管棚注浆工序。施工准备→钻奇数孔→顶进钢花管→清孔→注浆管理检查→拌浆、注浆→压力、流量符合要求→灌浆结束→钢管填充→孔口封堵。 (2) 管棚注浆采用水泥浆液, 水泥浆液水灰比为1:1 (重量比) 。 (3) 注浆压力:0.5~2.0Mpa。注浆前进行现场注浆试验, 根据实际情况调整注浆参数, 取得管棚注浆施工参数, 注浆结束后采用M10水泥砂浆充填钢管, 以增强钢管的强度。 (4) 单根管花管注浆量按下式估算:Q=π*Rk2*L*η;式中:R为浆液扩散半径, 取Rk=0.6L0, L0为注浆钢花管中至中距离, 80cm;L为钢花管长度, L=30m;η为围岩空隙率, 各地层条件下围岩空隙率参考值:砂土40%, 粘土20%, 断层破碎带5%, 取值20%。

结束语

超前管棚注浆 篇7

1 工程概况

阳泉至左权高速公路上的王家山隧道, 为一座联拱式双洞单向行驶隧道。隧道位于山西省昔阳县王家山村和建都村之间, 隧道全长436m, 起点桩号为K17+854, 洞口底板设计高程为930.00m, 终点桩号桩号为K18+290, 洞口底板设计高程为925.55, 隧道最大埋深91.3m, 位于K18+120, 进出口洞门形式采用端墙式。隧道进口端位于圆曲线段, 半径为R=2018.72m、出口端位于直线上, 纵断面设置为-2.5%的纵坡。

王家山联拱隧道地处山岭重丘区, 地形较陡, 隧址区地层由新到老为第四系中更新统 (Q2) 粉质粘土;奥陶系中统峰峰组 (Q2f) 灰岩。地质构造较为简单, 为单斜构造, 岩层倾向80度, 倾角12度, 局部存在微型小背斜、小向斜, 地层较为破碎。整体而言, 该隧道地质构造较为单一, 不存在断层;工程地质条件较好。

2 超前长管棚施工

2.1 采用此施工方案的原因。

王家山隧道因进口端地势陡峭, 洞口场地狭窄, 无进口条件, 采用从出口端往进口端进行掘进施工, 主洞采用30m超前长管棚进洞。常规联拱隧道施工工序为:先进行中导洞开挖支护, 中导洞贯通后再进行中隔墙混凝土浇筑, 中隔墙施工完毕后再施工主洞超前长管棚, 最后再进行主洞开挖支护。这样在中隔墙混凝土施工完毕后不能立即进行主洞的开挖支护, 必须等到超前长管棚施工完毕后才能进行主洞开挖支护, 中隔墙施工完毕与主洞能进行开挖支护之间必须有个25天左右的超前长管棚施工时间。王家山隧道在联拱隧道中因长度较长, 施工工期紧, 因此将施工方案进行了调整, 施工工序为:先进行中导洞开挖支护, 中导洞贯通后再进行中隔墙混凝土浇筑, 中隔墙混凝土施工的同时进行主洞管棚施工, 中隔墙施工完毕后立即进行主洞开挖支护。采用此方案可以节约主洞超前长管棚的施工时间, 中隔墙混凝土施工后可以立即进行主洞开挖支护。

2.2 总体施工方案。

王家山隧道设计K18+280为出口端明暗交接处桩号, 设计采用30m超前长管棚进洞, 长管棚套拱桩号为K18+280~K18+282。因中隔墙回填从进口往出口施工, 在出口明洞段中隔墙未施工的情况, 出口段主洞超前长管棚施工的关键在于解决管棚联拱处的混凝土套拱支撑问题。为使长管棚联拱处套拱支撑牢固, 采用在K18+280~K18+282.4段设置中导洞临时明洞, 左、右洞套拱外侧根据设计要求支撑在原设计位置, 连拱侧的两个拱脚落在中导洞临时明洞顶部, 先施工左、右线套拱的两侧拱脚及与中导洞临时明洞连接侧的拱脚混凝土, 待混凝土达到一定强度后, 再进行套拱剩余部分混凝土施工, 最后再进行长管棚钻孔, 送管, 压浆等施工工序。

2.3 中导洞临时明洞施工。

中导洞临时明洞采用5榀I16工字钢, 每60cm一榀, 桩号为K18+280~K18+282.4段。临时明洞内的工字钢背部纵向采用Φ22钢筋进行连接, 环向间距1m, 并在主洞套拱工字钢与中导洞临时明洞连接处的两侧背部预埋一块2400*40*15mm (长*宽*厚) 的钢板, 用于和主洞套拱工字钢进行连接。再喷射C25混凝土作为中导洞临时明洞。在施工主洞套拱时, 中导洞开挖停止施工, 采用工字钢对中导洞临时明洞进行竖向支撑, 封闭洞口。为确保各钢构之间连接牢固, 全部采用骑缝焊接。在施工临时明洞喷射混凝土时, 注意对背部连接钢板进行覆盖, 保证预埋钢板表面干净无杂物, 使其能与主洞套拱工字钢连接钢板密贴。

2.4 主洞超前长管棚施工。

2.4.1 施工方法。

主洞管棚定向采用2m长的C25混凝土套拱, 套拱混凝土导向墙在明洞外轮廓线以外施作。中导洞临时明洞施工完毕, 并在喷射混凝土强度达到85%后进行主洞套拱工字钢施工, 主洞套拱内的4榀工字钢外侧拱脚必须落到基岩上, 内侧拱脚的连接钢板必须要与中导洞临时明洞顶部预留的钢板采用骑缝焊接牢固。工字钢分段按设计尺寸弯制成弧形, 段与段之间采有螺拴连结成半圆形, 在洞口架立固定后, 在其上安装并固定Φ127孔口管, 立内、外模浇筑施工左、右线套拱的两侧拱脚及与中导洞临时明洞连接侧的拱脚混凝土, 混凝土墙厚60cm。为保证主洞套拱稳定性, 采用Φ108无缝钢管对套拱内的工字钢进行支撑, 呈伞状。最后浇筑剩余部分混凝土。在套拱混凝土浇筑施工时必须左右洞对称进行。

管棚钢管规格:管棚采用Φ108外壁为6mm的热轧无缝钢管及钢花管在现场加工制作, 钢管前端呈尖锥状, 尾部焊接Φ10加劲箍, 奇数管管壁四周钻4排Φ12mm压浆孔, 钻孔间距为15cm, 呈梅花形布置, 偶数管管壁不钻孔施工时钢管沿隧道周边以1°外插角。钢花管总长为30m.尾端留4.5m不钻孔, 尖锥段长20cm。每节节长为3m、6m。每节钢管两端均预加工成外丝扣, 同一断面内接头数量不超过总钢管数的50%。编号为奇数管的第一节采用3m钢花管, 偶数管第一节采用6m钢管, 以后每一节都采用6m长, 最后打入的一节钢管结合套拱长度截取合适长度。

施工时采用地质钻机钻孔, 钢管沿隧道周边以1°外插角打入围岩, 环向间距为40cm。钢管应按设计位置施工, 应先打奇数钢花管, 立即注浆, 注浆后再打偶数钢花管, 通过偶数钢花管钻进时流出的液体及其颜色检查奇数孔的注浆质量。钻机立轴方向必须准确控制, 以保证孔口的孔向正确, 每钻完一孔便顶进一根钢管, 钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度, 发现偏斜超过设计要求, 及时纠正。

长管棚注浆采用水泥浆液, 注浆参数:水泥浆液水灰比为1:1 (重量比) , 注浆压力:0.5~2.0MPa。注浆前进行现场注浆试验, 根据实际情况调整注浆参数, 取得管棚注浆施工经验。注浆采用BW-250/50型注浆机, 达到注浆压力2.0MPa后, 稳压10分钟。施工工艺见“主洞超前长管棚施工工艺流程图”。

2.4.2 工艺流程。

主洞长管棚施工工艺流程如下。

结语:现王家山隧道出口端30m超前长管棚已施工完毕, 待中隔墙混凝土施工完毕后可以立即进行主洞开挖支护施工。经过一段时间的监测和观测, 超前长管棚无任何变形, 采用此方案进行联拱隧道的主洞超前管棚是可行的。采用此方案可以减短施工时间, 以及减少机械和人员的空闲时间, 能创造不错的经济效益。

参考文献

[1]JTGF60-2009公路隧道施工技术规范[S].北京:人民交通出版社.

[2]JTGD70-2004公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社.

[3]易萍丽.现代隧道设计与施工[M].北京:中国铁道出版社, 1997.