大管棚超前预注浆（精选5篇）
大管棚超前预注浆 篇1
摘要：介绍宜万铁路马鹿箐隧道DK255+978特大型溶腔, 在泄水完成后, 采用大管棚超前预注浆支护措施成功通过溶腔的施工技术。总结了施工过程中岩溶治理措施, 为今后同类工程施工提供一定借鉴。
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.
[2]张杰, 四川眉山915勘查施工公司, 重庆真武山隧道大型管棚施工技术, 2000.
大管棚超前预注浆 篇2
大伙房水库输水 (二期) 工程三标段位于抚顺市南郊, 区内地形起伏较大, 地势略呈北高南低, 沟谷发育, 本段主洞共穿越夜海沟东沟、夜海沟谷、郎士沟谷、偏坎子沟谷、英德堡的部分沟谷, 这些沟谷埋深浅, 且常年有流水, 洞线穿越长度为87~766m, 围岩较差, 主要以Ⅴ类为主, 部分Ⅳ类;有些沟谷在施工中出现了大量涌水, 安全通过沟谷浅埋段是施工的难点之一
2. 问题的提出及方案确定
在实际施工中各沟谷都出现了涌水现象, 特别是通过朗士沟谷时, 主洞开挖到13+085~13+095时, 出水量约2000~3000L/min·10m已达到涌水, 开挖至桩号13+095~13+115时, 水量达到5000~6000L/min·10m, 围岩地质条件明显变差, 在开挖过程中遇水经常坍塌, 小导管注浆已不能满足施工安全的需求。为保证施工安全和洞室稳定, 在13+115桩号进行了超前勘探工作, 进一步探明了前方30m范围内的地质状况, 根据现场实际情况, 结合其他隧道施工经验, 认为较为合理的施工方法是采用超前大管棚帷幕注浆止水。
3. 超前大管棚帷幕注浆的工程量和工期
根据前期勘探成果, 为了达到止水目的, 本次超前灌浆计划在主洞上部均匀布置2环共19个灌浆孔, 其中外环孔1 0个, 内环孔9个, 外环间距1.2 m内环1.0 8 m, 梅花布孔。
本次超前灌浆钻孔深度外环为2 5 m, 外插角为6°, 内环为3 0 m, 外插角为3°。孔口管镶铸、待凝时间3天, 钻、灌效率按3 0 m/d·台计算, 投入2台钻机, 需9天, 进退场3天, 总计需12天。
4. 施工方法
4.1、掌子面的封闭:
掌子面的水集中导流, 然后打锚杆 (不要侵占108钢管的位置) , 挂网, 喷20cm厚C20混凝土, 封闭掌子面。
4.2、测量放样:
布设1 0 8管注浆孔的位子, 在以顶半圆的圆心为圆心, 3.5米为半径, 间距为120cm, 10个φ108钢管, 在半径3.3米的内环间距为108cm, 9个108钢管, 和上面的10个管成梅花形布置。中间有两个钻心取样的探测孔, 两个孔都在一个水平线上, 在中心线两侧各1米处, 距顶圆心下1.6米, 放样完φ108注浆管的位置后, 需用实验室手工钻心取样的手工钻机140mm直径的, 把喷上的20cm的钢筋混凝土钻心取出来, 这样就不会因为冲击钻作用在钢筋网上, 把混凝土振落, 使掌子面的封闭受到破坏, 而不起作用。
4.3 搭钻机平台安装钻机
(1) 钻机平台用脚手架搭设, 平台一次性搭好, 钻孔由三台钻机由高孔位向低孔位对称进行, 可缩短移动钻机的时间, 便于钻机定位。
(2) 平台支撑连接牢固、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) 钻机定位:精确核定钻机位置, 使钻机与已设定好的孔口管方向平行。可用全站仪、挂线、地质罗盘导向相结合的方法, 反复调整, 确保钻机钻杆轴向与孔口管轴线相吻合。
4.4 钻孔及孔的冲洗
(1) 为了便于安装孔口管, 摘孔口段钻头直径采用φ130mm, 1.5米深后, 安要求摘管、堵漏、注浆。正常注浆孔径采用φ75mm, 外环25米, 内环3 0米。
(2) 钻机开钻时, 可低速低压, 待成孔3m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
(3) 钻进过程中经常用测斜仪测定其位置, 并根据钻机钻进现象及时判定成孔质量, 并及时处理钻进过程中出现的事故。
(4) 钻进时若遇到坍孔、卡钻现象, 需补浆后再钻进。
(5) 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, 作为开挖洞身的地质预报, 为洞身开挖提供指导依据。
(6) 用钻杆配合钻头来回扫孔, 清除浮渣至孔底, 确保孔径、孔深符合要求, 防止堵孔。
(7) 用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
(8) 灌浆孔均进行冲洗。冲洗采用灌浆压力的8 0%, 压力超过0.5 M P a时, 采用0.5 M P a。
(9) 裂隙冲洗应冲至回水澄清后10分钟结束, 且总的时间要求, 单孔不少于30min, 孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。
(1 0) 当邻近有正在灌浆的孔或临近灌浆孔结束不足24h时, 不得进行裂隙冲洗。
(1 1) 注浆孔段裂隙冲洗后, 该孔应立即连续进行注浆作业, 因故中断时间间隔超过24h时, 在注浆前重新进行裂隙冲洗。
4.5 压水试验
结合裂隙冲洗, 采用“简易压水”、“单点法”进行压水试验。试验压力为灌浆压力的80%, 该值若大于0.5MPa时, 采用0.5MPa;压水20min, 每5min测读一次压水流量, 取最后的流量值作为计算流量, 其成果以透水率表示。
4.6 灌浆材料、灌浆设备
4.6.1 材料
灌浆采用纯水泥浆。
(1) 水泥。水泥采用浑河牌P.O 42.5级普通硅酸盐水泥, 其质量满足灌浆要求。施工过程中, 对于受潮结块的水泥和出厂期超过三个月的水泥及时清场, 不得使用。
(2) 拌和用水。抽取4#支洞施工区内的地下水, 水温及水质均符合灌浆要求。
4.6.2 灌浆设备
(1) 灌浆泵使用B W-2 5 0/5 0 0灌浆泵1台, 其最大容许工作压力为10.0Mpa, 排浆量能满足灌浆最大注入率的要求。
(2) 根据灌浆需要配置1台高速和1台低速浆液搅拌机。高速搅拌机为自制的300L搅拌桶;低速浆液搅拌机为YJ-200型双层搅拌桶, 能保证均匀连续地拌制浆液。
(3) 灌浆管路选用可承受最大压力为15MPa的高压钢丝编织胶管;压力表最大标值为10MPa, 已经过率定。压力表和管路之间应设有隔浆装置。
(4) 孔口封闭器为自制法兰盘, 耐高压, 易于安装和卸除。
(5) 注浆时采用自动记录仪记录水泥用量。其性能指标满足施工要求。
(6) 所有注浆设备、仪器、仪表均始终保持工作状态正常, 并应配有足够的备用设备。电力驱动的设备保证接地良好并经确认能保证施工安全时, 方可使用。
4.7 灌浆
4.7.1 施工工艺
4.7.2 灌浆程序
(1) 一般要求。超前预注浆必须严格按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》 (D L/T 5 1 4 8-2 0 0 1) 中相关规定执行。
(2) 施工程序。外排I序孔→外排II序孔→内排I序孔→内排II序孔。
(3) 工艺流程。孔口扩大段钻孔 (孔口段钻头直径采用φ130mm, 钻深15米) →冲孔及压水试验→镶铸孔口管 (φ108mm的钢管19个) →灌浆 (19个孔都达到闭浆标准) →下一段钻孔→冲孔及压水试验→全孔灌浆结束→封孔。
(4) 灌浆段1.5米段, 外环孔2 5米一段, 内环3 0米一段。摘管注浆完成后, 采用φ7 5 m m钻头重新开钻, 外环孔1 0个2 5米深, 内环孔9个3 0米深, 按要求钻孔、钻孔冲洗和压水试验后, 进行灌浆。
(5) 超前预注浆采用“孔口封闭, 孔内循环分段灌浆法, 分段原则为出水量大于30L/min的需要进行注浆处理。设计初始灌浆压力0.2 5 M P a, 最大灌浆压力不超过0.5 M P a。
(6) 各注浆孔段不论透水率大小均按技术要求进行注浆, 对特殊地层注浆段应采取相应的施工技术措施, 有效控制灌浆量。
(7) 射浆管采用4′硬质P V C管, 注浆时射浆管底部距离孔底不大于0.5 m。
(8) 注浆应尽快达到设计压力, 但对于注入率较大部位应分级升压。
(9) 注浆浆液水灰比拟采用2﹕1、1﹕1、0.5﹕1三个比级。开灌水灰比采用3﹕1。
(1 0) 注浆应由稀至浓逐级变换。灌浆的变换原则如下:
1) 当灌浆压力保持不变, 注入率持续减少时, 或注入率不变而压力持续升高时, 不得改变水灰比。
2) 当某级浆液注入量已达到300L以上, 或灌浆时间已达30min, 而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时, 应该浓一级水灰比。
3) 当注入率大于3 0 L/m i n时, 可根据具体情况越级变浓。
4.7.3 灌浆结束标准和封孔方法
(1) 超前预注浆结束条件为, 注浆段在最大设计压力下, 当注入率不大于1L/min后, 继续灌注15min结束。
(2) 全孔注浆结束并经监理工程师验收合格后, 采用“压力灌浆封孔法”进行封孔。
4.8 灌浆质量控制
⑴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, 据以施工。
⑵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) 注浆过程应派专人负责, 观察压力表值, 监控连通装置, 避免因压力猛增而发生异常情况。
5、劳动力组织及设备投入
超前预注浆施工工序多, 工种杂、技术性强、要求技术工人具有各方面独立操作能力, 又能处理管棚施工中一般的故障, 管棚施工的质量很大程度上取决于钻孔和注浆的质量。为了保质保量快速完成本次超前灌浆任务, 达到预期止浆目的, 使得下步主洞开挖安全顺利进行, 结合现场作业条件, 承包人配置了相应的设备资源和人力资源。见表2-1、表2-2。
6. 施工质量与效果评定
超前灌浆为隐蔽工程, 且对后续开挖施工的安全起着决定性的作用, 因此, 承包人高度重视本次灌浆任务的施工质量, 对本次灌浆施工质量与效果评定如下:
6.1 外环注浆孔外插角5.5°~6°, 间距1.8 cm;内环外插角2.8°~3.3°满足设计与规范要求, 为保证注浆的扩散范围创造了条件。
6.2 注浆过程中有浆液从掌子面的裂隙中渗出, 说明注浆段的围岩裂隙很发育, 同时也表明水泥浆液已经扩散到围岩的裂隙中, 起到了止水、固结周边围岩的作用。
6.3 注浆前通过压水实验测得透水率在16.7~27.3之间, 灌浆完毕后, 按监理打检验孔后做压水实验测得的透水率在0.8~1.7之间。灌浆后的透水率减小到了灌浆前的1/18。实际开挖后掌子面的出水量较以前明显减少。
综合以上本次超前预注浆到了止水的预计效果。
7. 结束语
注浆前开挖时, 装药较为困难, 刚装进去即被水冲出, 爆破时拱顶还经常出现大小不等的塌方 (顶塌方在50~3000mm) ;注浆前喷砼时总是脱落, 施工较为困难, 每延米用料量都在设计值的四倍以上。注浆后在注浆固结体与超前小钢管的共同作用下小的塌方与大的超挖现象杜绝;喷砼用料量也大副下降。
大管棚超前预注浆 篇3
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
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[3]黎爱清, 吕秀华.长大管棚施工工法[J].西部探矿工程, 2003.
大管棚超前预注浆 篇4
1 有关大管棚超前支护施工技术的应用
以我国最大的断面公路隧道龙头山隧道为例, 龙头山隧道以一百千米作为设计的时速, 并且隧道的深度为98千米, 隧道的左线为1000米, 右线为1001米。而隧道的最小进口净距是22.8米, 最大净距为50米左右;出口的最小净距为20.7米, 工程的最大开挖高度是13.55米。而本次工程的支护过程中, 需要引起关注的是龙头山隧道的洞口处围岩是受到风化后的花岗岩, 这类岩层的结构比较松散, 稳定性差, 如果不采用大管棚的超前支护施工技术, 就会造成隧道的塌陷。
2 大管棚超前支护施工技术的作用原理分析
通常情况下, 在进行大管棚超前支护施工技术的过程中, 要对隧道的外缘进行纵向钢管的打入, 并对插好的钢管进行浆水的注入, 从而对隧道周围的软弱围岩进行加固。在工程的开挖施工过程中, 进行拱形钢架的架设和支撑, 继而形成具有牢固特性的棚状的支护结构。这样一来, 大管棚在进行超前支护的过程中, 能够将各个钢管同具有稳定性和承载力的钢架、断面三者之间形成具有稳定性与超静定受力的系统, 并且将光管和断面的交点作为钢结点, 钢管同拱形钢之间的交点作为铰接的形式。在实际的工程施工中, 要求施工能够结合隧道的实际地质条件, 进行开挖方法的选择, 并将荷载集中在一根钢管之上, 能够起到支撑围岩的作用, 并通过科学与合理的计算, 对超前支护的承载力进行预计, 进行大管棚超前支护施工技术的工作。
3 有关大管棚超前支护施工技术的施工工艺分析
3.1 大管棚超前支护施工技术的施工设计。
一般情况下, 在断层的破碎带和富有大量水分的地层中会采用大管棚的超前支护方式进行施工, 依托于预注浆的方法能够在开挖的地方形成具有壳体性的棚幕, 可以在安全性方面得到一定程度的增强。而在钢管的规格设计方面, 选用钢管壁的厚度为6毫米、长度为40米的热轧无缝钢管, 按照梅花形的交错布置可以提升浆液的渗透能力。在施工的过程中, 需要对编号为单号的钢化管进行作业, 依托于注浆的方法, 既能够检查出钢花管不密实的位置, 还能够利用双号的钢花管进行加固。
3.2 有关大管棚超前支护施工技术的施工工艺。
在进行大管棚超前支护施工技术时, 首先要对隧道设计的轮廓进行放样测量, 将间距定为40厘米, 对管棚进行位置的标注。然后依托于实际的条件进行钻孔的工序, 首先要对其进行素混凝土的喷注, 并将其作为止浆墙方面, 保障隧洞不会出现塌陷和漏浆的问题。在进行钻孔工作的过程中, 要注意保持速度的匀速性, 并将开钻的角度控制在三度之内, 这样一来能够顺利地规避夹钻的问题。对套管进行清洗, 然后将套管作为护孔进行施工。施工人员需要依托于设计的具体要求, 依托于30厘米的厚壁管箍对加工好的钢花管进行接头, 并将其打入到岩层中, 从而起到固定钢管的作用, 防止其从孔中滑出。当钢管插入钻孔后, 进行套管的取出, 与此同时岩壁就能够直接压住钢管, 并且可以起到加固和严实的作用。
在进行大管棚超前支护的施工中, 需要注意的是管棚的施工要同设计图纸中的位置相统一, 并且能够准确地控制钻机的立轴方向, 保证每次钻完一个孔, 就立即顶进一根钢管, 这样一来就能够保障工程的严实度, 安全系数得以一定程度的提升。
3.3 对大管棚超前支护施工技术中预注浆的阐述。
通常情况下, 在大管棚安装后, 就需要对其进行预注浆的环节, 这个环节主要是依托于浆液的渗透作用, 进行岩体的加固和管棚强度的增强。在实际的预注浆过程中, 需要对预注浆进行参数的设定, 比如:水泥浆和水泥灰的比重为1, 注浆的压力大约为2.5MPa之内, 一般来说浆液的扩散半径均要求大于0.5米。在进行注浆环节之前, 需要专业的施工人员能够在现场进行注浆的试验, 并根据试验的结果同实际的情况相结合, 进行注浆参数的调整, 使之能够更加合理和完善。
3.4 有关工程质量的保障措施。
在进行注浆工艺的操作过程中, 需要施工管理人员能够选择具有丰富经验和能够熟练运用大管棚超前支护施工技术的施工人员进行实际的施工作业。在进行施工作业的时候要求施工人员能够严格按照设计的参数进行施工, 保证各个施工工序之间的衔接顺畅。要求管理人员能够对现场的指标进行科学地检测, 对工程的自检结束之后, 要求监理人员能够对工程项目进行二次检查, 确保工程的质量和安全。在施工的过程中, 需要施工人员能够依托于建设施工的经验对施工中导向墙锚固钢筋的设置同实际需要相结合, 能够保证整个支护的安全和质量。进行水泥混凝土的振捣时, 需要保持匀速和充分, 促使混凝土能够呈现出外光内实的现象, 能够更好地将加固作用展现出来。
3.5 安全施工的保障措施的阐述。
“安全第一, 预防为主”能够贯穿于整个施工作业当中, 这就要求施工单位中的管理人员能够对工程的设计参数进行反复地试验, 并确定设计方案的可行性。在施工的过程中, 也需要施工管理人员能够督促施工人员按照设计要求中的参数进行作业, 保证整个工程的质量, 这样一来就能够对施工中的安全问题得以保障。首先, 要对整个施工队伍进行安全教育工作的展开, 强化安全生产与作业的意识;第二, 需要对导向墙的建设予以严格的把关, 使之能够在稳定性方面加以条件的保障;第三, 在进行钻杆的卸除时, 要求施工人员能够听从管理人员的指挥, 规避在拆卸的过程中管钳等工具对人的安全造成威胁;第四, 安全帽的佩戴要正确, 并且在施工的现场必须佩戴;最后, 在进行夜间施工作业的时候, 要求施工现场的照明系统可以良好地运转, 并对电气设备进行科学与合理的检查, 保障整个施工的安全。
结束语
经济的快速发展, 带动科技的进步, 在工程的施工领域中对技术的要求也随之提升。原先施工困难的地段和无法施工的问题都得到先进技术的帮助, 比如文中重点介绍的大管棚超前支护施工技术的应用, 可以解决施工中出现的因围岩风化作用明显而无法施工的问题。对大管棚施工技术的应用, 能够在提高施工工作效率的同时, 对施工人员的安全性加以提升, 并保障工程的顺利竣工。
参考文献
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大管棚超前预注浆 篇5
1 大管棚超前支护技术的概述
管棚技术, 也就是水平定向钻进技术, 是一种不需要经过挖掘就可以实现的技术, 它是从原始的钻探技术衍生并逐渐发展起来的一种新型技术, 该种技术的实施, 不会对地表产生破坏力, 但是需要铺设一定的地下管线。目前在城市地铁、市政管线等地下工程施工中均有运用, 其发展前景相对广泛。也随着其应用范围的推广, 目前已经被运用到隧道之中, 并取得了一定的成果。
管棚超前支护技术具有所需设备简单, 施工工序也比较简洁、整个施工的成本较低等特点, 经常被运用于软岩隧道中穿越破碎带、松散带和软弱地层。一般来说, 在城市浅埋暗挖隧道施工中, 可能会产生一定的位移, 而对施工造成一定的影响, 所以需要控制地层位移。而管棚超前支护技术具有独特的支护效果, 可以适当的避免地层位移的现象, 因此, 受到施工重视。
2 大管棚超前支护发展中所需要应对的问题
近年来, 管棚超前支护技术也得到了进一步发展, 其使用长度增加, 管径扩大。而也随着这些数据的增大, 施工难度也不断提高, 传统的施工方式已经无法适应愈加增加的管径。大管棚施工所需要的浅埋暗挖, 实际上会导致施工区域内的水土流失, 进而地表下沉。除此之外, 相对较长的管棚难以控制其导向, 管棚注浆的效果得不到保证, 这些都是大管棚超前支护发展中存在的问题。因此, 需要在具体的施工中引起重视, 避免这些问题的存在影响施工区域的环境, 同时也降低了道路本身的安全素质。
3 超前大管棚支护施工关键技术
笔者当前所面对的施工路段概况为:桥梁7座, 隧道5座, 隧道长基本都是400至500m。而隧道出口的地层主要为地层岩, 相对来说比较软, 层间的结合力较差, 也就是整体的抗压能力存在问题, 容易出现变形、坍塌等风险, 因此, 需要超前大管棚支护来作为安全保障。
其进洞方案如下:采用长管棚及超前小导管注浆, 作为隧道开挖的超前支护体系。且需要采取一定的措施, 对洞口的一定地表范围进行加固处理, 在相对区域内, 还需要保持管棚不破坏地表, 也就是地表植被相对完整。其关键技术有:
3.1 施工前准备
通常来说, 对隧道进行加固处理, 需要清除隧道洞口或者之中的风险因素, 避免影响施工安全, 或者影响施工质量。且隧道管棚施工, 需要水准点和导线点, 子在施工之前, 都需要对其进行反复的确认。
3.2 管棚材料
为了实现施工的顺畅, 施工材料需要事先进行准备和处理, 也就是管棚材料需要实现选定, 并且进行切割等处理, 以保证在施工中的精确性。尤其要注意管头的衔接处理, 避免注浆存在问题。
3.3 管棚施工工序
第一, 管棚钻机施做大管棚, 此处涉及到样管的放置, 需要先行测量出放置的轮廓;
第二, 管棚注浆, 注意管内注浆的质量和比例, 并用一定的砂浆进行填充, 保证其刚度与强度;
第三, 施工效果确认, 通过挖开面的情况, 来确认施工是否已经达到需要的标准。
4 管棚施工控制要点
4.1 在钻孔之前, 需要精确的测量定孔的平面位置、倾斜角度、外插角度。为了保证每个孔的顺序, 需要对其进行编号处理;
4.2 钻孔时仰角的确定需要根据钻孔的深度和钻杆的强度来进行确定, 通常情况下时0°到3°;
4.3 需要严格控制钻孔的平面位置, 管棚不可以侵入隧道的开挖线, 且相邻的管道需要保持一定的距离, 不可相撞或相交;
4.4 反复测量钻孔的斜度, 严格控制管棚打设方向, 一旦发现斜度存在误差, 或者误差超过一定的限度, 需要及时的提出, 并再次测量纠正。
4.5 掌握好开钻与正常钻进的压力大小和速度, 避免压力过强导致钻杆超负荷运作, 进而产生断杆的现象, 不仅影响工程进度, 也影响工程质量。
4.6 在遇到相对松散的堆积层和破碎地质层时, 可以适当考虑在钻进中增加套管护壁, 确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。
5 总结
无论是在何种情况之下, 对于隧道类工程的建设, 都必须先保证施工安全, 再保证运行安全。也就是说, 需要加强对施工技术的控制, 避免因为施工不当导致工程事故的出现。隧道大管棚超前支护工作, 存在一定的难度, 而其具有的加固隧道的作用十分重要, 这也是其发展的必要优势。在大棚管超前支护施工中, 需要对其施工技术进行改善, 针对施工要点加强研究, 以期望在实践中发展该技术, 提高其发展价值, 这也是我国道路发展的然要求。
参考文献
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