隧道管棚超前支护技术

隧道管棚超前支护技术（共7篇）

隧道管棚超前支护技术 篇1

社会经济的不断发展, 提高了对于交通的要求。而我国地域相对较大, 在道路的需求上本来也相对较高。为了更好地适应交通需求, 我国不断的修建桥梁和道路。然而, 我国相对宽广的区域, 也造就了其复杂的地形。在道路的修建上会存在多种问题。就目前的交通来看, 我们经常在坐火车的时候会经过隧道、桥梁等路段, 而在这些路段的修建上, 需要更加精细的施工和技术, 以保证道路的安全性, 避免乘客的人身财产所受威胁过大, 同时, 修建道路属于公共事业, 这也是为了避免公共资源的浪费。

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

[1]王春华.超前支护浅埋暗挖技术在小间距隧道中的应用[J].施工技术, 2013, 01:101-104.

[2]刘钟, 柳建国, 张义, 李志毅.隧道全方位高压喷射注浆拱棚超前支护新技术[J].岩石力学与工程学报, 2009, 01:59-65.

[3]李志雄, 章立峰, 祁世亮.地铁南京站过站区隧道大管棚施工技术[J].隧道建设, 2003, 04:33-35+38.

[4]班培菊, 李桂英, 周雁, 司建忠.公路大断面风积沙隧道施工技术[J].内蒙古公路与运输, 2002, 04:20-22.

[5]李保平, 王小林, 李冀伟.煤炭隧道结构施工中小导管超前支护应用分析[J].煤炭技术, 2012, 09:88-90.

隧道管棚超前支护技术 篇2

1 工程概况

海客道属于舟山市临城新区规划的城市主干道“三纵三横”网络的“三横”之一,向西连接定海舟山经济开发区,通过弘生大道经东山隧道连接定海城区;中间横贯临城新区整个北部地区;向东连接普陀城区,是临城新区的主要对外交通干道。线路全长4 312 m,其中隧道长524 m。

海客道隧道埋深浅、跨度大,最大开挖跨径达17.5 m,进出洞口段处于第四系松散堆积体上,洞口覆盖层为泥夹石,埋深5 m～7 m。洞口段为强风化层,岩石呈碎块状,裂隙发育,岩体完整性差,呈碎石状松散结构,拱部无支护时可产生较大坍塌,围岩不稳定,成洞困难。

2 大管棚支护施工工艺

大管棚施工是通过钢管穿过自稳性差的不良地层在预定范围内形成棚架结构,通过给钢花管外围岩注浆固结,形成一个刚度较大的棚幕,有效提高围岩的承载力及自稳能力,从而实现超前支护。海客道隧道管棚长度为40 m,由于一次钻孔40 m长,对其施工工艺的各项指标控制精度要求很高。

2.1 施工工艺流程

套拱施工→搭设钻机平台和安设钻机→钻孔→清孔、验孔→安设管棚钢管→注浆→结束。

2.2 主要施工工艺控制措施

2.2.1 大管棚施工技术参数

大管棚的规格:热轧无缝钢管ϕ108×6 mm,节长3 m,6 m;孔口管:ϕ127×4 mm钢管;环向间距40 cm,共53根,纵向一次钻进40 m;外插角2°。

2.2.2 套拱施工

套拱是大管棚钻孔的导向墙,采用C20混凝土浇筑,纵向长度2 m,厚度1 m,内设4榀格栅拱架,用于固定孔口管。孔口管的定位是大管棚施工中的一道关键工序,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,因此,首先要保证格栅拱架架设准确,固定牢固,其次要用全站仪以坐标法在格栅拱架上准确地定出其平面位置,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钢拱架上,防止浇筑混凝土时产生位移。

2.2.3 搭设钻机平台和安设钻机

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,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。钻机安设时必须利用全站仪等测量仪器控制好钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

2.2.4 钻孔

施工采用XY-28-300型电动钻机,钻孔顺序为先两边后拱部,先钻有孔钢花管后钻无孔钢管,每钻完一孔即顶进一根钢管,注一孔浆,无孔钢管作为检查注浆质量。

1)在钻进过程中经常用测斜仪检查钢管钻机的偏斜度,发现误差超限及时纠正,至终孔仍超限者应注浆封孔,待浆液凝固后原位重钻。2)钻机开钻时,要低速低压,待成孔2.0 m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。施工中为防止卡钻、掉钻现象发生,钻进的速度不能过快。3)在松散破碎围岩段,如发生塌孔、卡钻,应采取拔除钻杆,进行孔内注浆,待浆液凝固(一般12 h)后原位重新钻孔。4)钻孔过程中要认真做好大管棚钻进施工的原始记录,及时对孔口岩屑进行岩性判断、描述,作为开挖洞身的地质超前预报资料,指导今后的洞身开挖作业。

2.2.5 清孔、安设管棚钢管

1)下管棚钢管之前,先采用地质岩芯钻杆配合钻头在孔内进行来回清扫,清除孔内浮渣,再用高压气从孔底将浮渣吹出来,清孔完成后要用经纬仪、测斜仪等测量仪器检测孔深、倾角、外插角。2)钻孔检查合格后,在钻机上安装ϕ115顶进连接套,利用钻机低速地将钢管顶进孔内,钢管接头采用丝扣连接,丝扣长15 cm,为使钢管接头错开,编号为奇数的第一节管采用3 m钢管,编号为偶数的第一节管采用6 m钢管,以后每节均采用6 m钢管。

2.2.6 注浆

管棚注浆采用BW-250/50注浆机分段注浆,利用浆液的渗透作用和压密作用将周围岩体预先加固并封堵围岩的裂隙水,这样既能起到超前预支护的作用,同时也加强了管棚的强度和刚度。注浆前先要根据现场的实际地质情况进行注浆试验,确定注浆参数,海客道隧道根据现场试验确定注浆参数为:

1)注浆采用纯水泥浆,水灰比为0.6∶1;

2)注浆初压0.5 MPa～1.0 MPa,终压2 MPa;

3)浆液扩散半径不小于0.5 m;

4)单孔钢管最小注浆量:Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β。 其中,r为钢管半径;L为钢管总长度;R为浆液扩散半径;η为地层孔隙率;α为浆液有效充填率(取0.9～0.95);β为浆液损耗系数(取1.1～1.15)。

每个孔的注浆结束与否,不是以时间来判断,而是以注浆压力和注浆量来控制,当注浆压力持续升高,达到注浆预定压力后,或浆液注入量达到最小设计量的90%,该管注浆才可结束。若个别孔注浆量达不到最小设计值,则采取将邻近的无孔钢管改为有孔钢花管注浆进行补强。注浆时经常观察注浆机压力表度数及附近地表有无漏浆情况,发现异常及时停止注浆。注浆结束后及时清除管内浆液,并用1∶1水泥砂浆紧密充填,增强管棚的刚度和强度。为保证注浆效果防止串浆,大管棚施工为钻一孔注一孔。

3 结语

进洞后对洞口段的收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、拱圈位移、钢拱架及钢筋应力等方面进行了全面的监测,结果表明:洞口段的地表沉降、拱顶下沉和收敛变形量均处于设计、规范允许范围内,大管棚超前支护取得了良好的效果,既能阻止松散围岩的坍塌又能有效控制地表沉降,为隧道洞身的安全、顺利通过创造了条件。

实践证明对于浅埋大跨径隧道洞口的软弱破碎围岩地段采用长大管棚施工工艺,可以有效发挥超前支护作用,增加了施工安全性,提高隧道的长期稳定性,具有显著的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].

[2]JTJ 042-94,公路隧道施工规范[S].

[3]中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术专业委员会.锚固与注浆技术手册[M].北京:中国电力出版社,1999.

[4]韩永生.管棚施工技术[J].山西建筑,2008,34(15):111-112.

隧道管棚超前支护技术 篇3

红岩隧道位于重庆市巫溪县红岩村场口, 是奉溪高速公路众多隧道中其中一条, 该隧道左洞长1215m, 右洞长1225m, 双向4车道, 隧道设计为净宽10.79m, 净高7.00m的三心圆曲墙半圆拱。

隧道进口端洞口基岩出露为灰岩, 局部夹泥岩、粘土岩, 质极软。红岩隧道进口段下穿S203公路, 洞口段埋深6~7m, 隧道拱顶距S203公路路面6m, 约0.47D (D:隧道开挖跨径, 为12.78m) , 隧道施工对既有S203公路影响严重。

2 大管棚超前支护的必要性及相关的工作原理

由于隧道开挖断面大, 洞口处岩体风化十分严重, 土体松散, 加之上方S203公路行车的影响, 洞口开挖面极易发生坍塌, 施工进洞困难。采用大管棚超前支护施工技术对洞口段堆积体进行注浆固结, 然后再开挖 (开挖方式采用环形开挖预留核心土法逐榀开挖进洞, 及时开挖及时支护) , 可以有效保证洞口边仰坡稳定, 而且使开挖轮廓线外圈形成棚幕和一层壳体, 从而大大增加了进洞施工的安全性, 确保顺利进洞及S203公路的安全。

超前支护的基本工作原理是在待开挖洞顶轮廓线以外一定角度范围内 (本项目外插角1~3°) , 环向按照一定的间距 (本项目设计间距40cm) 超前打入钢管, 并在钢管内进行压力注浆。环向钢管形成棚架, 为开挖及初期支护作业提供了安全保障;浆液固结后钢管和围岩之间组成了一个共同的固结圈, 从而在隧道的纵向和横向分别形成一个刚度较大的梁结构和拱结构。这个结构能有效提高围岩的承载力及自稳能力, 减小围岩的变形;同时, 隧道开挖后与钢架一起共同组成刚度较大的支护结构, 以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。

3 大管棚超前支护设计参数

1) 钢管规格:采用φ108mm壁厚4.5mm的热轧无缝钢管, 钢管前端呈锥形, 尾部焊接φ10加劲箍筋, 管壁四周钻2排φ20mm压浆孔, 管长30m, 钢管内设置钢筋笼, 钢筋笼主筋4φ20, 采用φ50壁厚4.5mm的钢环作固定环, 固定环节长4cm, 与钢筋笼主筋焊接, 如图1所示。

2) 管距:环向间距为40cm, 共布置36根, 从拱顶向两侧拱腰对称布置。钢管外插角:1°。

3) 管棚注浆采用M30水泥净浆, 水灰比为1:1, 稠度120~160S, 地下水丰富时可采用水泥玻璃双液浆。

4) 同一环管棚中接头的位置应相互错开不小于1m, 管棚节长度为3m+6m+6m+6m+6m+3m或6m+6m+6m+6m+6m。

5) 施工时应先打编号为单号的钢花管, 注浆后再打编号为双号的钢花管。编号为双号的钢花管可作为注浆质量的检查管, 若单号钢花管注浆有不密实之处, 应在双号钢花管中注浆填实。

4 大管棚施工及相关技术要求

大管棚施工工艺流程如图2。

4.1 施工前的准备工作

4.1.1 疏排水源, 洞顶截水

疏导洞身附近的水源, 设环型截水沟, 拦截地表水;建立排水系统, 使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围。

4.1.2 导向墙施作

待明暗洞口边仰坡加固稳定后, 开挖导向墙基础, 施作导向墙, 导向墙开挖不得再随意切坡, 只有在管棚施作完毕后, 才能扩挖。在管棚施工中, 必须保持套拱的稳定, 不偏移, 不沉降, 必要时对导向墙基础进行处理和增加一些临时支撑, 以确保管棚施工安全和孔口管就位准确。

C25混凝土60cm厚长度2m的导向墙作为管棚的固定端, 拱内设三榀Ⅰ20A工字钢, 并在其中用φ20螺纹钢筋焊接布置36个φ127孔口管, 孔口管与Ⅰ20工字钢焊为整体。

4.1.3 钢管制作

钢管按照设计图纸要求制作, 管前端加工成锥形以便送入, 为确保接头质量, 以长15cm的丝扣连接, 起连接和导向的作用。为防止浆液倒流, 每根钢花管尾部均焊接有止浆板和止浆阀, 止浆板采用1cm厚钢板制作, 中间焊有15cm长φ25钢管以便安装止浆阀, 以备注浆时用。

4.2 管棚的施作

4.2.1 测量放样、钻机定位

测量放样出隧道设计轮廓线并按40cm的间距标出管棚的位置。搭设支架和操作台, 将液压潜孔钻机移动并定位至标定位置。

4.2.2 钻孔

利用孔口管并按设计角度为1°的外插角把套管与钻杆同时同步冲击回转钻入岩土层内至设计深度。套管与钻具同时跟进, 产生护孔作用, 避免钻杆在提出孔后产生塌孔或涌水事故, 并提供临时护孔, 方便往孔内插管注浆。

钻孔要求精度高, 终孔位置准确, 各开孔的孔眼与终孔的孔眼落在同一周界面上, 避免产生较大的偏差和变形。同时要确保钻孔的顺直度, 以避免管棚送入时卡管。

4.2.3 清孔

钻孔结束后, 先把套管内孔注水洗净后, 再把钻杆取出。套管仍保留在孔内提供护孔作用。

4.2.4 顶进钢管棚

把按设计要求加工好的钢管顶入套管内, 接头采用15cm长的厚壁管箍, 上满丝扣;并把钢管轻轻打入岩土层内, 以固定钢管不易滑出孔口。钢管插进完毕后, 取出套管。套管取出时, 坍落的岩土会于孔内压紧钢管。钢管口与孔口周壁用水泥砂浆密封。

当管棚安装完毕后, 用小木楔把钢管与围岩壁楔紧, 再用防水胶泥 (锚固剂) 将空隙封闭住。

4.2.5 插入钢筋笼

再次清孔并将钢筋笼插入钢管内, 使之与钢管成为一体。

4.3 注浆

利用浆液的渗透作用和压密作用将周围岩体预先加固并封堵围岩的裂隙水, 这样既能起到超前预支护的作用, 同时也增强了管棚的强度和刚度。

4.3.1 注浆材料

普通硅酸盐水泥P.O 42.5, 溪河水, 水灰比 (W/C) 1:1, 水泥稠度120~160S, M30水泥净浆, 随拌随注。

4.3.2 注浆的技术要求

1) 注浆时一般由两侧低位孔向中间高位孔顺序向上进行, 先注无水孔, 后注有水孔, 在无水地段可从拱脚起顺序注浆。注浆速度根据注浆孔出水量大小而定, 一般从快到慢。注浆结束时将闸阀关闭, 卸下进浆管, 进入下一循环。

2) 注浆结束的条件。

单孔结束条件:初始注浆压力0.8~1.0MPa, 注浆压力达到设计终压2MPa, 浆液扩散半径不小于0.5m, 注浆压力逐步升高, 达到设计终压并继续注浆10min以上, 浆液注入量已达到计算值的80%以上。

全地段结束条件:所有注浆孔均已符合单孔结束条件, 无漏注浆的情况。

3) 注浆过程中应时刻注意观察注浆管周围防水胶泥的变化情况, 防止浆液压力增加时将其冲裂。

4) 注浆过程中随时检查孔口、邻孔有无串浆现象, 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。

4.3.3 工艺流程

5 施工效果检测与评价

1) 对注浆加固区进行钻芯取样, 浆液的填充情况良好。

2) 钻爆开挖后开挖断面检测结果符合设计及规范要求。

3) S203公路路面沉降监测结果符合设计要求。

4) 对洞口段的地表沉降、周边收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、拱圈位移、锚杆受力、钢拱架应力等进行全面的监测。监测结果表明:经过连续三个月的观测, 洞口地表累计下沉均值为18.12mm、最大为35.20mm, 拱顶累计下沉均值为8.53mm、最大为10.25mm, 布设监测点的断面都已处于稳定状态, 能够满足设计和规范要求。

6 施工辅助措施

1) 为了保证施工期间S203道路畅通, 又不影响进洞施工安全, 在红岩隧道洞顶增设钢栈桥, 使其跨越左右洞, 减少行车震动, 保证隧道的进洞安全。

2) 隧道洞口段增设临时仰拱, 并及时施作仰拱, 掘进循环进尺不宜过大, 一般按60cm进尺, 并符合型钢拱架间距。

3) 隧道洞口段原设计采取φ25中空注浆锚杆周边注浆加固, 施工中为保证进洞安全和防止拱架沉降在锁脚处每榀拱架两侧用两根小导管打入4.5m长加强锁脚, 并注浆固结。

7 结语

通过工程实践证明, 大管棚工法的梁效应和固结效应既能阻止松散围岩的坍塌又能有效控制沉降。大管棚超前支护在红岩隧道下穿S203公路的洞口浅埋段施工中的成功应用为隧道施工及S203公路的安全奠定了基础, 也为后续软弱围岩的处理及复杂地质条件下的洞身施工积累了经验。

摘要：红岩隧道进口下穿S203公路段埋深较浅, 隧道施工对既有S203公路影响较大。针对这种情况, 采用大管棚超前支护施工方法, 使隧道顺利穿越S203公路进洞。本文主要从施工技术角度阐述大管棚超前支护技术在隧道洞口浅埋段施工中的应用。

关键词：隧道,大管棚超前支护,注浆,效果

参考文献

[1]公路隧道施工技术规范 (JTG F60-2009) .

隧道管棚超前支护技术 篇4

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.

隧道管棚超前支护技术 篇5

重庆市轨道交通三号线龙头寺站—设计终点站区间隧道全长419.824 m,本区间共拟定了7种内轮廓类型,其中Ⅳa形、Ⅳb形为单洞四线隧道,Ⅳc形、Ⅳd形、Ⅳe形为双洞四线连拱及小净距隧道,Ⅳf形、Ⅳg形为三洞四线连拱及小净距隧道。Ⅳa形、Ⅳb形均采用曲墙三心圆断面,Ⅳc形~Ⅳg形大洞采用曲墙三心圆断面,小洞采用直墙拱形断面。Ⅳa形断面隧道上覆土层厚度0.3 m~3.8 m,为浅埋隧道。隧道围岩级别Ⅳ级,下伏基岩以泥岩为主夹薄层状砂岩。隧道围岩裂隙较发育,岩体呈块状结构,岩体较完整,地下水类型为基岩裂隙水。

2 大管棚超前支护原理

管棚超前支护是利用钢拱架与沿开挖轮廓线,以较小的外插角、环向按照一定的间距向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架,并在钢管内进行压力注浆,来形成对开挖面前方围岩的预支护。为开挖及初期支护作业提供了安全保障;浆液固结后钢管和围岩之间组成了一个共同的固结环,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。

3 大管棚超前支护设计参数

3.1 大管棚设计参数

1)钢管规格:采用108 mm,壁厚6 mm的有孔热轧无缝钢管,钢管前端呈尖锥状,尾部焊接100 mm加劲箍,钢管四周钻四排15 mm压浆孔。钢花管内设置钢筋笼,钢筋笼主筋4 25,采用42钢环(壁厚4.5mm)作固定环,固定环节长40 mm,与钢筋笼主筋焊接,钢花管大样图见图1。2)管距:环向间距为45 cm;外插角:1°。3)纵向同一断面内钢花管接头的位置应相互错开不小于1 m,管棚节长度为6 m+6 m+6 m+6 m+6 m+5 m或5 m+6 m+6 m+6 m+6 m+6 m。

3.2 注浆参数

1)注浆压力初压0.5 MPa~1.0 MPa,终压2.0 MPa。2)水泥浆水灰比1∶1。3)水泥标号32.5R普通硅酸盐水泥。4)水玻璃波美度为35,模数2.4。

3.3 套拱参数

1)套拱作为洞口管棚固定端,套拱长1.2 m,拱内设三榀22b工字钢,在其中布设79个127 mm壁厚4 mm孔口管,见图2。2)孔口管用16钢筋固定,孔口管与22b工字钢焊为整体。3)套拱采用C30早强混凝土。4)套拱应置于基底承载力不小于0.35 MPa的基岩上。

4 大管棚施工

4.1 明洞边坡仰坡开挖支护

1)明洞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。

2)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。

3)对边坡渗水要及时排、引到坡面外,加强对坡面的防护。

4.2 施作套拱

1)混凝土套拱作为长管棚的导向墙,套拱内埋设钢筋支撑,钢筋与管棚孔口管连接成整体。

2)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。

4.3 搭钻孔平台安装钻机

1)钻机平台用钢管脚手架搭设,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)平台支撑底部垫钢板和混凝土垫块,保证连接牢固、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:测量放样出隧道设计轮廓线,用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法按45 cm的间距标出管棚的位置。反复调整,确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

4.4 钻孔

1)把套拱中预埋的钢套管作为导向管,采用直径127 mm钻头进行钻孔。掌子面按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙,以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。

2)钻孔前先检查钻机机械状况是否正常。

3)钻机开钻时,可低速低压,待成孔1.0 m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压,特别是钻头遇到夹泥夹砂层时,应控制钻进速度,避免发生夹钻现象。

4)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。

5)钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。

6)认真做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。

4.5 清孔验孔

1)用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔,清除浮渣,确保孔径、孔深符合要求,防止堵孔。2)用高压风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。

4.6 安设管棚

1)钻孔完成后及时安设管棚钢管,避免出现塌孔。

2)钢管逐节顶入,采用丝扣连接,丝扣长15 cm。接长钢管应满足受力要求,相邻钢管的接头应前后错开。

3)及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实,在钢管外露端焊上法兰盘、止浆阀,并检查焊接强度和密实度。

4)再次清孔并将钢筋笼插入钢花管内。

4.7 管棚注浆

注浆施工工艺见图3。

5 效果评价

1)对注浆加固区进行钻芯取样,浆液的填充情况基本良好。2)开挖过程中进行掌子面观察,没有发现大量涌水出现,也未出现管棚侵入开挖断面。3)对洞口段的收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、锚杆受力、钢拱架及钢筋应力等方面进行了全面的监测。监测结果表明:布设监测点的断面基本处于稳定状态,能够满足设计和规范要求。

6 结语

工程实践证明,大管棚超前支护在龙头寺站—设计终点站区间隧道洞口开挖中得到成功应用。利用大管棚工法的梁效应和固结效应,使注浆体和管棚连成一个整体而受力,在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体,既能阻止松散围岩的坍塌又能有效控制沉降,为隧道进洞的安全、顺利施工创造了条件,是新奥法与其他辅助施工方法的有效结合。

摘要：针对重庆市某区间隧道埋深浅、断面大的特点,研究采用大管棚超前支护施工方法,介绍了大管棚超前支护的原理及设计参数,并对其施工工艺进行了重点论述,经实践证明该法在洞口开挖中取得成功,可指导类似工程施工。

关键词：大管棚超前支护,隧道,施工工艺,参数

参考文献

[1]GB 50157-2003,地铁设计规范[S].

[2]TB 10003-2005,铁路隧道设计规范[S].

[3]TB 10204-2002/J163-2002,铁路隧道施工规范[S].

[4]于书翰,杜谟远.隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001.

隧道管棚超前支护技术 篇6

1.1 工程简介

中条山隧道位于山西省运城市的西南部,进口位于盐湖区解州镇,终点为芮城县陌南镇石坡村,呈南北走向,其中隧道起讫里程K5+679～K15+350,全长9 671 m。隧道最大埋深681 m,属于特长公路隧道。隧道出口段YK14+360～YK15+350位于黄土台塬区,最小埋深在16 m左右,主要为第四系上更新统黄土和中更新统黄土组成,其中上更新黄土较薄,仅厚2 m左右,下部为中更新褐红色、褐黄色粉质粘土,上部夹杂着少量钙质结核,结核一般为核桃大小,多夹古土壤层。隧道出口段进洞是采用大管棚作为超前支护。

1.2 设计参数

管棚的设计参数为:

1)导管:ϕ89×6 mm每根长度32 m,共43根;ϕ108×6 mm每根长度2 m,共43根;2)管距:环向间距35 cm,共一环;3)倾角:外插角1°～3°,根据实际情况作优化调整;4)注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆,注浆参数如下:注浆浆液:纯水泥(添加水泥质量5%的水玻璃)浆液;水泥浆水灰比:1∶1;水玻璃浓度:35 Be′,模数2.4;注浆压力:初压0.5 MPa～1.0 MPa;终压2.0 MPa。

2 施工工艺与方法

2.1 套拱施作

1)混凝土护拱作为长管棚的导向墙,在开挖轮廓线以外施作,为0.6 m×2.0 m(厚度×延米长度),导向墙内埋设工字钢支撑,工字钢与管棚孔口管连接成整体。2)孔口管作为管棚的导向管,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。用全站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。

2.2 钻机就位

1)钻机平台用钢管脚手架搭设,平台一次性搭好,钻机由高孔位向低孔位进行。2)平台支撑于稳固的地基上,脚手架连接牢固、稳定,以防在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。3)钻机定位:钻机要求与已设定好的孔口管方向平行,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,确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

2.3 钻孔

1)为了便于安装钢管,钻头直径采用125 mm。2)尽量一次成孔。钻进时若产生坍孔、卡钻时,需要补注浆后再钻进。3)钻机开钻时,应低速低压,待成孔10 m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。4)钻进过程中经常用测斜仪测定其位置,并根据钻机钻进的状态判断成孔质量,及时处理钻进过程中出现的事故。5)钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。6)认真作好钻进过程的原始记录。

2.4 清孔验孔

1)用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔,清除浮渣,确保孔径、孔深符合要求,防止堵孔。2)用空压机送风从孔底向孔口清理钻渣。3)检测孔深、孔径、外插角。

2.5 安装管棚钢管

钢管在专用的管床上加工好丝扣,丝扣长15 cm,钢管的接头在同一断面相互错开,每个断面接头数量不超过总钢管数量的50%。导管四周钻设孔径10 mm注浆孔(靠孔口2.5 m处的棚管不钻孔),孔间距30 cm,呈梅花形布置。管头焊成圆锥形,便于入孔。

2.6 注浆

成孔安管后,注浆前先进行压浆试验,在施工中,根据设计参数结合实际情况试验调整,以达到预期效果。注浆顺序:采取与钻孔流水作业,成孔一根注浆一根。注浆结束后用M30水泥砂浆密实充填,增强管棚的刚度和强度。

3 施工监测

3.1 监测目的

通过地表下沉、周边位移、拱顶下沉等变形监测,对可能出现的塌方、失稳、冒顶、大变形等安全事故及时预测及预警,以便及时采取应对措施,防患于未然;通过施工监测数据分析,完善施工方案、优化支护参数和合理预留变形量,实现隧道信息化施工,以保证施工安全和隧道的长期稳定。监测内容包括地表沉降、拱顶沉降、两帮收敛。

3.2 监测点的布置

监测点布置如图1,图2所示。

3.3 监测结果分析

通过对该隧道地表沉降进行为期25 d的观测和洞口浅埋段典型断面进行为期25 d的观测,得到地表沉降、拱顶下沉与BB'测线两帮收敛的监测成果(见图3～图5)。

从图3可以看出因隧道的开挖,使地表形成一个沉降槽,其中在隧道中心沉降值最大,向隧道两侧逐渐减小。在隧道开挖13 d后,地表沉降基本稳定。地表沉降的最大值为6 mm,说明超前大管棚支护效果良好。从图4可以看出隧道拱顶沉降在开挖后14 d,变形基本稳定,且变形值不大。从图5可以看出,隧道两帮收敛值不大,并在开挖后17 d基本稳定。

4 结语

本文以中条山隧道浅埋进洞施工为研究对象,论述了管棚超前支护施工技术的施工工艺,通过对隧道施工中的监控测量结果分析,验证了大管棚超前支护应用在浅埋黄土隧道进洞施工支护效果良好。1)管棚超前支护可以有效控制地表沉降,对地表扰动小,减少了对生态环境的破坏,符合人们对环保的要求。2)管棚超前支护可以控制拱顶覆盖层下沉和两帮收敛,从而保障了施工安全。3)管棚超前支护在中条山隧道洞口加固效果明显,加快了施工进度,取得了明显的经济和社会效益。

参考文献

[1]程围峰.冠山隧道施工动态监测与有限元仿真模拟分析[D].杭州:浙江大学硕士学位论文,2007.

[2]张小旺,聂金生.高速公路浅埋隧道施工过程动态监测三维有限元仿真分析[J].公路工程,2010(10):19-20.

隧道管棚超前支护技术 篇7

1 洞内管棚技术参数

洞内管棚由于受施工条件限制, 通常为10 ~ 15m左右的短管棚, 钢管采用 φ89 × 5 mm热轧无缝钢管, 环向间距40 cm在拱顶120° ~ 140°范围以1 ~ 5°仰角打设, 实管和花管间隔布置, 钢管与工字型钢连接, 每环搭接长度不小于3 m, 注浆材料通常使用水泥浆、水玻璃或两者混合物, 在特殊地质段, 通常使用水泥浆和水玻璃混合液。

2 钻机技术要求

洞内管棚机通常采用自重量大、自稳性能好、可自行走、具有一定爬坡能力的的钻机, 优先选用履带式管棚钻机系列。洞内管棚的成孔方式主要有两种: 一是管棚引孔顶入法, 二是管棚跟管钻进法。洞内管棚施工通常地质状况复杂, 可采用跟管钻进工艺, 即将套管及钻杆同时钻入, 成孔后取出钻杆, 顶入管棚, 拔出外套管。

3 扩幅施工

通常管棚超前支护打设仰角越大, 距离开挖轮廓距离越远, 降低了超前支护的效果, 因此洞内管棚施工需要尽量采用减小仰角角度。为取得较小的仰角, 需要提供一个满足钻机施工取得较小仰角的空间即扩幅施工, 在洞内管棚施工前对数榀型钢上抬, 形成一个利于洞内管棚施工的凹性空间。目前较优的扩幅施工长度一般为3 m, 一方面满足钻杆安设打设仰角角度, 另一方面容易对管棚搭接长度控制。最先开始为取得良好角度效果, 采用大扩幅施工, 但大大的增加了施工成本。经长期反复实践提出最小扩幅施工工法。 ( 1) 在洞内管棚打设区域将型钢支撑上抬250 ~ 350 mm, 在3 ~ 4 榀型钢支撑范围内形成最小扩幅空间, 管棚架立在型钢上, 见下图最小扩幅 (1) 施工概况; ( 2) 在型钢上开孔, 采用此法就需要对开孔型钢进行补强, 如将工25 型钢代替原工20型钢或采用双拼形式, 同时将型钢支撑在上3 ~ 4 榀范围内上抬150 ~ 250 mm, 形成最小扩幅空间, 见下图最小扩幅 (2) 施工概况。

4 施工技术措施

4. 1 打设角度控制

洞内管棚长度通常在10 ~ 15 m左右, 对打设位置和打设角度的管理非常重要。尽量采用较小的仰角, 通常取不大于5°, 以避免管棚前端出现较大的误差。隧道坡度较大地段施工前先认真验算打设角度, 防止造成对开挖的影响或距离较远起不到超前支护的作用。上坡地段洞内管棚起到的支护效果优于下坡地段, 体现在纵坡坡度与管棚角度方向一致, 管棚超前支护前端的距离不会偏离开挖轮廓线很大, 支护效果明显; 下坡施工由于纵坡坡度与管棚角度方向相反, 如果管棚打设角度过大, 起不到超前支护的作用, 为取得良好效果, 扩幅施工段距离需要适当加长, 以取得较小打设仰角。

4. 2 管棚注浆

注浆方式、注浆材料和注浆量因地质情况而有所不同。在富水和砂质底层中宜采用水玻璃系列浆液, 粘性土和风化层中宜采用水泥系类浆液。注浆遵循“先两侧、后中间、由稀到浓”的原则。注浆压力一般按设计要求加载, 并通过试验来验证, 注浆时应徐徐加压, 达到压力后, 表示已注满, 持压一段时间后, 浆液有时会从封口处均匀溢出, 有时也会从周围的岩隙裂缝处溢出。注浆完毕应把注浆量与理论数值相比较, 当注浆量小于理论数值时, 说明管内未注满, 此时应停止注浆查明原因后再进行压注。所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件、无漏注浆情况发生。

4. 3 复喷扩幅部分

注浆合格后对扩幅部分进行混凝土复喷, 恢复初支面的光滑效果。复喷前对突出的钢管、钢筋等凸出坚硬物需要进行切割, 确保复喷后无坚固物凸出, 进而保证防水结构层铺设后不被破坏。对扩幅深度较大的区域应先挂网再复喷混凝土, 以防止复喷混凝土与原初支面脱层掉落, 造成安全质量事故。

5 结语

洞内管棚由于能够承受较大的承载力被广泛应用, 给拱顶变形、地表下沉及周边保护提供安全、稳定的空间支撑体系, 起到良好的超前支护效果。但洞内管棚施工由于较为复杂、不可预见因素多、工序时间较长, 限制了其大范围的使用, 在今后的技术改进中需要进一步优化, 解决精度、进度对施工造成的影响。

摘要：洞内管棚工法由于其刚度大, 超前支护距离远, 能够有效控制围岩变形, 常在特殊地质环境中使用, 但其施工技术相对复杂、难度较大, 应做好关键技术措施的施工。

关键词：洞内管棚,超前支护,扩幅施工

参考文献

[1]《高速铁路隧道工程施工技术规程》 (Q/CR9604-2015)

[2]陶赞旭.管棚施工工艺工法[M].2011.