大管棚注浆超前支护（精选6篇）
大管棚注浆超前支护 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.
大管棚注浆超前支护 篇2
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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[4]李汉忠.大管棚和超前注浆小导管支护在隧洞中的应用[J].建筑机械化, 2012 (5) .
大管棚注浆超前支护 篇3
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.
大管棚注浆超前支护 篇4
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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[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.
大管棚注浆超前支护 篇5
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
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[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.
大管棚注浆超前支护 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.