山西某隧道m超前长大管棚一次性打设施工技术总结

铁道工程XX隧道120m超前长大管棚一次性打设施工技术总结１、工程概况XX隧道全长8840m，地处XX市西郊。地表埋深较浅，下穿多条公路、河床及重要建筑物，地质条件极为复杂，为全线高风险隧道。DK12+515~DK12+635段隧道下穿环城高速公路，纵坡为9‰，埋深0~6m，地质条件为素填土、杂填土与新黄土，夹杂有砂砾及粗砂层。设计采用大管棚作超前支护，单根长度120m，由一端打进，施工仰角0°，管棚断面设于拱部160°范围内。采用热轧无缝钢管为主材，直径159mm，壁厚8mm，钻进过程中采用泥浆为冲洗液，形成泥浆护壁，成孔合格后内部及管外孔隙填充水泥净浆。设内外两环，钢管梅花型布置，环向间距0.4m，层间距0.3m，共计105根。根据工程设计、质量标准结合施工场区地面条件，工程地质、水文地质条件，采用“跟管导向钻进法”，即成孔和埋设管棚一次完成。同时在内侧管棚间打设直径42mm，壁厚3.5mm小导管并注浆，环向3根/m，长度4m，搭接2m，施工外插角10°，与大管棚共同形成超前支护。图1XX隧道下穿环城高速公路超前大管棚布置图图2XX隧道下穿环城高速公路超前大管棚纵断面图２、工作原理隧道施工过程中，在穿越部分不良地质的区段或者在隧道开挖进洞时松散破碎、浅埋或隧道围岩变形较大时，需要施工管棚以顺利穿越。管棚超前支护具有以下特点：是独立的地质围岩加强方法，可以作为永久支护结构的一部分。管棚超前支护与初期支护配合可以发挥更强大的支护效应，同时也非常容易地与其他支护方法联合使用。由于管棚支护是超前施作的，管棚在前方开挖工作面和后方初期支护的支持下形成的梁效应可以防止围岩松弛、减少地表沉降、拱顶下沉。可以有效降低滑坡和塌方的危险，是复杂条件下进洞的好办法。提高开挖工作面的稳定性，同时减小上部结构物沉降。管棚支护注浆后，使管棚和围岩形成整体，有效断面扩大、土压均匀、提高围岩的自承能力。３、施工工艺3.1施工准备a）施工机械及人员准备因本工程管棚管径大，距离长，数量多，国内罕见。故挑选具有丰富经验的技术、施工人员并选用功率较大的钻机进行施工。选用的钻机和配套机械主要性能及人员作业分工情况如表1、表2所示。表1主要施工机械性能参数名称型号数量备注钻机HTG-50001130kw定向钻进导向仪仪DITRACKKSE-11型水平导导向仪1定制工作平台（架）H-3型可移动动升降式工工作平台1人工加工泥浆泵（含注浆浆）BW-250型型115kw搅拌箱立式离心泵循环环搅拌17.5kw钢管加工车床Sq3193111kw表2作业人员分工工种人数备注领工1人全面负责车工6人三人一班，两班班轮换钻进施工员10人五人一班，两班轮轮换注浆工2人固定两人，注浆浆时上班采购及维修工1人设备、后勤保障障HTG-500型钻机：长8.7m；扭距12000N.m；给进力500KN；重量2t；电机功率130KW。管棚施工中，工作平台上4人作业。1人为钻机操作手，两人负责安装钢管，加焊钢板；1人负责布线，调整参数，记录数据。台下1人负责安装钻头、开关泥浆泵等。b）施工场地准备基坑开挖到一定深度后，施做导向墙并安装定位护筒。针对具体地质情况对进口处断面采取喷射砼等防护处理，完成“三通一平”。硬化场地，采用H型钢搭建钻机工作平台。底层型钢固定在地面，工作平台做水平、竖直方向移动调试并做抗倾覆加固直至满足要求。基坑内修建临时排水沟，引导泥浆流入泥浆池。泥浆池底部及四周用砂浆抹面，并用彩条布铺底，确保基坑不受浸泡。泥浆池周边用安全网隔离。安装钻机及配套机械，调试正常后做试验管钻进准备。c）施工技术准备工程开工前，由项目部主管工程师组织工程部、架子队技术员一起熟悉图纸及有关设计资料，准确理解设计意图，根据地质资料，并进行现场查看，确准无误后形成设计图纸会审记录，以正确指导施工。专业测量工程师复核图纸相关测量指标及参数，完成现场导线网布设、水准闭合、管位坐标放样等测量工作并形成资料记录。试验室检查各项原材料（钢管、水泥）并取样试验，完成配合比以满足施工需要。3.2试验管钻进钻机安装调试合格后方可进行钻进工作，正式钻进前需要完成测试管的钻进试验，具体步骤为：a）钢管、探棒及水泥等原材准备固定，实际使用的钢管长度为4.1m-4.7m之间）。钻头楔掌导向板旋转直径φ≤165mm，楔形面与钻具（钢管）交角≤20°，水眼直径为8mm。探棒两端安放橡胶套圈。用钢筋及钢丝绳固定在探棒上。探棒前端另外焊接一根带孔钢筋，使探棒在钢管固定牢固。水泥、水泥浆及泥浆配比按试验室出具配比单储备、拌制。在测量队提供的可靠的的方位角及倾角数据上进行钻进。b）冲洗液流通系统1）本工程冲洗液为泥浆，具体配比由专业试验工程师根据具体地层情况确定。泥浆需经充分搅拌，均匀配制而成。配制时，必须严格执行配比；2）冲冼液必须先配制好后使用，严禁使用中同时加清水、加料；3）冲洗液流通系统：冲洗液制备→储浆池→泥浆泵→送水器→钻具→管头出水孔→孔口回水阀门→高吊管→回浆沟。钻进过程中必须保持上述各流通环节的畅通；4）在施工过程中，应根据不同地层，合理调节泵压、泵量，以免因冲洗液不足引起通道堵塞或因过大导致过量泥沙外排。本工程中，一般取中低压、中小水量。c）导向钻进图4导向钻头示意图1）钢管钻进采用导向钻进技术。钻进前对钻机定位情况，方位、倾角情况，孔口管对中情况，冲洗液流通以及导向仪显示情况进行全面复检，确认正常后进行试钻；2）钻进前须先开泵，待冲洗液流通正常后，方可钻进；3）钻进时，泵压应控制在0.6-1.0MPa，泵量为10-30L/min为宜。保持中低压力，匀速中速钻进；4）为防止水土流失，控制沉降，必要时需采用孔内保压措施。要始终保持回水量小于或等于进水量；5）导向技术人员随着不断钻进，必须时刻观察探头角度变化情况，角度偏差大于0.3°时，应及时纠偏。当纠偏无效、偏差大于0.8°时，应停止钻进，及时报告，分析原因并制定相应处理方案。最大偏差不得超过1°。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详细记录；6）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；7）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。8）根据试验检验导向钻头的纠偏能力，在施工经验积累的基础上，确定开孔方位和倾角是否增加纠偏角，并以书面形式通知机台。d）加尺、接线、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、赃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）钻机开钻时，可低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及水压。每次加尺后，须先钻进后进行管棚丝扣接缝焊接（即先钻后焊），以免钻进时的扭力造成开焊。同时在每个接头处除将接口沿钢管周边焊接严密外，再加焊三块200mm*80mm*8mm弧形钢板，确保接头处有足够的强度不致断裂；3）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。接头处要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管内。丝扣与钻机连接处可涂抹适量黄油以便拆卸。e）注浆1）用φ8mm的钢丝绳将探棒取出，取出时应每10米测量一次孔斜情况；2)单孔打设验收合格后，通过管内压注水泥浆，对管内及管外环状间隙进行充填。注浆前需完成孔口封堵并在管外环状间隙顶部处留高位排气出浆孔。注浆参数：水泥、水及外加剂的质量比例为1∶0.712∶0.01；水泥为智海牌P.O42.5；水为饮用水；外加剂为SMS高效减水剂。注浆压力控制在0.8—1.5MP之间，注浆压力不宜偏大。待水泥浆从出浆口排除后关闭阀门并持压5分钟，保证管内及管外水泥浆饱满。3)在DK12+635断面开竖井验证管位长度、坐标及高程。本工程以内侧正中位置管（第27#管）为试验，中间进尺22m-95m进入高速公路路基回填区。回填物中含有砂砾及石块，速度缓慢，纠偏难度较大。检验结果为：长度120.27m，水平位移向左偏移0.1m，竖向位移向上偏移0.2m，地表沉降2.04mm。满足施工精度，不会产生侵限。试验管验收合格后，在现场办理验收合格签证，再转入下一孔位施工。表3管棚质量验收标准项目允许值备注钢管长度±50mm同孔深孔口距±50mm开孔孔位偏差方向角误差1°不得侵限、相撞撞４、跟管导向纠偏管棚施工中，要求钢管必须按设计长度、角度打设。大管棚由于跨度太长，钢管自重、冲洗液冲刷、钢管自身旋转及地质分布变化都将导致钢管前进方向出现偏差。如何精确控制钢管进尺走向而不致侵限、出现偏差如何进行纠偏处理成为管棚施工关键技术和质量控制要点。导向纠偏是处理此类问题最重要的措施。以竖直向为例着重说明。管棚开始钻进时，利用仪器进行方向定位，规定导向板向上为12点方向，向下为6点方向。钻进过程中，不论钢管处于何种位置，只需要将钢管旋转至12点方向时，读出探棒水平角为a1，再原地将钢管旋转180°至6点方向时，读出探棒水平角为a2。令探棒在两种位置状态时的夹角为a0，则钢管此时的水平角X（即钢管中轴线水平角X，图中未标出）可通过以下计算得出。图5导向纠偏示意图X=a1-（½×a0）（1）a2=a1-a0（2）由（1）、（2）推导出X=½×（a1+a2）当探棒前端高于后端时，水平角读数为正值，反之为负值。计算结果为正则表示钢管水平角为正，钢管以X角度向上前进。计算结果为负则表示钢管水平角为负，钢管以-X角度向下前进。钢管水平角X每节记录一次，记为Xn，当钢管进尺长度L,钢管节数N时，钢管前端竖向位移Δ可表示为：Δ=Σtan（Xn）×L÷NΔ为正表示钢管前端高于后端，负值则相反。水平向钻进时探棒读出3点及9点方向偏角，与竖直向同理。此施工工艺采用跟管钻进方案，成孔与埋管一次同时完成。其显著特点为利用导向纠偏技术，可掌握钢管任意位置的角度偏差和位移偏量。及时与设计对比后，通过导向板角度进行纠偏调整，保证钻进精度达到设计要求。５、常见问题处理方案5.1进尺遇石管棚钻进过程中遇到坚硬岩石，钻头楔掌导向板将与岩石强烈摩擦，导致钻头损坏变形，无法导向。同时因为岩石强度很高，前进受阻，严重时无法继续施工。针对此类问题的处理方案为：采用加厚合金导向板，提高钻头强度；加大冲洗液压力冲刷岩石缝隙；加快旋转和顶推力度，不断扰动石块，扩大孔径，使钻头得以从缝隙中穿越。此法缺点是降低了导向纠偏精度。遇石是影响管棚钻进精度的主要因素。5.2进尺遇砂层管棚钻进过程中遇到砂层，砂粒会随冲洗液大量流出管外。造成孔径过大，甚至出现局部空洞，极易导致上部结构物产生较大变形或沉降，留下质量隐患。针对此类问题的处理方案为：重新调试泥浆配比，加大泥浆比重。或采用膨胀土调制冲洗液形成护壁；或直接采用高标号水泥浆作为冲洗液，先将空隙内注满水泥浆，未等完全初凝后开始继续钻进。水泥浆要求具有低压力、高稠度、早强等特点。此法缺点是前进速度较慢，水泥消耗较严重。5.3冲洗液不循环，注浆不返浆管棚钻进遇到砂砾层或空隙率较高的虚土层、碎石层等欠密实区域时，冲洗液将顺孔隙渗流至周边区域。压力过大时将会致使水土流失，产生空洞导致沉降。针对此类问题的处理方案为：直接采用水泥浆为冲洗液，利用水泥浆固结前方围岩，边注浆边钻进，使浆体填满各类空隙。要求水泥浆具有稠度适中、压力中等、早强等特点。此法缺点是水泥消耗十分严重。注浆时，由于压力比钻进时要大，水泥浆可能会从前端围岩中渗流到周边。或因为埋深太浅而导致水泥浆在管外空隙回流时冲破地层溢流到地表上，而进口处的出浆管没有浆体回返。针对此类问题的处理方案为：当从管内注完理论方量后出浆口未返浆，加注1-2方。若仍未返浆或发现从地表冒浆时，停止注浆。改为从管外空隙顶部注浆。插入一根φ32mm钢管，长度以满足注浆要求为准。直至出浆口返浆为止。此法缺点是水泥消耗较严重。5.4钢管卡管、折断，导线断裂钢管钻进过程中卡管无法旋转或钢管折断，导致无法继续施工时，必须将该管注浆并重新钻进。由于导线破损、断裂而无法传输探棒信号时，整体取回钢管，更换导线并安装调试合格后重新钻进。６、结语传统施工采用分段打设、洞内搭接工艺。机具设备较落后，测斜工具过于简单，精度低。材料消耗较大、隧道内工作面不足、工序相互影响、施工进度缓慢等缺点十分突出。本工程在不断探索和总结的基础上，优化施工方案，