1、,超前大管棚支護(hù)作為一項(xiàng)保證隧道開(kāi)挖安全、保護(hù)地面建筑以及控制地表沉降等的技術(shù)越來(lái)越受到重視,其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。隨著隧道超前大管管棚支護(hù)施工的不斷發(fā)展,新工藝、新技術(shù)也不斷涌現(xiàn),極大地提高了地下工程的施工安全和施工效率。 關(guān)鍵詞:隧道超前支護(hù) 非開(kāi)挖技術(shù) 管棚 施工工藝 0 引言 近年來(lái),人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng),提倡隧道洞口施工盡量減少對(duì)洞口圍巖結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)和地表生態(tài)環(huán)境的破壞,采取超前支護(hù)進(jìn)洞的技術(shù)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。管棚支護(hù),就是沿著隧洞開(kāi)挖輪廓周線,用特定的機(jī)器把一系列鋼管順著隧道軸線方向按一定次序打人開(kāi)挖前方的地層內(nèi),然后向管內(nèi)注漿固結(jié)管子周圍的圍巖,最終形成一個(gè)棚架支護(hù)體系,以支撐

2、來(lái)自外側(cè)的圍巖壓力,從而保證其隧洞開(kāi)挖、襯砌的連續(xù)性和安全性。 1 施工工藝 1.1 施工準(zhǔn)備 在開(kāi)始施工之前,先對(duì)施工區(qū)域地下管線和地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)探測(cè),弄清地下管線位置和是否有障礙物,防止施作時(shí)破壞地下管線及制定相應(yīng)的措施。如在含卵石或有障礙物地層中用夯管錘施作管棚時(shí),在鋼管夯入頭安裝切削頭,防止鋼管頭變形影響管棚精度;根據(jù)不同地質(zhì)情況,選擇合適的鉆頭、回?cái)U(kuò)器、合適泥漿配置方案以及進(jìn)行鉆進(jìn)曲線設(shè)計(jì),保護(hù)好地下管線的安全。用水平定向鉆機(jī)直接頂進(jìn)法施工時(shí),為了加強(qiáng)其頂進(jìn)過(guò)程中的導(dǎo)向作用,提高管棚的精度,還需要用制作管棚的鋼管自制一個(gè)楔形鉆頭,鉆頭前要滿焊一塊加工有射水孔的鋼板,孔徑大小根據(jù)管徑

3、大小確定,一般在1020mm之間。并且在鉆頭里加工一個(gè)裝探棒腔的定位裝置,探棒腔里裝有探棒,用來(lái)進(jìn)行導(dǎo)向控制。無(wú)線探棒是通過(guò)發(fā)射無(wú)線信號(hào)傳遞導(dǎo)向信息,要在楔形鋼管鉆頭上加工適當(dāng)?shù)目p隙,有利于信號(hào)的發(fā)射,增強(qiáng)其導(dǎo)向作用。 1.2 設(shè)備的安裝、就位 按照設(shè)計(jì)要求和施工條件,準(zhǔn)確把設(shè)備進(jìn)行安裝、調(diào)試和就位,使設(shè)備的位置、安裝角度等符合施工要求。 用夯管錘施工時(shí),牢固鋪設(shè)鋼管導(dǎo)軌和安裝夯管錘基座,在每次安裝出土器、夯管錘以及錐套時(shí),用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行檢測(cè),保證三個(gè)部件的中心線在同一直線上。進(jìn)行空壓機(jī)的調(diào)試,以準(zhǔn)備夯擊,同時(shí)要注意導(dǎo)軌地基堅(jiān)固穩(wěn)定,鋪設(shè)的管線越長(zhǎng),地基的穩(wěn)定性越重要。導(dǎo)軌要選用重型槽鋼、工字

4、型鋼,而且作導(dǎo)軌的型鋼必須調(diào)直,對(duì)于大直徑鋼管(210mm以上),一般采用兩根工字鋼作導(dǎo)軌。工字鋼安裝要平直,并根據(jù)鋼管可能的偏斜趨勢(shì)適當(dāng)上揚(yáng)或下調(diào)一定角度,以抵消一部分可能的偏斜。一般在軟地層中鋼管容易向下偏斜。 用水平定向鉆機(jī)施工時(shí),在開(kāi)始安裝設(shè)備前,先校核探棒的準(zhǔn)確性。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,用測(cè)量工具準(zhǔn)確定位水平定向鉆機(jī)的位置、方向、角度,并且將鉆機(jī)固定好,防止鉆機(jī)在推力和扭矩的作用下出現(xiàn)傾斜和移動(dòng),影響管棚精度。同時(shí)考慮到鋼管自身有撓度、地層的具體情況以及鉆機(jī)在操作過(guò)程中產(chǎn)生的誤差,在調(diào)整鉆機(jī)時(shí)一般先放一個(gè)仰角,角度的大小主要是根據(jù)管棚的長(zhǎng)度、鋼管壁厚以及地層條件等因素來(lái)定,一般在l%-2%。

5、 1.3 導(dǎo)向鉆進(jìn)、擴(kuò)孔 導(dǎo)向孔是回?cái)U(kuò)、回拖管線的基礎(chǔ),導(dǎo)向孔的質(zhì)量將直接影響到以后各道工序的施工。在鉆進(jìn)過(guò)程中,通過(guò)導(dǎo)向儀隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控,盡量保證鉆進(jìn)軌跡與設(shè)計(jì)的鉆進(jìn)曲線重合。 要根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)配泥漿和控制泥漿的流速。有時(shí)為提高泥漿的潤(rùn)滑性,降低摩擦阻力,增強(qiáng)攜屑效果,需加入增黏劑和潤(rùn)滑劑。在鉆進(jìn)過(guò)程中要根據(jù)地層情況和壓力情況及時(shí)調(diào)整泥漿稠度和鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速,及時(shí)記錄各種技術(shù)參數(shù)。擴(kuò)孔就是把導(dǎo)向孔通過(guò)回?cái)U(kuò)頭擴(kuò)至施作鋼管所需要的孔徑大小,滿足鉆機(jī)的工作效率。回?cái)U(kuò)頭的直徑應(yīng)滿足其回?cái)U(kuò)后的孔徑為鋼管直徑的1.3倍。 1.4 鋼管的施作 根據(jù)選用的施作方法,用相應(yīng)的設(shè)備把鋼管送(水平鉆機(jī)直接推進(jìn)、回拖

6、或者夯管錘夯擊)入土層中,形成管棚支護(hù)系統(tǒng)。 用夯管錘施作管棚時(shí),由于鋼管是非控向的,所以第一節(jié)鋼管的夯進(jìn)是保證管棚精度的關(guān)鍵。夯進(jìn)第一節(jié)鋼管時(shí),必須非常慎重,按照管棚設(shè)計(jì)要求,準(zhǔn)確調(diào)節(jié)好第一節(jié)鋼管方向、角度,然后輕微開(kāi)啟空壓機(jī)閥門,慢慢夯進(jìn)鋼管,保證第一節(jié)鋼管準(zhǔn)確夯入土層。同時(shí)要注意所夯鋼管的長(zhǎng)度要與鋼管直徑、壁厚相匹配。一定要采用合適壁厚的鋼管,使鋼管能承受相應(yīng)夯管錘型號(hào)的夯實(shí)力,使管棚達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 用水平鉆機(jī)直接推進(jìn)鋼管法施作時(shí),開(kāi)始推進(jìn)第一節(jié)鋼管時(shí),在開(kāi)孔階段采取低速低壓,待鋼管進(jìn)入一段距離(一般是1m左右)后,壓力逐漸升高,達(dá)到合設(shè)計(jì)值(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件而定),鉆速升致正常轉(zhuǎn)速。在鉆進(jìn)

7、過(guò)程中,必須在鋼管內(nèi)注壓力漿,以沖掉鋼管前端泥土,潤(rùn)滑鋼管外表面,減小鉆進(jìn)阻力和旋轉(zhuǎn)扭矩,使鋼管能順利旋轉(zhuǎn)前進(jìn),因此,鋼管不能開(kāi)注漿孔。在鉆進(jìn)過(guò)程中,通過(guò)導(dǎo)向儀隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè),及時(shí)掌握鉆進(jìn)數(shù)據(jù)。開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí),在入土處焊一個(gè)定位三角架卡好鋼管,防止由于鋼管旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的偏移,保證鋼管的中心線在開(kāi)孔處沿著設(shè)計(jì)軌跡前進(jìn)。 1.5 鋼管的連接 主要有絲扣和電焊兩種方式連接鋼管。根據(jù)不同的施工方式采用不同的連接方式。用夯管錘夯擊鋼管時(shí)一般用滿焊,焊縫處加綁錢的方式連接,使焊縫處能承受較大的夯擊力;用水平鉆機(jī)施作時(shí)一般用絲扣連接,使鋼管接頭處能傳遞較大的軸向力和扭轉(zhuǎn)。不論采取哪種方式,在加裝鋼管時(shí),都必須注意檢查

8、鋼管是否彎曲,全部管子中心線是否在同一直線上。 1.6 注漿 在管棚施作完成以后,需在鋼管上開(kāi)注漿孔進(jìn)行注漿,以固結(jié)管子周圍的圍巖,最終形成一個(gè)棚架支護(hù)體系,使管棚能起到支護(hù)作用。在用水平鉆機(jī)直接推過(guò)鋼管法施作時(shí),由于鋼管是當(dāng)鉆桿使用,所以不能在鋼管上開(kāi)注漿孔。在采用水平鉆機(jī)和夯管錘結(jié)合的方法施工時(shí),由于是鉆大孔夯小管,所以必須在鋼管上開(kāi)孔注漿,以減少管棚與孔壁間的間隙,防止產(chǎn)生沉降。 2 適用范圍與應(yīng)用 由于傳統(tǒng)的管棚施工方法存在鋪管方向控制難,現(xiàn)有的管棚設(shè)備已無(wú)法滿足長(zhǎng)、大管棚的鋪設(shè)要求。使用非開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)行管棚施作,較好地解決了這些不足,既能鋪設(shè)長(zhǎng)、大管棚,又能很好的控制管棚的精度。但是不

9、同的地質(zhì),使用的施工方法和施工設(shè)備各有不同。 使用夯管錘施作管棚時(shí),適用的管徑范圍較大,根據(jù)管徑與長(zhǎng)度匹配表以及地層條件,該方法施作管棚的長(zhǎng)度一般在30m以內(nèi)。同時(shí),該方法對(duì)地層的適應(yīng)性強(qiáng),既適應(yīng)于含水層,也適應(yīng)于卵石層本文來(lái)源于CSSCI學(xué)術(shù)論文網(wǎng): 全文閱讀鏈接：管棚法處理隧道特大坍方段的施工技術(shù)2010-11-2 19:31來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)【大 中 小】【打印】【我要糾錯(cuò)】本文從施工的角度較為詳盡地闡述了管棚法的施工技術(shù)及施工中應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題，結(jié)合工程實(shí)際對(duì)管棚法處理隧道特大坍方體的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。1.坍方體處理施工技術(shù)方案1.1施工方案與治理原則1.1.1施工方案根據(jù)坍方體的工程地質(zhì)

10、特點(diǎn)，確定了在拱部1°范圍內(nèi)施作89長(zhǎng)管棚，管棚間距30cm，結(jié)合超前預(yù)注漿技術(shù)在開(kāi)挖輪廓線外形成約4m厚的加固圈，并在開(kāi)挖時(shí)以小導(dǎo)管補(bǔ)強(qiáng)注漿加固技術(shù)為輔的綜合技術(shù)方案。開(kāi)挖采用上下臺(tái)階法，上臺(tái)階高度約4m，采取預(yù)留核心土環(huán)形開(kāi)法，上下臺(tái)階間距長(zhǎng)度5m，以人工開(kāi)挖為主，對(duì)局部未坍方部位可采用松動(dòng)爆破。在開(kāi)挖后立即施作格柵拱架及錨網(wǎng)噴支護(hù)體系，充分調(diào)動(dòng)加固后的圍巖的承載能力，使初期支護(hù)與注漿加固的坍方體形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)，并建立科學(xué)的監(jiān)測(cè)體系，監(jiān)測(cè)支護(hù)體系的變形，判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。1.1.2技術(shù)難點(diǎn)與關(guān)鍵（1）長(zhǎng)管棚與注漿加固圈在拱頂形成了穩(wěn)固可靠的固結(jié)殼，作為支承長(zhǎng)達(dá)18m高約

11、50m的松散坍方體超前支護(hù)體系（保護(hù)殼），是保證開(kāi)挖安全和防止坍方的進(jìn)一步擴(kuò)大的關(guān)鍵技術(shù)。（2）坍方體內(nèi)大部分呈松散碎屑狀，且又混有大小不一的硬質(zhì)巖塊和前期坍方處理時(shí)用以支撐的方木等建筑材料，施鉆困難，成孔性差、容易卡鉆、下管難度大。這些問(wèn)題的解決直接關(guān)系到26m管棚的安裝成功率和注漿的效果，也是坍方處理的難點(diǎn)所在。（3）坍方段地處斷層破碎帶，地層連通性好，坍方體松散度大，且坍方前施工的小導(dǎo)坑均直接與注漿區(qū)相連通。由于注漿區(qū)域廣而連通性好，因此必須對(duì)注漿順序及注漿工藝進(jìn)行詳細(xì)計(jì)劃，以防止?jié){液向無(wú)用的地區(qū)擴(kuò)散，控制注漿量，以最小的注漿量獲得最好的注漿效果。1.2治理原則施工方案和治理原則：“管超

12、前，預(yù)注漿，多循環(huán)，短開(kāi)挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，早封閉”。2.施工技術(shù)要點(diǎn)2.1施工工序與步驟2.2工作面預(yù)注漿在長(zhǎng)管棚施工前，應(yīng)對(duì)工作面進(jìn)行前進(jìn)式分段預(yù)注漿，注漿分段長(zhǎng)度為5m.以水泥單液漿為主，內(nèi)加速凝劑，在必要時(shí)采用C-S雙液漿。工作面預(yù)注漿的目的是加固工作面松散體，以保證管棚鉆孔方向的精度，同時(shí)穩(wěn)定工作面，確保開(kāi)挖時(shí)工作面的安全。2.3長(zhǎng)管棚與預(yù)注漿2.3.1管棚參數(shù)鉆孔仰角1°3°，管棚間距30cm，管棚長(zhǎng)度26m，采用89（厚5mm）無(wú)縫鋼管，共計(jì)52根管棚。2.3.2鉆孔工藝預(yù)設(shè)127導(dǎo)向管108套管鉆進(jìn)18m90鉆孔鉆進(jìn)26m下管（帶90鉆頭）取出108套管封孔

13、注漿。2.3.3管棚注漿注漿分三序孔注入，注入順序依次為C-S漿、水泥漿、水泥砂漿。注漿應(yīng)在鉆孔下管完成后立即進(jìn)行，以便在鉆相鄰孔時(shí)可做為當(dāng)前注漿孔的檢查孔。所有管棚鋼管均以30號(hào)水泥砂漿充填，以加強(qiáng)鋼管的剛度。2.4小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)長(zhǎng)管棚注漿加固范圍有限，很難達(dá)到4m的加固圈，為此在開(kāi)挖過(guò)程中，需施作小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)。小導(dǎo)管采用32焊縫鋼管，長(zhǎng)5.5m，開(kāi)孔長(zhǎng)4m，間距6075cm，外插角41°。小導(dǎo)管注漿采用C-S雙液漿，注漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定，以確保開(kāi)挖為目的。3.問(wèn)題與解決措施3.1問(wèn)題（1）主要存在卡鉆、掉鉆頭、坍孔、退鉆與頂管困難等問(wèn)題。（2）坍方前開(kāi)挖的下導(dǎo)坑斷面約有20，長(zhǎng)

14、度約為20m，由于密排棚架的作用，坍方體并未將導(dǎo)坑內(nèi)填滿，約有150m3空洞，漿液向空洞內(nèi)充填并不能對(duì)開(kāi)挖穩(wěn)定起到穩(wěn)定作用，同時(shí)又造成浪費(fèi)，防止?jié){液向空洞內(nèi)滲流是注漿中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。3.2措施3.2.1帶鉆頭頂管采用套管跟進(jìn)施鉆只能有效地解決前20m坍孔、卡鉆等技術(shù)難題，因?yàn)樘坠芨M(jìn)越長(zhǎng)孔壁周圍坍碴、碎石與管壁的摩阻力就越大，鉆進(jìn)負(fù)荷扭矩也越大，致使鉆進(jìn)困難，同時(shí)易產(chǎn)生管接頭因扭矩大而損耗斷管等嚴(yán)重事故，一旦發(fā)生斷管現(xiàn)象，則整個(gè)孔將被廢棄。3.2.2總體施工工序的調(diào)整首先進(jìn)行工作面預(yù)注漿，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行管棚施工。但由于注漿量大，注漿時(shí)間長(zhǎng)，造成鉆孔作業(yè)空閑時(shí)間多。為此，對(duì)施工工序進(jìn)行了調(diào)整，即在

15、工作面注漿的同時(shí)穿插進(jìn)行部分管棚孔的施工。但為確保周邊管棚孔的注漿加固效果，確定了穿插管棚孔施工的原則是：遵循設(shè)計(jì)時(shí)的工作面預(yù)注漿超前的原則。總體施工工序的調(diào)整為施工工期爭(zhēng)取了時(shí)間，同時(shí)也保證了周邊注漿加固效果。3.2.3注漿施工的技術(shù)措施（1）改變漿液材料。預(yù)注漿時(shí)，根據(jù)其注漿目的是填充坍方體空洞，對(duì)固結(jié)體強(qiáng)度要求不高，同時(shí)由于原開(kāi)挖的小導(dǎo)坑留下的空洞較大，采用較高強(qiáng)度的注漿材料不僅造成浪費(fèi)，也為后來(lái)的開(kāi)挖帶來(lái)了困難。為此，據(jù)孔鉆記錄，A、I、H三個(gè)工作面預(yù)注漿孔分別在6m、10m、17m處有50120cm不等的架空區(qū)，對(duì)這三個(gè)孔不同斷位的注漿材料進(jìn)行了變更，由原設(shè)計(jì)的水泥漿與水泥砂漿改為粘

16、土水泥砂漿。變更后的漿液含粘土約為25%，28d固結(jié)強(qiáng)度在813kgPc，可滿足工作面穩(wěn)定的要求，凝結(jié)時(shí)間約為35d，流動(dòng)性好，不僅降低了工程成本，也具有良好的填充效果。三個(gè)孔三個(gè)段別分別共計(jì)注入粘土水泥砂漿120m3，約占空洞總量的80%.（2）采用間隔注漿獲得注漿加固效果。在進(jìn)行管棚注漿時(shí)關(guān)鍵是獲得管棚內(nèi)外形成厚約2m的注漿加固圈，但由于坍體內(nèi)有許多塊石相互棚架，致使坍體內(nèi)空洞大而多，這些空洞有的直接與坍空區(qū)相連，注漿時(shí)漿液在壓力作用下通過(guò)這些空洞泄流至坍空區(qū)，而不能在管棚附近均勻擴(kuò)散，從而使注漿加固圈無(wú)法形成。為此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用間歇注漿法，即當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間注漿壓力上不來(lái)時(shí)，說(shuō)明漿液順空隙泄流至坍空區(qū)，這時(shí)將漿液凝結(jié)時(shí)間調(diào)整至3050s，注漿15min，停40s，待原注入漿液初凝變稠后再注，如此反復(fù)，則原先的泄?jié){通道逐漸變小并最終堵塞，漿液即在管棚周圍達(dá)到均勻擴(kuò)散的目的。4.施工質(zhì)量與效果評(píng)定（1）導(dǎo)向管外插角為2°4°，間距2833cm，滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，為保證管棚制安精度創(chuàng)造了條件。（2）管棚孔鉆進(jìn)過(guò)程中僅有一個(gè)孔打偏與另一管棚相交，僅占管棚總