廣州至河源高速公路（惠州段）第九合同段龍門(mén)山坳隧道左線出口ZK119+940.5掌子面坍方涌水突泥處理方案編制：復(fù)核：審核：審批：二〇一〇年十一月十四日中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司廣河高速公路惠州段第九合同段項(xiàng)目經(jīng)理部龍門(mén)山坳隧道左線出口ZK119+940.5掌子面坍方涌水突泥處理方案第跟管式鉆進(jìn)大管棚及雙側(cè)壁導(dǎo)坑通過(guò)坍方涌水突泥段調(diào)整方案經(jīng)過(guò)封閉掌子面作止?jié){墻、打管注漿等工序后，發(fā)現(xiàn)注漿壓力達(dá)到2～3Mpa，注漿速率明顯下降，于是停止注漿，待漿液凝固后開(kāi)始按照原方案進(jìn)行試探性開(kāi)挖掘進(jìn)，挖開(kāi)發(fā)現(xiàn)注漿效果不甚理想。扒開(kāi)坍渣，上方繼續(xù)坍落土狀巖體，手捏成團(tuán)，且斷斷續(xù)續(xù)但無(wú)長(zhǎng)時(shí)間停歇，渣土難以清理干凈，于是判斷上方圍巖自穩(wěn)能力極差，坍方短時(shí)間內(nèi)不會(huì)停止，且仍有滲水流出。原方案執(zhí)行難度較大，后采用側(cè)壁導(dǎo)坑進(jìn)行試探性開(kāi)挖，掘進(jìn)至坍口里程時(shí)，上方坍方繼續(xù)發(fā)展，坍體難以清理干凈，無(wú)法架設(shè)鋼架形成初期支護(hù)支護(hù)結(jié)構(gòu)（含臨時(shí)支護(hù)），故經(jīng)多方探討研究，擬采用跟管式鉆進(jìn)大管棚超前支護(hù)，后用雙側(cè)壁導(dǎo)坑小斷面通過(guò)，故提出此調(diào)整方案。一、大管棚超前支護(hù)1、地質(zhì)條件分析由外露坍體判斷此處為全風(fēng)化粉細(xì)砂巖地質(zhì)構(gòu)造帶，厚度不明，填充紅褐色巖屑，圍巖極其破碎，呈土狀，外觀表現(xiàn)為土夾孤石，孤石塊徑約0.5～1.0m，有地下滲水，自穩(wěn)能力非常差，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)偏弱。顯然在大管棚同一孔的鉆進(jìn)的過(guò)程中，可能會(huì)遇到這不同類(lèi)型、強(qiáng)度不一的地層。根據(jù)對(duì)外露坍體的現(xiàn)場(chǎng)踏勘，鉆進(jìn)過(guò)程中遇到孤石是不可避免的。2、施工難點(diǎn)及對(duì)應(yīng)技術(shù)措施（1）根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，管棚所在位置地層主要為坍方體，表現(xiàn)為土夾石，如果采用普通的三翼合金鉆頭或合金套筒鉆頭及楔型鉆頭在遇到孤石等堅(jiān)硬地層時(shí)無(wú)法通過(guò)，而且在風(fēng)化地層中的鉆進(jìn)效率極低。根據(jù)以往的工程施工經(jīng)驗(yàn)，宜采用風(fēng)動(dòng)潛孔錘跟管鉆進(jìn)成管法或風(fēng)動(dòng)潛孔錘沖擊成孔送管法；（2）在風(fēng)化和破碎地層中，管棚在打設(shè)時(shí)極易抱鉆及侵限。必須采用專(zhuān)用大扭矩、大推力管棚鉆機(jī)才能有效解決上述問(wèn)題；（3）如果地下水位高，可能在鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)涌水導(dǎo)致孔壁坍塌，需密切監(jiān)視出漿量。可根據(jù)工程需要，在掌子面下部左右兩側(cè)各打設(shè)2~3個(gè)水平降水孔，讓作業(yè)區(qū)內(nèi)的地下水自然流出，降低水位，以提高管棚打設(shè)及隧道開(kāi)挖過(guò)程中的施工安全度；（4）采用通常的先成孔后下鋼管的方法，即或風(fēng)動(dòng)潛孔錘沖擊成孔送管法。但考慮到在風(fēng)化或破碎層中容易塌孔或縮徑，引起地面沉降，對(duì)擬穿過(guò)的坍方段造成不利，同時(shí)下管也會(huì)非常困難，很難達(dá)到設(shè)計(jì)深度。采用風(fēng)動(dòng)潛孔錘跟管鉆進(jìn)方法，將鋼管直接鉆入，對(duì)地層的擾動(dòng)小。（5）潛孔錘直接成孔法與潛孔錘跟管鉆進(jìn)成孔法比較，施工工藝較為簡(jiǎn)單，無(wú)需套管，對(duì)施工設(shè)備的能力要求比較低。（6）施工設(shè)備的選定STG-250型全液壓驅(qū)動(dòng)水平定向鉆機(jī)。技術(shù)參數(shù)如下：功率最大輸出扭矩輸出轉(zhuǎn)數(shù)頂進(jìn)/回拖力最大行程55KW9000N·m30~60r/min250KN6000mm管棚采用φ108δ8無(wú)縫鋼管制作，分節(jié)鉆進(jìn)，單節(jié)長(zhǎng)度4.5m，管節(jié)之間連接采用公-母絲連接，鉆頭采用φ114δ8無(wú)縫鋼管制作，長(zhǎng)度26cm，前端鑲嵌26塊八角合金塊作切削點(diǎn)。三、施工工藝1、修筑施工平臺(tái)利用坍渣修整出大管棚施工工作平臺(tái)，平臺(tái)長(zhǎng)度和高度以利于管棚鉆機(jī)施鉆為宜，若坍渣量不足以修筑平臺(tái)，則用鋼管搭設(shè)鋼管架作為施工平臺(tái)。2、測(cè)量定位依托原支護(hù)結(jié)構(gòu)，在坍口護(hù)拱后第一榀鋼架間距間測(cè)設(shè)管棚鉆孔位置，以便鉆機(jī)就位，減少定位誤差，提高鉆孔定位精度。仰角以鋼架間距控制為宜，理論角度為17°。3、原支護(hù)結(jié)構(gòu)鑿孔在原支護(hù)結(jié)構(gòu)上，按測(cè)量放樣位置，鑿開(kāi)原支護(hù)噴射混凝土，鑿孔大小以能讓?duì)?08鋼管通過(guò)為宜，鉆孔完成后，及時(shí)采用噴射混凝土封閉。鑿孔不宜大面積展開(kāi)，以“鑿開(kāi)一個(gè)鉆孔一根，鉆完一根封閉一孔”為基本原則，避免原初期支護(hù)噴射混凝土大面積鑿開(kāi)，影響原初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。4、鋼管、鉆頭加工大管棚鋼管采用φ108δ8無(wú)縫鋼管切段車(chē)絲而成，分段長(zhǎng)度4.5m，管節(jié)之間以及管節(jié)與鉆頭之間采用“公—母”絲牙連接，絲牙長(zhǎng)度10cm，牙型為梯形方絲。管壁鉆φ12注漿孔，縱向間距30cm，環(huán)向4孔，梅花形布置，管尾3m范圍內(nèi)不鉆孔作止?jié){段。5、跟管鉆進(jìn)（1）施工工法所謂的潛孔錘跟管鉆進(jìn)成管法是采用水平定向鉆機(jī)通過(guò)錘頭前端帶有外錘頭的潛孔錘沖擊成管，外錘頭通過(guò)絲扣跟管棚鋼管連接，管棚打設(shè)到位后將外錘頭與管棚鋼管一同留在孔內(nèi)，然后注漿加固圍巖的管棚成管工法。潛孔錘跟管鉆進(jìn)成管法適用于砂卵層、風(fēng)化破碎帶等不易成孔地層的管棚施工，要求用強(qiáng)度較高的無(wú)縫鋼管作管棚鋼管，每節(jié)鋼管長(zhǎng)度必須與鉆桿配套，通過(guò)絲扣連接，便于接管加尺。管壁厚度不得小于6mm，管壁太薄時(shí)容易出現(xiàn)斷管的情況，影響管棚質(zhì)量，本次管棚鋼管采用壁厚φ108δ8mm無(wú)縫鋼管。管棚施工過(guò)程中要求現(xiàn)場(chǎng)供風(fēng)壓力不得低于6MPa，確保孔內(nèi)鉆渣排出干凈，保證管棚質(zhì)量。潛孔垂跟管鉆進(jìn)法采用φ60mm~φ127mm鉆桿為鉆具，鉆進(jìn)時(shí)潛孔沖擊器振動(dòng)、沖擊中心鉆頭，中心鉆頭傳遞沖擊給套管鉆頭并帶動(dòng)套管鉆頭鉆進(jìn)，套管與回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭無(wú)連接。沖擊器與內(nèi)鉆桿連接，內(nèi)鉆桿通過(guò)連接頭的內(nèi)螺紋與回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭連接，回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭通過(guò)連接頭傳遞扭矩給套管和鉆桿，將管棚鋼管依次打入土層。當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，反向旋轉(zhuǎn)內(nèi)鉆桿90度即可將中心鉆頭與套管鉆頭分離，然后把內(nèi)鉆桿全部提到孔外，將套管（管棚鋼管）留在孔內(nèi)。每打設(shè)一根進(jìn)行封孔注漿，最終在隧道拱部形成一個(gè)環(huán)形拱架。（2）施工步驟（1）機(jī)具組裝調(diào)試ⅰ、安裝鉆機(jī)前，要對(duì)軌道進(jìn)行鋪設(shè)，要求H型鋼軌找平誤差<3mm，底盤(pán)對(duì)角線找平誤差±3mm，四柱對(duì)角誤差±5mm，斜拉筋需繃緊，交叉拉力基本相等；ⅱ、卡瓦及所有螺母必須擰緊，絲杠、頂杠要頂緊，安裝要牢固，確保不因震動(dòng)而松動(dòng)或脫落。ⅲ、鉆進(jìn)前應(yīng)對(duì)鉆機(jī)定位情況、方位、傾角情況，孔口管對(duì)中情況，確認(rèn)正常后方可進(jìn)行試鉆；ⅳ、空壓機(jī)使用前要經(jīng)過(guò)全面檢修,通氣管連接要嚴(yán)密，在通氣管的端頭另外安裝一小氣管,隨時(shí)清理鉆桿內(nèi)孔;ⅴ、鉆具前部的潛孔沖擊器，必須經(jīng)檢驗(yàn)，保證質(zhì)量合格，性能可靠，以下為鉆具連接示意圖。潛孔沖擊跟管鉆進(jìn)示意圖（2）潛孔錘鉆進(jìn)①鉆進(jìn)前須先開(kāi)氣泵，待壓縮空氣流通正常后，方可鉆進(jìn)；鉆進(jìn)時(shí),空氣壓力應(yīng)控制在0.6~1.0MPa，泵量為10~12L/min為宜，保持中低壓力、勻速鉆進(jìn)；②現(xiàn)場(chǎng)操作機(jī)手須及時(shí)對(duì)鉆進(jìn)長(zhǎng)度及每次加管長(zhǎng)度進(jìn)行詳細(xì)記錄；③每鉆進(jìn)一定距離須排一次沙土以防抱鉆。（3）成孔檢測(cè)鉆孔完成后，須檢測(cè)成孔質(zhì)量，檢測(cè)項(xiàng)目有，成孔深度、入巖深度、成孔仰角、成孔左右傾斜度等。（4）回取錘頭當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，鉆機(jī)反向旋轉(zhuǎn)90°，內(nèi)鉆桿即可將中心鉆頭與套管鉆頭分離，此時(shí)將內(nèi)鉆桿全部退出孔外，即可將套管留在孔內(nèi)。6、封孔注漿（1）、單孔打設(shè)驗(yàn)收合格后，通過(guò)管內(nèi)壓注水泥漿，對(duì)管內(nèi)及管外環(huán)狀間隙進(jìn)行充填；（2）、終孔后，管棚的注漿壓力要控制在0.6~1.0MP之間，注漿壓力不宜過(guò)大。注漿量以出漿口流出水泥漿為準(zhǔn)。（3）、漿液用普通硅酸鹽水泥漿，水灰比1：1。動(dòng)力頭走完最大行程動(dòng)力頭走完最大行程準(zhǔn)備工作選擇鉆機(jī)鉆具組合架設(shè)工作平臺(tái)孔口測(cè)量定位安放鉆機(jī)開(kāi)孔跟管鉆進(jìn)退鉆、接桿、接管繼續(xù)跟管鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)孔深否？探棒回收注漿、封孔移孔或結(jié)束插入管棚鋼管管棚鋼鋼管加工管棚運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)注漿場(chǎng)地布置設(shè)備調(diào)試管棚注漿及效果檢驗(yàn)施工工藝框圖四、施工組織根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，本次施工采用有線導(dǎo)向水平跟管鉆進(jìn)方法一次將鋼管打到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，鋼管用絲扣連接。1、主要施工設(shè)備（1）STG-250型水平定向鉆機(jī)1臺(tái)。全液壓驅(qū)動(dòng)，功率：55KW；頂進(jìn)/回拖力：250KN；最大輸出扭矩：9000NM；（2）SE－1型水平導(dǎo)向系統(tǒng)1套。包括探頭和監(jiān)視器，導(dǎo)線連接。可測(cè)鉆頭傾角及鉆頭斜面的面向角，探頭發(fā)射的光束可監(jiān)測(cè)左右偏斜；（3）泥漿系統(tǒng)。包括BW－250型泥漿泵1臺(tái)，泥漿攪拌器1臺(tái)，2KW污水泵1臺(tái)；（4）BX1－500型電焊機(jī)1臺(tái)；（5）H－3移動(dòng)式鉆機(jī)工作臺(tái)架1套。2、施工用材料（1）φ108δ8無(wú)縫鋼管內(nèi)接管；（2）注漿用水泥；（3）膨潤(rùn)土及泥漿添加劑；（4）施工用水電；（5）鐵板及速凝劑等。3、施工條件要求（1）施工場(chǎng)地應(yīng)平整堅(jiān)固，高度適中（地平面往上距最低孔位100～120cm），無(wú)積水，無(wú)影響鉆機(jī)正常運(yùn)行的障礙物，有工人進(jìn)出場(chǎng)地的安全通道，不得有威脅施工安全的其他作業(yè)；（2）有設(shè)備及鋼管水泥進(jìn)出場(chǎng)地的安全通道及適當(dāng)?shù)牡跹b工具；（3）動(dòng)力電150KW接至離掌子面30m以內(nèi)；（4）水源接至掌子面30m以內(nèi)；（5）現(xiàn)場(chǎng)有20～30m3泥漿坑。4、施工人員配備序號(hào)類(lèi)別人數(shù)備注1負(fù)責(zé)人1人2現(xiàn)場(chǎng)管理2人（白、夜班）3機(jī)手2人（白、夜班）4泵工2人（白、夜班）5焊工2人（白、夜班）6電工1人（白、夜班）7鉆工5人（白、夜班）8合計(jì)14人五、雙側(cè)壁導(dǎo)坑通過(guò)坍方段落，圍巖橫斷面表現(xiàn)為上軟下硬，拱部臺(tái)階為軟弱圍巖且富水，中部和下部臺(tái)階為硬巖，圍巖強(qiáng)度較高，自穩(wěn)能力較好，故采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑開(kāi)挖方法進(jìn)行坍方處理，以探明坍方段落長(zhǎng)度和前方圍巖狀況，為拱部通過(guò)提供直接地質(zhì)預(yù)報(bào)。另一方面，雙側(cè)壁導(dǎo)坑頂部已伸入原拱部范圍，拱部?jī)艨缬稍瓉?lái)的15.14m變?yōu)?2.06m，利于拱部通過(guò)坍方段。側(cè)壁導(dǎo)坑頂部比原拱部臺(tái)階拱腳高約1.3m，底比原中部臺(tái)階拱腳位置低1.0m，凈寬5.4m，凈高5.77m，ZL30型裝載機(jī)能順利進(jìn)入，以利出渣。永久支護(hù)仍按原方案支護(hù)參數(shù)進(jìn)行。臨時(shí)支護(hù)采用如下參數(shù)：1、鋼支撐采用I18型工字鋼鋼架，縱向間距均為50cm，Φ22鋼筋縱向連接，連接筋環(huán)向間距100cm；2、鋼筋網(wǎng)采用單層φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為20×20cm，緊貼巖面掛設(shè)；3、系統(tǒng)錨桿