談隧道超前支護施施工技術--非開挖技術術在隧道施工工中的應用

來源：北京中鐵隧隧建筑有限公公司

摘

要要：從隧道超超前支護的施施工工藝著手手，介紹了幾幾種用非開挖挖技術施作隧隧道超前支護護的方法，并并進一步說明明了其中若干干問題，為達達到質量最好好、效率最高高、經濟效益益最大化的隧隧道超前支護護施工提供參參考作用。

關鍵詞：：隧道超前支支護非開挖技術應用

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引引言

隨著城市市地下空間建建設和開發的的不斷加快，對對地下工程施施工技術的要要求也在不斷斷提高。由于于淺埋暗挖法法具有無可比比擬的優越性性，已成為城城市地下工程程施工的主要要方法之一。城城市地下工程程絕大多數位位于繁華地段段和靠近密集集建筑物或居居民區，因此此控制好施工工過程中引起起的地表下沉沉和對周邊結結構物的影響響，是淺埋暗暗挖法施工成成敗的關鍵。

經過近幾幾年來的不斷斷發展和實踐踐，隧道超前前支護作為一一項保證隧道道開挖安全、保保護地面建筑筑以及控制地地表沉降等的的技術越來越越受到重視，其其應用也越來來越廣泛。隨隨著隧道超前前支護施工的的不斷發展，新新工藝、新技技術也不斷涌涌現，極大的的提高了地下下工程的施工工安全和施工工效率。而非非開挖技術作作為一項新興興的施工技術術由初期的市市政地下管線線的鋪設，向向城市隧道暗暗挖施工的超超前支護技術術方向延伸，并并已顯示了較較大的優越性性。

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工工藝原理

隧道超前前支護又名管管棚支護，就就是沿著隧洞洞開挖輪廓周周線，用特定定的機器把一一系列鋼管順順著隧道軸線線方向按一定定次序打人開開挖前方的地地層內，然后后向管內注漿漿固結管子周周圍的圍巖，最最終形成一個個棚架支護體體系，以支撐撐來自外側的的圍巖壓力，從從而保證其隧隧洞開挖、襯襯砌的連續性性和安全性。特特定的機器主主要是指用來來進行非開挖挖施工的水平平定向鉆機和和夯管錘。

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施施工工藝

目前，施施作大管棚的的工藝很多，其其中非開挖技技術施作大管管棚就是其中中的一類。而而非開挖技術術施作管棚的的方法又分為為夯管錘直接接夯進法、水水平定向鉆機機頂進法、水水平定向鉆機機回拖法、夯夯管錘和水平平定向鉆機結結合法幾種。

2.1

工藝流程

利用非開開挖技術施作作大管棚的工工藝流程見圖圖1-圖4。

2.2

施工步驟

2.2.11

施工準備

在開始施施工之前，先先對施工區域域地下管線和和地質情況進進行詳細探測測，弄清地下下管線位置和和是否有障礙礙物，防止施施作時破壞地地下管線及制制定相應的措措施。如在含含卵石或有障障礙物地層中中用夯管錘施施作管棚時，在在鋼管夯入頭頭安裝切削頭頭，防址鋼管管頭變形影響響管棚精度；；根據不同地地質情況，選選擇合適的鉆鉆頭、回擴器器、合適泥漿漿配置方案以以及進行鉆進進曲線設計，保保護好地下管管線的安全。圖1夯管錘直接夯進法法工藝流程圖圖圖2

水平定向鉆鉆機直接頂進進鋼管法工藝藝流程圖圖3

水平鉆機回回拖鋼管法工工藝流程圖圖4

水平鉆機和和夯管錘結合合法工藝流程程圖

用水平定定向鉆機直接接頂進法施工工時，為了加加強其頂進過過程中的導向向作用，提高高管棚的精度度，還需要用用制作管棚的的鋼管自制一一個楔形鉆頭頭，鉆頭前要要滿焊一塊加加工有射水孔孔的鋼板，孔孔徑大小根據據管徑大小確確定，一般在在10-20mmm之間。并并且在鉆頭里里加工一個裝裝探棒腔的定定位裝置，探探棒腔里裝有有探棒，用來來進行導向控控制，結構如如圖5所示。無線線探棒是通過過發射無線信信號傳遞導向向信息，而鋼鋼管對無線信信號有屏蔽作作用，因此要要在楔形鋼管管鉆頭上加工工適當的縫隙隙，有利于信信號的發射，增增強其導向作作用。圖5

自制的鋼管管鉆頭結構示示意圖

在用水平平定向鉆機和和夯管錘相結結合法施工時時，由于要進進行擴孔操作作，為了提高高管棚精度，需需要加工一個個特殊的回擴擴頭，回擴頭頭兩端都是錐錐形，并且上上面有射水孔孔，具體形狀狀如圖6所示。回擴擴頭是通過絲絲扣接頭與鉆鉆桿連接；在在回擴頭表面面加工排泄泥泥漿的螺旋槽槽；回擴頭直直徑中根據管管棚的大小來來定。圖6

回擴頭示意意圖

2.2..2

設備的安裝裝、就位

按照設計計要求和施工工條件，準確確把設備進行行安裝、調試試和就位，使使設備的位置置、安裝角度度等符合施工工要求。

用夯管錘錘施工時，牢牢固鋪設鋼管管導軌和安裝裝夯管錘基座座，在每次安安裝出土器、夯夯管錘以及錐錐套時，用測測量儀器進行行檢測，保證證二個部件的的中心線在同同一直線上。進進行空壓機的的調試，以準準備夯擊，同同時要注意導導軌地基堅固固穩定，鋪設設的管線越長長，地基的穩穩定性越重要要。導軌要選選用重型槽鋼鋼、工字型鋼鋼，而且作導導軌的型鋼必必須調直，對對于大直徑鋼鋼管(φ210mmm以上)，一般采用用兩根工字鋼鋼作導軌。工工字鋼安裝要要平直，并根根據鋼管可能能的偏斜趨勢勢適當上揚或或下調一定角角度，以抵消消一部分可能能的偏斜。一一般在軟地層層中鋼管容易易向下偏斜。

用水平定定向鉆機施工工時，在開始始安裝設備前前，先校核探探棒的準確性性。根據設計計要求，用測測量工具準確確定位水平定定向鉆機的位位置、方向、角角度，并且將將鉆機固定好好，防止鉆機機在推力和扭扭矩的作用下下出現傾斜和和移動，影響響管棚精度。同同時考慮到鋼鋼管自身有撓撓度、地層的的具體情況以以及鉆機在操操作過程中產產生的誤差，在在調整鉆機時時一般先放一一個仰角，角角度的大小主主要是根據管管棚的長度、鋼鋼管壁厚以及及地層條件等等因素來定，一一般在1％-2％。

2.2..3

導向鉆進、擴擴孔

導向孔是是回擴、回拖拖管線的基礎礎，導向孔的的質量將直接接影響到以后后各道工序的的施工。在鉆鉆進過程中，通通過導向儀隨隨時進行監控控，盡量保證證鉆進軌跡與與設計的鉆進進曲線重合。如如有偏離，應應及時糾偏，糾糾偏遵守“勤糾少糾”的原則。

為了能更更好的成孔，保保證鉆進順利利，要根據地地質情況及時時調配泥漿和和控制泥漿的的流速。泥漿漿的主要作用用是保護孔壁壁、防止鉆孔孔坍塌以及攜攜帶和懸浮鉆鉆肩，并排到到孔外，冷卻卻和沖洗鋼管管，起到潤滑滑作用，減小小鉆機旋轉及及推進阻力，保保證施工順利利暢通。有時時為提高泥漿漿的潤滑性，降低摩摩擦阻力，增增強攜屑效果果，需加入增增黏劑和潤滑滑劑。在鉆進進過程中要根根據地層情況況和壓力情況況及時調整泥泥漿稠度和鉆鉆機的轉速，及及時記錄各種種技術參數。

擴孔就是是把導向孔通通過回擴頭擴擴至施作鋼管管所需要的孔孔徑大小，滿滿足鉆機的工工作功率。回回擴頭的直徑徑應滿足其回回擴后的孔徑徑為鋼管直徑徑的1.3倍。

2.2.44

鋼管的施作作

根據選用用的施作方法法，用相應的的設備把鋼管管送(水平鉆機直直接推進、回回拖或者夯管管錘夯擊)人土層中，形形成管棚支護護系統。

用夯管錘錘施作管棚時時，由于鋼管管是非控向的的，所以第一一節鋼管的夯夯進是保證管管棚精度的關關鍵。夯進第第一節鋼管時時，必須非常常慎重，按照照管棚設計要要求，準確調調節好第一節節鋼管方向、角角度，然后輕輕微開啟空壓壓機閥門，慢慢慢夯進鋼管管，保證第一一節鋼管準確確夯入土層。同同時要注意所所夯鋼管的長長度要與鋼管管直徑、壁厚厚相匹配。大大管棚施工時時，一定要采采用合適壁厚厚的鋼管，使使鋼管能承受受相應夯管錘錘型號的夯擊擊力，使管棚棚達到設計要要求。具體匹匹配見表1。表1

鋼管直徑、壁壁厚匹配表

用水平鉆鉆機直接推進進鋼管法施作作時，開始推推進第一節鋼鋼管時，在開開孔階段采取取低速低壓，待待鋼管進入一一段距離(一般是1m左右)后，壓力逐逐漸升高，達達到合適值(根據現場條條件而定)，鉆速升致致正常轉速。在在鉆進過程中中，必須在鋼鋼管內注壓力力水(泥漿)，以沖掉鋼鋼管前端泥土土，潤滑鋼管管外表面，減減小鉆進阻力力和旋轉扭矩矩，使鋼管能能順利旋轉前前進，因此，鋼鋼管不能開注注漿孔。

在鉆進過過程中，通過過導向儀隨時時進行監測，及及時掌握鉆進進數據。如果果壓力水(泥漿)未及時把鋼鋼管前面的土土沖掉，會使使水壓和推力力突然增大，這這時把鋼管來來回推動，使使水盡量把泥泥土沖掉，達達到正常的運運轉范圍。

開始鉆進進時，在人土土處焊一個定定位三角架卡卡好鋼管，防防止由于鋼管管旋轉帶來的的偏移，保證證鋼管的中心心線在開孔處處沿著設計軌軌跡前進。

2.2..5

鋼管的連接接

主要有絲絲扣和電焊兩兩種方式連接接鋼管。根據據不同的施工工方法采用不不同的連接方方式。用夯管管錘夯擊鋼管管時一般用滿滿焊，焊縫處處加綁鐵的方方式連接，使使焊縫處能承承受較大的夯夯擊力；用水水平鉆機施作作時一般用絲絲扣連接，使使鋼管接頭處處能傳遞較大大的軸向力和和扭矩。不論論采取哪種方方式，在加裝裝鋼管時，都都必須注意檢檢查鋼管是否否彎曲，全部部管子中心線線是否在同一一直線上。

2.2..6

注漿

在管棚施施作完以后，需需在鋼管上開開注漿孔進行行注漿，以固固結管子周圍圍的圍巖，最最終形成一個個棚架支護體體系，使管棚棚能起到支護護作用。在用用水平鉆機直直接推進鋼管管法施作時，由由于鋼管是當當鉆桿使用，所所以不能在鋼鋼管上開注漿漿孔。在采用用水平鉆機和和夯管錘結合合的方法施工工時，由于是是鉆大孔夯小小管，所以必必須在鋼管上上開孔注漿，以以減少管棚與與孔壁間的間間隙，防止產生沉降。

3

適適用范圍與應應用

3.1

使用范圍

由于傳統統的管棚施工工方法存在鋪鋪管方向控制制難，一次性性支護長度短短，降低了隧隧道開挖效率率，提高了施施工成本。其其現有的管棚棚設備已無法法滿足長、大大管棚的鋪設設要求。而使使用非開挖技技術進行管棚棚施作，較好好地解決了這這些不足，既既能鋪設長、大大管棚，又能能很好的控制制管棚的精度度。但是不同同的地質，使使用的施工方方法和施工設設備各有不同同。

使用夯管管錘施作管棚棚時，適用的的管徑范圍較較大，但是由由于大管棚的的管徑一般都都在φ377mmm以下(少數也達到φ400mmm)，根據管徑徑與長度匹配配表以及地層層條件，該方方法施作管棚棚的長度一般般在30m以內。同同時，該方法法對地層的適適應性強，既既適應于含水水層，也適應應于卵石層(要求卵石粒粒徑不超過鋼鋼管直徑即可可)。但是夯管管錘聲音大，不不宜在居民區區、學校等對對聲音環境要要求高的地方方施工。

水平定向向鉆機直接頂頂進鋼管法一一般用于φ130-φ175mmm，長度小于于30m的管棚棚施工，但是是在非粘土層層和礫石層中中施工困難，一一般適用粘土土層。

水平定向向鉆機回拖鋼鋼管法施工速速度快，對地地表干擾小，可可控制鋪管方方向，施工精精度高，可以以開注漿孔等等優點，一般般適用于φ108-φ500mmm，長度小于于70m的管棚棚施工。但是是用該方法施施作管棚，對對施工場地要要求較大，必必須兩邊都有有施作空間，而而且導向鉆進進不適用于砂砂層和礫石層層，一般適用用于黏土層。

水平定向向鉆機和夯管管錘結合施工工的方法適用用于軟土層，不不適用于沙層層和礫石層。在在機器丁作功功率滿足施工工的情況下，一一般適用于φ108-φ210mmm、長度15-40mm的管棚施工工。但是該工工藝對操作人人員的技術要要求高，輔助助施工時間較較長，其施丁丁速度較慢，不不適用于工期期緊張的工程程。

3.2

應用實例

從上面的的施工工藝說說明可以知道道，每種工藝藝既有各自的的優點，也有有其不足之處處。施工時，要要根據管棚的的設計要求和和現場的施工工條件以及經經濟效益選擇擇合適