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摘 要：管棚因采用钢管作纵向预支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整体刚度加大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。本文通过对岩内隧道洞口软弱围地段的管棚施工论述了长大管棚在隧道浅埋段的施工技术，对今后的类似施工有一定指导意义。
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关键词： 长大管棚软弱围岩注浆
1工程概况
岩内隧道为厦门至安溪城际快速路(站北互通～厦门互通段)上难度较大工程之一，岩内隧道为双向分离式隧道，左隧道长为1028m，右隧道长为1018m。隧道左右线均按双车道设计，车行道宽度2×2.75=7.5 m，建筑限界总宽10.75m（每座隧道）。隧道进口围岩上覆素填土、中液限粘质土，覆盖层厚3～6m，围岩级别为Ⅴ级，按新奥法设计和施工，为了确保施工安全，采用40m长大管棚对洞口段施工进行超前支护。
2管棚设计
（1）钢管环向间距为40cm；
（2）管心与衬砌设计外廓线间距为35cm；
（3）仰角1°，方向与路线中线平衡；
（4）钢管施工误差：径向不大于20cm；
（5）管棚长度为40m，热轧无缝钢管Φ108 mm，壁厚6mm，节长3m、6m；
（6）管棚接长采用管箍丝口连接。钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻Φ15注浆孔(外端3m的棚管不钻孔)；管头焊成圆锥形，便于入孔。
3管棚施工
采用偏心钻具扩孔同步带进钢套管的跟管钻进技术，提高管棚的顺直度，防止锚孔坍孔，加快管棚的钻进速度。
3.1 管棚工作室的修建
⑴施工洞口仰坡防护,然后拉槽开挖管棚工作平
台。
⑵施作钢架混凝土套拱导向墙：套拱在明洞外轮廓线以外施作，在套拱内埋设三榀格栅钢拱架，浇灌混凝土前预埋导向管，导向管采用Φ127钢管，壁厚4mm,长2.0m。
3.2 钻孔施工步序及说明[2]
施工步序见下图：
⑴把组装好的偏心钻具联结在钻杆上，将第一节带有套管靴的钢套管套入钻具，使偏心钻头露出到套管外，将偏心钻具的钻杆联接在动力头上。
⑵钻机正转偏心扩孔带管钻进，自动力头行至最大行程为止。
⑶钻机反转收偏退钻，卸杆，动力头退至尾端。
⑷联接第二节钢套管和钻杆。
⑸再次跟管钻进，推送第二节钢套管入孔。
⑹重复第三步。
⑺重复第四步。
⑻重复第五步至设计的管棚深度为止，然后反转偏心钻具，退杆卸出所有钻杆后，取出偏心钻具。
⑼插入钢筋笼，封闭管口注浆。
3.3 钻进方法及注意事项
⑴安设钻机：采用MGJ―50型锚杆工程钻机，无伸缩臂功能，钻机升降采用在底架上用千斤顶升降，加设枕木垛调节所需高度。
⑵开孔：开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联结是否紧密，偏心扩孔器转动是否灵活。在架设好钻机、调整好孔位的水平位置及仰角后，采用大于钢套管直径1~2级的潜孔锤，钻凿2~3m深的孔口，然后退出潜孔锤。
⑶钻进：将第一节带有套管靴的钢套管套入钻具，使偏心钻头露出到套管外，检查扶正器、导正器、钻杆三者是否同轴，以避免在钻进中钢套管歪斜，导致发生孔斜和加不进钻杆和钢套管的困难。钻机加压进入正常钻进作业后，要注意排屑是否正常，要经常调整钻压，力求保持一个恒定的排屑速度。
⑷加接钻杆和钢套管：当跟管钻进至钢套管尾端距导向墙墙面约30cm时停钻，然后反转收偏退钻、卸杆，动力头后退至尾端加接钻杆或钢套管，此时应先拧紧钻杆，然后再拧紧联接套管。为提高加接套管的效率，可制作专用工具。
⑸退钻：在退钻倒换钻具或退出孔口之前，冲击器应后退进行吹孔或注水清洗，把环状空间的岩屑清除干净后，再把钻杆及钻具退出。反转钻具时不要太猛，防止钻杆或冲击器脱扣。
⑹安放钢筋笼灌注水泥砂浆：待整个拱部管棚支护施工完成后，从两侧拱脚起，向拱顶方向，向管棚钢管内安放钢筋笼，钢筋笼分节电焊安装，安装的同时，将塑料排气管附在钢筋笼上一起塞入孔底附近，然后封闭孔口灌浆，当排气管出浆时，即可停止灌浆。
2.4 管棚注浆[1]
按固结管棚周围内有限围岩设计。注浆采用孔口封闭一次性注浆，先对有孔钢花管注浆，在钻进无孔钢花管时对注浆效果进行检查。注浆机械采用SN系列注浆机（能注水泥浆和砂浆），浆液材料采用纯水泥浆，水灰比1：1~1：1.5注浆初始压力为0.5～0.6Mpa，终止压力为0.7～1.0Mpa；持压15min后停止注浆。
2.5 施工工艺框图
施工工艺框图见下图：
施工工艺流程见《长管棚施工工艺流程图》
4 机具选择
5 质量控制
⑴钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。
⑵钢架安装垂直度允许偏差为±2°，中线及高程允许偏差为±50mm。
⑶钢管采用逐节接长，一般按孔位编号偶数第一节用3m，奇数第一节用6m，以后各节均采用6m，以确保在每一个截面钢管接头数不大于50%。
⑷在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。管棚外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好，相邻的钢管不得相撞和立交。
⑸经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
⑹掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
⑺在遇到松散的堆积层和破碎地质时，在钻进中可以考虑增加套管护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。
6 结束语
⑴对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工工艺，提前发挥超前支护作用，增加了施工和运营的安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。
⑵在管棚支护下开挖，可大减少围岩变形量。
⑶管棚钻孔可作为地质预探预报，地质资料可指导洞身开挖提供依据。
参考文献：
[1] 张朝强.大山隧道岩溶治理浅谈[J].四川建筑，2008（3）： 16-20.
[2] 铁路工程施工技术手册 隧道. 北京：中国铁道出版社，2004： 320-325.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。 |
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发表于 2018-7-16 17:47:57