蘭渝鐵路關子嶺隧道洞身長管棚施工技術

1、洞身大管棚施工技術1 管棚概述管棚一般是沿地下工程斷面的一部分及全部，以一定的間距環(huán)向鉆設與隧道軸線基本平行的鉆孔，而后插入大直徑的鋼管，并向管內注漿固結周邊圍巖，從而在預定范圍內形成鋼管棚護的支護形式。管棚超前支護是為了在特殊的地質條件下確保進行安全開挖，預先提供增強地層承載力的支護方法。主要適用于軟弱地層、軟巖、巖堆和破碎地段。隧道進、出口及淺埋段應用較多。2 設計情況關子嶺隧道位于甘肅省隴南市楓相鄉(xiāng)，為一座雙線隧道，設計時速200km/h，全長2725m，進出口均與橋梁相接，地層主要由第四系全新統坡積，崩積碎石類土及下元古界砂質板巖夾砂質絹云母千枚巖組成。隧道DK433+166DK433

2、+266為淺埋段（設計為級圍巖、支護級加強），穿越地表沖溝，沖溝地表呈波狀起伏，巖堆發(fā)育，石塊較大多呈長條狀、圓形等。溝槽多為急坡谷，下切較深。地表覆土較淺，見基巖出露。自然橫坡20°-40°，山坡植被發(fā)育，交通條件差。沖溝溝底距隧道拱部最小埋深16m，沖溝常年有水經過，實測過水斷面3m2，流量6m3，雨季受氣候季節(jié)降水影響較大。為了安全的穿越此淺埋段，設計采用了長管棚進行超前支護，管棚設計要求：管棚布設在隧道拱頂120°范圍內，管棚采用895的無縫鋼管，管棚長10m，外插角8°，下一環(huán)管棚與上一環(huán)管棚水平搭接3m，具體見圖1、圖2。圖1 洞身大管棚正面

3、布置圖圖2 洞身大管棚縱向布置圖3 管棚鉆機的選型管棚機主要分為兩種類型，一種為簡易的水平鉆機，一種為潛孔地質鉆機。水平鉆機自身無法調整鉆桿外插角，無動力裝置，無法自行行走，須搭設操作平臺行走和控制鉆桿外插角，鉆孔動力系統靠高壓風，一般用于洞口大管棚的施工。潛孔鉆機配有履帶，自身可行走（電力），自身通過液壓系統可調鉆桿的豎向角度和側向角度，鉆孔動力系統靠高壓風，可用于洞口和洞身管棚施工。兩種管棚鉆機優(yōu)缺點比較。水平鉆機優(yōu)點：鉆機價格便宜，缺點：搭設鋼平臺耗時長施工效率低；管棚工作室較大。潛孔鉆機優(yōu)點：鉆桿可調豎向角和側向角，可以提高工作效率；不需要搭設鋼平臺，只需將洞碴扒平整，管棚準備時間短，

4、節(jié)約施工時間；管棚工作室較小，節(jié)約成本，提高功效；鉆機機動性強，出現緊急情況，鉆機可及時撤離，缺點：價格相對昂貴。鉆機型號選定?？紤]在盡量減小管棚工作室的情況下，滿足設計管棚外插角8°的需要，考慮到施工功效，我們選擇了小型號的潛孔鉆機。潛孔鉆機型號KQ90D，潛孔鉆外形尺寸長 2.5m，寬 1.95m，高 1.6m，整機重 1640kg，潛孔鉆機機械性能，可鉆孔長30 m，孔徑90mm130mm,豎向角上仰25°、 下俯 25°，側向擺角左30°、右30° ，回轉扭矩800N.m，推進軸壓力10000N以上操作性能可以滿足設計要求。4 機械、人

5、員配置情況表1. 主要機械配置表序 號設備名稱規(guī)格型號單 位數 量備 注1管棚鉆機KQ90D臺1張家口市宣化2雙液注漿機KYB-70/80SK臺23砼攪拌車8m3輛14紅巖金剛汽車10m3輛15交流電焊機BX1-500臺26挖掘機小松臺17側翻裝載機柳工臺18鑿巖機YT28臺49濕噴機ZBSP-6C臺1表2.主要管理及作業(yè)人員配備表序號工 種數量（人）具體分工備注1負責人1負責管棚施工的全部事宜2領工員2負責現場施工和安全工作3技術員1掌握施工技術、質量及各種異常情況的處理和匯報4測量員2鉆機定位、監(jiān)控量測等工作5試驗員1注漿配合比的調試6安全員1負責施工過程的安全監(jiān)控7電焊工2導向架、導向管

6、的安裝及加固8鉆工4管棚工作室的開挖鉆眼9立架工4鋼拱架安裝及加固10噴砼工4噴射砼作業(yè)11壓漿工2操作壓漿機，做好注漿原始記錄12司機4操作機械及車輛13普通工4協助各項工作5 洞身管棚施工工藝5.1洞身管棚施工工藝流程圖（見圖3）圖3. 洞身管棚施工工藝流程圖掌子面開挖漿液制備連接注漿管路、調試管棚工作室施做導向墻、導向管施做做噴射砼封閉工作面管棚加工清孔、驗孔、安裝管棚鉆機就位及鉆孔封孔、管棚與鋼架焊接注漿5.2管棚的制作加工5.2.1大管棚用鋼材的規(guī)格、型號、材質滿足設計要求和國家有關現有技術標準的規(guī)定。我們選擇的材料為：89的無縫鋼管，壁厚5mm，單根管長6m，材質為Q235。5.2

7、.2管棚制作 管棚鋼管設計采用鋼花管。鋼花管前端20cm做成錐形易于插入，后端1m范圍內不開孔，尾部焊接16加勁箍，其余部位周身按梅花形布設1016mm的壓漿孔。具體見圖4圖4 管棚加工示意圖5.2.3鋼管間的連接。每根鋼管的一端都車15cm長的外絲扣，鋼管間采用一根長30cm帶全內絲扣的956的無縫鋼管進行連接。為了錯開接縫，每根管棚采用兩根長6m和4m的鋼管組成。5.3 管棚工作室洞身管棚施工前應預先施做管棚工作室，管棚工作室應綜合考慮鋼管外插角、管棚機型號、施做斷面前后支護情況及施工可操作性。關子嶺隧道設計管棚外插角為8°，經斷面及實際現場分析（見圖5）斷面前方預留2.4m&#

8、215;0.35m環(huán)向管棚操作室。圖5 管棚工作室5.4 導向墻及導向管為縮短施工時間，導向墻采用C30噴射砼，厚度50cm。導向墻內設置兩榀I20b工字鋼，鋼架間距設置為30cm，為了減少管棚的外插角，我們采取了在導向墻內兩榀I20b工字鋼腹板開孔的辦法，導向管采用130鋼管與鋼架腹板焊接，縱向通過22螺紋鋼與拱架加強連接。導向管設置角度為8°（通過調整鋼架半徑，間接調整導線管角度），長度設定為80cm，套拱內外均鋪掛8鋼筋網片，網片間距20×20cm，拱架縱向采用22連接相連，間距0.5m，每榀鋼架徑向打設鎖腳及環(huán)向錨桿，錨桿長度3.5m，環(huán)向間距1m，與鋼架焊接牢固。

9、5.5 鉆機就位及鉆孔鉆孔是管棚施工的關鍵工藝環(huán)節(jié),鉆孔質量的優(yōu)劣直接到管棚的整體質量。為較少圍巖擾動，充分發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力，此段圍巖采用三臺階七步開挖方法。鉆孔主要采用翼片式硬質合金鉆進工藝,對于難成孔的地層則采用跟管法。施工順序由下向上由兩邊向中間依次進行。通過洞內棄砟整平施做平臺。鉆機角度調節(jié)采用全站儀高差定位，確定角度見圖6。適當調節(jié)平臺高度，確保鉆頭正確插入導向管。采用高壓風站的高壓風帶動鉆頭，開空時，低速低壓，待成孔1m后，適當加壓，鉆孔進入土質地層采用壓力適當調小，以免引起塌孔。塌孔時可進行注漿加固待周邊土質形成一定強度后再行鉆孔，直至鉆直設計長度，鉆孔采用特制精密水平陀螺儀檢測

10、偏斜。圖6 管棚機角度調整5.6 清孔、驗孔并安裝管棚鉆孔完成后鉆桿退位，再次鉆進進行清除孔內浮渣，確?？讖健⒖咨畈⒎乐苟驴?。利用高壓風清理鉆渣，用測桿檢測孔深，用測斜儀量測外插角。檢測合格后立即安裝89的鋼管，鋼管在同一截面內接頭數量50%，每根鋼花管由2根組成，相鄰鋼化管分別布置成6m、4m及4m、6m的組合形式。鋼管之間通過套管絲扣連接。淺孔段采用人工推進，孔深阻力大時，采用鉆頭慢慢頂進，推進時采用測斜儀經常檢查鋼管的偏斜度，發(fā)現偏斜超過設計要求及時糾正。鋼管安裝完成后及時安裝孔口止?jié){塞，并對每根鋼管連續(xù)編號且做好標記。管棚安裝后，用麻絲和錨固劑封堵鋼管與孔壁間空隙。5.7 噴砼封閉工作

11、面 一環(huán)38根管棚安裝完畢后，對開挖工作面、拱圈及孔口管周圍巖面噴射10cm厚的C25混凝土，以防止鋼管注漿時巖面裂隙跑漿。5.8 管棚注漿5.8.1 管路連接及調試。將雙液注漿機的管路與管棚進漿孔連接，安裝止?jié){閥，管路連接好后進行壓水試驗，以檢查止?jié){效果和注漿管路是否有跑水、滲水現象。5.8.2 漿液配置。漿液采用1m3全自動拌和站進行拌制，水泥凈漿水灰比為1:1，材料用量為：750kg水泥和750kg水，水泥采用p.o42.5水泥。5.8.3 注漿作業(yè)管棚注漿采用KYB-70/80SK 雙液注漿機進行作業(yè)，注漿機最大工作壓力可達7Mpa,注漿量70L/min,可以滿足設計要求，鋼

12、管注漿采用奇偶數鋼管間隔注漿由下到上、由左到右，即先按順序注奇數管，奇數管注漿完成后，再開始按偶數管順序同上順序。注漿過程控制，注漿壓力確定初壓為0.51.0MPa，終壓為2.0MPa。注漿時密切監(jiān)視壓力變化，如壓力達到2.0MPa并持續(xù)穩(wěn)定恒壓10min后結束注漿。單根注漿量按進行估算。注漿擴散半徑，考慮注漿疊加效應，按=（0.60.7）計算，為相鄰鋼管之間的距離； 鋼管長度；巖體孔隙率；注漿過程應認真做好記錄，以便分析解決施工中出現的問題，注漿結束后及時清除管內漿液并用M20的水泥砂漿及時填充，以增強管棚的剛度及強度。第一環(huán)管棚注漿量為147m3。6 量測計劃表3. 量 測 計 劃 表量測

13、項目量測儀器量測斷面間距量測頻率洞內觀測觀察調查數碼相機、現場觀測原則上各開挖面和地質不變段每日1次周邊位移收斂計,精度0.1mm毎5m布設2條基線位移速度(mm/d)觀測頻率52次/d151次/d拱頂下沉水準儀、銦鋼尺毎5m布設1個觀測點0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d洞外觀測地表下沉水準儀、銦鋼尺地表毎10m布設1個斷面，斷面與隧道中心線垂直，并與洞內布設在同一斷面，每個斷面布設11個觀測點，此淺埋段共布設10個斷面，110個觀測點。地表監(jiān)測頻率與洞內一致。7 管棚施工效果及施工效率目前，我們僅做了第一環(huán)管棚，開挖并支護了三個循環(huán)。掌子面圍巖揭示：圍巖裂隙充滿水泥漿，加固效果良好，掌子面不掉塊，圍巖有一定的自穩(wěn)性，開挖輪廓線圓順，施工安全。通過圍巖監(jiān)控量測顯示該段初期支護完成后拱頂累積沉降量4.13cm，遠遠小于設計13cm的預留沉降量，表明管棚預支護取得了很好的效果。功效分析：第一環(huán)管棚布設在隧道拱頂120°范圍內、共38根，管棚施工第一環(huán)管棚僅用了10天；而采用簡易的水平鉆機，根據已施工的洞口大管棚施工，用時均在15天以上。由此可見KQ90D潛孔鉆機施工效率較高。8 結束語通過試驗與摸索，洞身管棚在關子嶺隧道級淺埋段施工中取得階段性的成功，我們得出以下結論： 長管棚施工是一種處理特殊地質條件下的地下工程有效輔助措施