超前大管棚支护作为一项保证隧道开挖安全.docx

,超前大管棚支护作为一项保证隧道开挖安全、保护地面建筑以及控制地表沉降等的技术越来越受到重视,其应用也越来越广泛。随着隧道超前大管管棚支护施工的不断发展,新工艺、新技术也不断涌现,极大地提高了地下工程的施工安全和施工效率。 关键词:隧道超前支护 非开挖技术 管棚 施工工艺 0 引言 近年来,人们对环境保护意识的增强,提倡隧道洞口施工尽量减少对洞口围岩结构的扰动和地表生态环境的破坏,采取超前支护进洞的技术得到越来越多的应用。管棚支护,就是沿着隧洞开挖轮廓周线,用特定的机器把一系列钢管顺着隧道轴线方向按一定次序打人开挖前方的地层内,然后向管内注浆固结管子周围的围岩,最终形成一个棚架支护体系,以支撑来自外侧的围岩压力,从而保证其隧洞开挖、衬砌的连续性和安全性。 1 施工工艺 1.1 施工准备 在开始施工之前,先对施工区域地下管线和地质情况进行详细探测,弄清地下管线位置和是否有障碍物,防止施作时破坏地下管线及制定相应的措施。如在含卵石或有障碍物地层中用夯管锤施作管棚时,在钢管夯入头安装切削头,防止钢管头变形影响管棚精度;根据不同地质情况,选择合适的钻头、回扩器、合适泥浆配置方案以及进行钻进曲线设计,保护好地下管线的安全。用水平定向钻机直接顶进法施工时,为了加强其顶进过程中的导向作用,提高管棚的精度,还需要用制作管棚的钢管自制一个楔形钻头,钻头前要满焊一块加工有射水孔的钢板,孔径大小根据管径大小确定,一般在1020mm之间。并且在钻头里加工一个装探棒腔的定位装置,探棒腔里装有探棒,用来进行导向控制。无线探棒是通过发射无线信号传递导向信息,要在楔形钢管钻头上加工适当的缝隙,有利于信号的发射,增强其导向作用。 1.2 设备的安装、就位 按照设计要求和施工条件,准确把设备进行安装、调试和就位,使设备的位置、安装角度等符合施工要求。 用夯管锤施工时,牢固铺设钢管导轨和安装夯管锤基座,在每次安装出土器、夯管锤以及锥套时,用测量仪器进行检测,保证三个部件的中心线在同一直线上。进行空压机的调试,以准备夯击,同时要注意导轨地基坚固稳定,铺设的管线越长,地基的稳定性越重要。导轨要选用重型槽钢、工字型钢,而且作导轨的型钢必须调直,对于大直径钢管(210mm以上),一般采用两根工字钢作导轨。工字钢安装要平直,并根据钢管可能的偏斜趋势适当上扬或下调一定角度,以抵消一部分可能的偏斜。一般在软地层中钢管容易向下偏斜。 用水平定向钻机施工时,在开始安装设备前,先校核探棒的准确性。根据设计要求,用测量工具准确定位水平定向钻机的位置、方向、角度,并且将钻机固定好,防止钻机在推力和扭矩的作用下出现倾斜和移动,影响管棚精度。同时考虑到钢管自身有挠度、地层的具体情况以及钻机在操作过程中产生的误差,在调整钻机时一般先放一个仰角,角度的大小主要是根据管棚的长度、钢管壁厚以及地层条件等因素来定,一般在l%-2%。 1.3 导向钻进、扩孔 导向孔是回扩、回拖管线的基础,导向孔的质量将直接影响到以后各道工序的施工。在钻进过程中,通过导向仪随时进行监控,尽量保证钻进轨迹与设计的钻进曲线重合。 要根据地质情况及时调配泥浆和控制泥浆的流速。有时为提高泥浆的润滑性,降低摩擦阻力,增强携屑效果,需加入增黏剂和润滑剂。在钻进过程中要根据地层情况和压力情况及时调整泥浆稠度和钻机的转速,及时记录各种技术参数。扩孔就是把导向孔通过回扩头扩至施作钢管所需要的孔径大小,满足钻机的工作效率。回扩头的直径应满足其回扩后的孔径为钢管直径的1.3倍。 1.4 钢管的施作 根据选用的施作方法,用相应的设备把钢管送(水平钻机直接推进、回拖或者夯管锤夯击)入土层中,形成管棚支护系统。 用夯管锤施作管棚时,由于钢管是非控向的,所以第一节钢管的夯进是保证管棚精度的关键。夯进第一节钢管时,必须非常慎重,按照管棚设计要求,准确调节好第一节钢管方向、角度,然后轻微开启空压机阀门,慢慢夯进钢管,保证第一节钢管准确夯入土层。同时要注意所夯钢管的长度要与钢管直径、壁厚相匹配。一定要采用合适壁厚的钢管,使钢管能承受相应夯管锤型号的夯实力,使管棚达到设计要求。 用水平钻机直接推进钢管法施作时,开始推进第一节钢管时,在开孔阶段采取低速低压,待钢管进入一段距离(一般是1m左右)后,压力逐渐升高,达到合设计值(根据现场条件而定),钻速升致正常转速。在钻进过程中,必须在钢管内注压力浆,以冲掉钢管前端泥土,润滑钢管外表面,减小钻进阻力和旋转扭矩,使钢管能顺利旋转前进,因此,钢管不能开注浆孔。在钻进过程中,通过导向仪随时进行监测,及时掌握钻进数据。开始钻进时,在入土处焊一个定位三角架卡好钢管,防止由于钢管旋转带来的偏移,保证钢管的中心线在开孔处沿着设计轨迹前进。 1.5 钢管的连接 主要有丝扣和电焊两种方式连接钢管。根据不同的施工方式采用不同的连接方式。用夯管锤夯击钢管时一般用满焊,焊缝处加绑钱的方式连接,使焊缝处能承受较大的夯击力;用水平钻机施作时一般用丝扣连接,使钢管接头处能传递较大的轴向力和扭转。不论采取哪种方式,在加装钢管时,都必须注意检查钢管是否弯曲,全部管子中心线是否在同一直线上。 1.6 注浆 在管棚施作完成以后,需在钢管上开注浆孔进行注浆,以固结管子周围的围岩,最终形成一个棚架支护体系,使管棚能起到支护作用。在用水平钻机直接推过钢管法施作时,由于钢管是当钻杆使用,所以不能在钢管上开注浆孔。在采用水平钻机和夯管锤结合的方法施工时,由于是钻大孔夯小管,所以必须在钢管上开孔注浆,以减少管棚与孔壁间的间隙,防止产生沉降。 2 适用范围与应用 由于传统的管棚施工方法存在铺管方向控制难,现有的管棚设备已无法满足长、大管棚的铺设要求。使用非开挖技术进行管棚施作,较好地解决了这些不足,既能铺设长、大管棚,又能很好的控制管棚的精度。但是不同的地质,使用的施工方法和施工设备各有不同。 使用夯管锤施作管棚时,适用的管径范围较大,根据管径与长度匹配表以及地层条件,该方法施作管棚的长度一般在30m以内。同时,该方法对地层的适应性强,既适应于含水层,也适应于卵石层本文来源于CSSCI学术论文网:http:/www.csscipaper.com/ 全文阅读链接：http:/www.csscipaper.com/eco/cssci-enterprise-management/zhongxiao/211564.html管棚法处理隧道特大坍方段的施工技术2010-11-2 19:31来源于网络【大 中 小】【打印】【我要纠错】本文从施工的角度较为详尽地阐述了管棚法的施工技术及施工中应注意的关键问题，结合工程实际对管棚法处理隧道特大坍方体的应用技术进行简单介绍。1.坍方体处理施工技术方案1.1施工方案与治理原则1.1.1施工方案根据坍方体的工程地质特点，确定了在拱部1范围内施作89长管棚，管棚间距30cm，结合超前预注浆技术在开挖轮廓线外形成约4m厚的加固圈，并在开挖时以小导管补强注浆加固技术为辅的综合技术方案。开挖采用上下台阶法，上台阶高度约4m，采取预留核心土环形开法，上下台阶间距长度5m，以人工开挖为主，对局部未坍方部位可采用松动爆破。在开挖后立即施作格栅拱架及锚网喷支护体系，充分调动加固后的围岩的承载能力，使初期支护与注浆加固的坍方体形成整体支护结构，并建立科学的监测体系，监测支护体系的变形，判断结构的稳定性和安全性。1.1.2技术难点与关键（1）长管棚与注浆加固圈在拱顶形成了稳固可靠的固结壳，作为支承长达18m高约50m的松散坍方体超前支护体系（保护壳），是保证开挖安全和防止坍方的进一步扩大的关键技术。（2）坍方体内大部分呈松散碎屑状，且又混有大小不一的硬质岩块和前期坍方处理时用以支撑的方木等建筑材料，施钻困难，成孔性差、容易卡钻、下管难度大。这些问题的解决直接关系到26m管棚的安装成功率和注浆的效果，也是坍方处理的难点所在。（3）坍方段地处断层破碎带，地层连通性好，坍方体松散度大，且坍方前施工的小导坑均直接与注浆区相连通。由于注浆区域广而连通性好，因此必须对注浆顺序及注浆工艺进行详细计划，以防止浆液向无用的地区扩散，控制注浆量，以最小的注浆量获得最好的注浆效果。1.2治理原则施工方案和治理原则：“管超前，预注浆，多循环，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”。2.施工技术要点2.1施工工序与步骤2.2工作面预注浆在长管棚施工前，应对工作面进行前进式分段预注浆，注浆分段长度为5m.以水泥单液浆为主，内加速凝剂，在必要时采用C-S双液浆。工作面预注浆的目的是加固工作面松散体，以保证管棚钻孔方向的精度，同时稳定工作面，确保开挖时工作面的安全。2.3长管棚与预注浆2.3.1管棚参数钻孔仰角13，管棚间距30cm，管棚长度26m，采用89（厚5mm）无缝钢管，共计52根管棚。2.3.2钻孔工艺预设127导向管108套管钻进18m90钻孔钻进26m下管（带90钻头）取出108套管封孔注浆。2.3.3管棚注浆注浆分三序孔注入，注入顺序依次为C-S浆、水泥浆、水泥砂浆。注浆应在钻孔下管完成后立即进行，以便在钻相邻孔时可做为当前注浆孔的检查孔。所有管棚钢管均以30号水泥砂浆充填，以加强钢管的刚度。2.4小导管注浆补强长管棚注浆加固范围有限，很难达到4m的加固圈，为此在开挖过程中，需施作小导管注浆补强。小导管采用32焊缝钢管，长5.5m，开孔长4m，间距6075cm，外插角41。小导管注浆采用C-S双液浆，注浆量根据现场情况定，以确保开挖为目的。3.问题与解决措施3.1问题（1）主要存在卡钻、掉钻头、坍孔、退钻与顶管困难等问题。（2）坍方前开挖的下导坑断面约有20，长度约为20m，由于密排棚架的作用，坍方体并未将导坑内填满，约有150m3空洞，浆液向空洞内充填并不能对开挖稳定起到稳定作用，同时又造成浪费，防止浆液向空洞内渗流是注浆中的关键环节。3.2措施3.2.1带钻头顶管采用套管跟进施钻只能有效地解决前20m坍孔、卡钻等技术难题，因为套管跟进越长孔壁周围坍碴、碎石与管壁的摩阻力就越大，钻进负荷扭矩也越大，致使钻进困难，同时易产生管接头因扭矩大而损耗断管等严重事故，一旦发生断管现象，则整个孔将被废弃。3.2.2总体施工工序的调整首先进行工作面预注浆，在此基础上进行管棚施工。但由于注浆量大，注浆时间长，造成钻孔作业空闲时间多。为此，对施工工序进行了调整，即在工作面注浆的同时穿插进行部分管棚孔的施工。但为确保周边管棚孔的注浆加固效果，确定了穿插管棚孔施工的原则是：遵循设计时的工作面预注浆超前的原则。总体施工工序的调整为施工工期争取了时间，同时也保证了周边注浆加固效果。3.2.3注浆施工的技术措施（1）改变浆液材料。预注浆时，根据其注浆目的是填充坍方体空洞，对固结体强度要求不高，同时由于原开挖的小导坑留下的空洞较大，采用较高强度的注浆材料不仅造成浪费，也为后来的开挖带来了困难。为此，据孔钻记录，A、I、H三个工作面预注浆孔分别在6m、10m、17m处有50120cm不等的架空区，对这三个孔不同断位的注浆材料进行了变更，由原设计的水泥浆与水泥砂浆改为粘土水泥砂浆。变更后的浆液含粘土约为25%，28d固结强度在813kgPc，可满足工作面稳定的要求，凝结时间约为35d，流动性好，不仅降低了工程成本，也具有良好的填充效果。三个孔三个段别分别共计注入粘土水泥砂浆120m3，约占空洞总量的80%.（2）采用间隔注浆获得注浆加固效果。在进行管棚注浆时关键是获得管棚内外形成厚约2m的注浆加固圈，但由于坍体内有许多块石相互棚架，致使坍体内空洞大而多，这些空洞有的直接与坍空区相连，注浆时浆液在压力作用下通过这些空洞泄流至坍空区，而不能在管棚附近均匀扩散，从而使注浆加固圈无法形成。为此，根据经验采用间歇注浆法，即当长时间注浆压力上不来时，说明浆液顺空隙泄流至坍空区，这时将浆液凝结时间调整至3050s，注浆15min，停40s，待原注入浆液初凝变稠后再注，如此反复，则原先的泄浆通道逐渐变小并最终堵塞，浆液即在管棚周围达到均匀扩散的目的。4.施工质量与效果评定（1）导向管外插角为24，间距2833cm，满足设计与规范要求，为保证管棚制安精度创造了条件。（2）管棚孔钻进过程中仅有一个孔打偏与另一管棚相交，仅占管棚总数的2%.根据下管记录，因卡钻、断管等原因52根管棚中只有9根共计16m未顶进，仅占设计管棚总长度的1.1%.根据开挖所揭示的情况，管棚制安基本达到了整齐划一的要求，在开挖线外形成了稳固的护拱棚架作用，总体质量达到了优。（3）每二序孔钻孔时出现了全孔回水，钻孔、下管容易，钻孔物中有水泥凝结块等现象，与开始第一序孔钻孔时卡钻无回水形成了对比，说明第一序孔注浆已起到了明显的效果，并达到了固结充填的好效果。（4）根据注浆记录，第二序孔注浆时注浆压力上升明显快于开始注浆时，也说明坍方体空洞回填充实。