水平长大管棚超前支护施工工法-小导管冲孔机
2018-10-12 14:11
1.工法特点
1 浅埋暗挖隧道采用φ108大管棚支护,刚度大,能形成有效承载拱。
2 一次性施作30m以上的水平管棚,洞内不需作工作室,效率高。
3 设备简单,操作方便安全。
 
2.适用范围
1 适用于软弱围岩地层浅埋暗挖的地下工程超前支护。 
2 适用于地下工程的不良地质灾害的处理,如富水断层、隧道坍方、高应力大变形围岩。 3 适用于城市下穿既有公路的地下工程的超前支护。
 
管棚支护
3.工艺原理 
长大管棚是一种隧道及地下工程的超前支护技术,即按隧道开挖轮廓线外侧向前分地层按一定间距打入钢管,并通过钢管的出浆孔对土层进行注浆加固,钢管与地层形成承载拱,起到超前支护的作用,以控制洞室变形。
 
5.施工工艺及操作要点
施工操作要点
1.施工准备 
疏排地表水,洞口仰坡稳定地层,增设环型截水沟一道,拦截地表水建立枝状排水系统,使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围,以防积水下渗 。
2.引排地下水  
为引排洞口段地下水,在适当位置钻设2个20cm降水井,利用深井潜水泵和螺杆泵抽取地下水以疏干土体,降低洞口周围地下水位。
3.导向护拱施工 
为确保大管棚施工的精度,使钻头、钻杆钻进时始终保持同一钻进角度、方向。在管棚钻进前,先在隧道洞口浇注管棚施工导向混凝土护拱。导向护拱内安设导向管,导向管根据管棚进出口坐标,焊接定位固定于护拱内钢筋格栅钢架上,焊接前对每一根导向管位置进行坐标测量定位,施工时注意调整
导向坐标时考虑由于钻机沉落或其它因素而产生的各种偏差,取调整误差10
,导向管调整3.5cm,用于角度控制,防止由于各种因素造成管棚下垂而导致侵入隧道界限。
4. φ108大管棚加工及连接 为了使浆液充分渗入地层,使得隧道拱部围岩形成加固壳,管棚采用花管,即在钢管上布置φ10mm的注浆孔,孔眼排列呈梅花形,间距为25cm×25cm。钢花管加工见图5.2.4-1 
每一根管棚在安装最后一节时,在钢管上要预留1.5m长不钻注浆孔,以起到止浆作用。
钢管连接采用套管连接法(见图5.2.4-2)
 
管棚支护
.5.钻孔 
钻孔选用0~3600
的地质钻机,采取隔一钻一方式。钻孔前应调整钻机位置,使钻杆能平顺地置于导向管内,开孔时低速慢进,保持钻干顺直,钻进过程中一般采取中压慢进,中等转速及中量循环液,防止钻速过快使钻道偏斜。 
在钻孔过程中及时检查钻孔方向的准确性,经常用测斜仪测量钢管钻进的偏斜度,同时要把钻芯取出来,做好岩性记录,用以对隧道开挖提供超前地质预报。
 
6.顶进钢管 
使用钻机自身的伸缩进行顶管,一旦出现顶进困难时,采用手动葫芦固定于护拱上铺助顶进,下管时3m及6m钢管交叉使用。
7.注浆
(1) 注浆参数的选定 
注浆参数   水泥:水玻璃=1:0.5(体积比) 水 灰 比   1:1 
水 玻 璃   35玻美度 
注浆压力   初压0.5~1MPa;终压2~2.5MPa 缓 凝 剂   根据试验确定掺量 
(2) 注浆施工 
注浆前先用浆液把孔中水压出管外,待浆液流出并且浆液浓度与浆池中相同时,再密封孔口钢板,加压并要稳定压力在0.5~1Mpa之间,每根管棚要连续注浆,以设计注浆量和注浆终压作为注浆结果标准,设专人做好注浆记录。注浆结束后用M10水泥砂浆充填钢管,以增强管棚强度。
 
管棚支护
8.体会
(1) 城市浅埋隧道洞室开挖时,围岩的应力场和位移将发生调整,使洞室发生收敛变形,并波及地表,引起地表的沉降,根据开挖理论分析计算及地下工程现场监测数据表明,开挖导致的瞬时位移在施加初期支护形成受力之前,洞室的收敛位移增长很快,约占总位移的60%以上,因此浅埋暗挖隧道超前大管棚支护是控制地表沉降关键措施,对防止隧道塌方十分有效。 
(2) 管棚在成孔过程中会产生一定程度的“超挖”,设计采用φ108管棚,孔直径将比钢管直径大15mm左右,此部分空间将由管棚注浆进行填充;本工程管棚穿越土层为粉质粘土和混合土,在注浆之前存在塌孔的危险,会产生一定的地表沉降,根据国内大管棚施工经验和数据分析,从最不利角度考虑,管棚塌孔引起的沉降在9mm左右,实测最大沉降量为6.3mm(此部分沉降渐变累计形成),对路面行车安全没有影响。
 
7质量控制
1. 导向管的定位误差应<10mm,倾角<10每钻进4~6m校正一次方位,及时纠偏。
2. 钻机工作平台要牢固,保证钻机处于稳定的工作状态。 
3. 清孔后及时下管,防止坍孔。若遇孔内涌水涌泥,立即停钻,注浆封孔。 
4. 钢管接头应错开,同一截面接头数不超过50%. 
5. 为防止地表变形,应严格控制注浆压力和注浆量,及时调整注浆参数,同时进行地面变形监测。 
6. 为提高管棚钢度,钢管内下钢筋笼或套管,管内注水泥浆。 
7. 施工过程中认真记录钻进、钻渣、注浆情况,原始记录应作到全面、正确、及时。
 
管棚支护
8安全措施
1、建立健全安全岗位责任制,从指挥部到作业班组,实行安全责任检查制,专人负责制,对违章者严加惩处。  
2、未经岗前教育和安全教育者不得上岗工作,考试不合格者也不得上岗工作。      
3、施工现场的工作人员要戴安全帽,非人作工员不得进入施工现场。 
4、加强对围岩进行动态监控量测及地表道路沉降观测,实行信息化管理,科学地组织施工。
5、拆卸钻杆时,要有统一指挥、明确联络信号,扳钳卡钻方向应正确,防止管钳及扳手打伤人。

9环保措施
1.网管内注浆时,操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套。 
2、施工过程中产生的废渣、废料,工后需认真清理,防止造成环境污染。      
3、夜间施工,需有良好的照明条件,并降低噪音污染。
 
管棚支护

10工程实例
青岛海底隧道接线工程超前支护为拱部φ108大管棚,长度为30m长,管棚间距0.4m,总计51根。根据工程进度安排,每天同时投入3台钻机,每台钻机每天完成1根管棚施工。连接线隧道开挖后,证明了水平超长大管棚超前预支护效果显著,地表最大沉降18mm,避免了隧道开挖后临空面失稳而导致塌方,施工安全得以保证,效果很好。

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