[論文]導(dǎo)向跟管在黃土隧道施工中的應(yīng)用

1、導(dǎo)向跟管在黃土隧道施工中的應(yīng)用 劉 偉（中鐵三局鄭西客運(yùn)專線函谷關(guān)項目經(jīng)理部八隊，河南靈寶 472500）摘 要：鄭西鐵路客運(yùn)專線函谷關(guān)隧道全長7851m，是國內(nèi)最長的大斷面濕陷性黃土隧道，隧道進(jìn)口下穿連霍高速公路。根據(jù)本隧道的具體情況，決定選用“一次性導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法”施工大管棚，對前方圍巖進(jìn)行預(yù)加固，即成孔和打設(shè)支護(hù)管一次完成。本文結(jié)合80 長大管棚工程的施工實例，闡述了下穿高速公路超前大管棚的施工,介紹了“一次性導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法”施工工藝和關(guān)鍵技術(shù)?？偨Y(jié)了超前預(yù)支護(hù)技術(shù)在下穿高速公路時的作用。關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線；淺埋黃土隧道；管棚施工；跟管鉆進(jìn)法 1 工程簡介函谷關(guān)隧道起訖里程DK270+42

2、9DK278+280，隧道全長7851m。是國內(nèi)最長的黃土隧道。隧道主要穿過砂質(zhì)新黃土，結(jié)構(gòu)疏松，具有中等嚴(yán)重自重濕陷性。函谷關(guān)隧道進(jìn)口于DK270+600DK270+750段下穿連霍高速公路，該段軌面以上埋深50m，公路路面距隧頂約40m，高速公路與線路交角為35，高速公路為填方路堤，路堤高10米。橫洞于DK271+189DK271+420段下穿連霍高速公路，該段軌面以上埋深63m，收費站及滑底村地表距隧頂約50m，高速公路收費站以及高速公路匝道與線路交角為35。2 方案的提出及確定根據(jù)本隧道的特點及以往的施工經(jīng)驗,決定采用一次性導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法施工89大管棚對隧道前方土體進(jìn)行預(yù)加固。（1）超

3、前支護(hù)采用89大管棚，管棚長度每根80m，環(huán)向間距0.4m，搭接10m，洞內(nèi)施工不設(shè)工作室。（2）嚴(yán)格CRD施工，順序調(diào)整為先開挖上部兩洞室，再開挖中部兩洞室。臨時支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，原設(shè)計臨時橫撐及豎撐工18鋼架改為工25a鋼架，同時臨時橫撐和豎撐均采用噴砼25cm進(jìn)行封閉，橫撐與豎撐及初期支護(hù)連接處上下加設(shè)局部牛腿斜撐，并保證噴砼圓順連接。（3）該段施工預(yù)留變形量按20cm預(yù)留，但實際施工中的沉降量應(yīng)嚴(yán)格控制在5cm以內(nèi)，其余富余部分打二次襯砌時一起灌注。（4）每部開挖后均采用噴砼封閉掌子面，噴砼厚度8cm。鎖腳錨管拱腳及墻腳每處4根。其中對上部兩洞室掌子面采用5m長纖維錨桿加固，纖維錨桿隨開挖

4、切除。（5）開挖過程中遇到粉細(xì)砂地層應(yīng)進(jìn)行注水玻璃加稀硫酸加固，嚴(yán)防塌方。（6）該段施工前應(yīng)安排專人對地表進(jìn)行布網(wǎng)監(jiān)測（可參照閿鄉(xiāng)隧道），加強(qiáng)洞內(nèi)和地表監(jiān)測人員的聯(lián)系，嚴(yán)防沉降過大。通過施工中嚴(yán)格控制初期支護(hù)的收斂變形量，來控制地表下沉。（7）設(shè)計要求：A、CRD法上部開挖過程中臨時仰拱須緊跟掌子面；B、初期支護(hù)仰拱封閉距1洞室距離嚴(yán)格控制在25m以內(nèi)；C、二次襯砌應(yīng)盡快施作，要求二次襯砌距1洞室掌子面距離不超過50m。施工前應(yīng)先準(zhǔn)備好襯砌臺車。D、隧道施工過程中應(yīng)加強(qiáng)洞內(nèi)初期支護(hù)沉降及收斂變形量測，根據(jù)量測情況，必要時采取進(jìn)一步加強(qiáng)措施。（8）優(yōu)點：減少了管棚施工的循環(huán)次數(shù)，避免了由于開挖管

5、棚工作室而造成較大的圍巖變形和地表下沉。施工設(shè)計.1注漿機(jī)理由于砂質(zhì)黃土結(jié)構(gòu)松散破碎，本工程采用參透注漿及壓密注漿。其作用是加固圍巖，增強(qiáng)圍巖的自身強(qiáng)度、自穩(wěn)能力、提高圍巖的密實性。3.2施工參數(shù)選擇3.2 1 大管棚設(shè)計 管棚采用89mm熱軋無縫鋼管鋼管周身梅花型鉆出漿孔，前端做成錐體以便安裝。管長按設(shè)計要求制作，管尾焊接法蘭盤與注漿管尾端聯(lián)接。大管棚采用89mm ,壁厚為6mm的熱軋無縫鋼管分節(jié)制成，絲扣聯(lián)接。長度為80m,下穿高速公路范圍內(nèi)共2環(huán)大管棚,搭接長度為10米，布置在135范圍內(nèi)。鋼管環(huán)向間距對防止上方土體塌落及松弛有很大影響，根據(jù)本隧道的埋深及地層情況，管棚環(huán)向間距為40 c

6、m, 鋼管周身梅花型鉆出漿孔，前端做成錐體以便安裝。管長按設(shè)計要求制作，管尾焊接法蘭盤與注漿管尾端聯(lián)接。3.2 2注漿參數(shù)設(shè)計 (1)注漿材料及配合比:注漿漿液采用水泥一水玻璃雙液漿,水泥采用32.5普通硅酸鹽水泥,水玻璃采用II型水玻璃,體積質(zhì)量為1.25g/cm3,水玻璃濃度為35Be,水泥漿液水灰比為0.6:11:1水泥與水玻璃體積比為1:0.5; (2)注漿壓力:0.51.0MPa;(3)漿液擴(kuò)散半徑:R=0.7*0.4=0.28m,取0.3m;(4)單根鋼管注漿量:Q=*r2L+R2*L*（公式3-1）式中:R-為鋼管半徑,0.089/2=0.0445m;L為鋼管長度,考慮與鉆機(jī)連接

7、,取80m，R為漿液擴(kuò)散半徑,取0.3m;為地層孔隙率,堆積體經(jīng)測試為45.7%;為漿液有效充填率,取0.9;為漿液損耗系數(shù),取1.15.經(jīng)計算,單根鋼管注漿量:Q=11.19m3.4方案實施4.1 CRD工序轉(zhuǎn)換在隧道下穿公路開挖支護(hù)之前，隧道仰拱施工距離1部開挖支護(hù)面小于25m；隧道襯砌緊跟開挖面，1部距離開挖支護(hù)面小于40m。4.2管棚施工4.2 .1施工工藝根據(jù)本隧道的具體情況，決定選用孔口設(shè)密封裝置 “一次性導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法”施工大管棚，即成孔和打設(shè)支護(hù)管一次完成。一次性導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法主要程序如下： A、預(yù)埋102 mm的孔口管，安裝密封裝置，封閉掌子面，并用纖維錨桿進(jìn)行加固。B、用8

8、9 mm6 mm管做鉆具，前端裝有導(dǎo)向探頭（含回取裝置）、固定單向閥的導(dǎo)向?qū)Ｓ勉@頭，采用泥漿護(hù)壁，利用有線導(dǎo)向儀監(jiān)控（方位、角度發(fā)生變化時，隨時進(jìn)行修正），隨鉆進(jìn)，隨調(diào)整，將支護(hù)管依次打入，同時將支護(hù)管接口焊接嚴(yán)密，直至達(dá)到設(shè)計長度。 C、管棚施工參數(shù) 管棚材料：89mm ，厚度6mm熱軋無縫鋼管。 環(huán)向間距：400mm。 管棚長度：分兩次完成第一次80m，第二次80m,搭接長度10m。 管棚數(shù)量：46根。 管棚連接：鋼管采用絲扣連接，每段長度6m。 施工方法：導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法一次打設(shè)。 施工精度：100m35cm（100m長度偏差不超過35cm）。4.2.2測定孔位及鉆孔(1)孔位測定. 鉆孔

9、前用全站儀定出管棚位置輪廓線,按孔間距定出孔位,并能滿足設(shè)計要求;鉆孔面必須按要求先噴一層混凝土進(jìn)行封閉,并確保鉆孔面不出現(xiàn)坍塌.圖4-1管棚機(jī)在CRD法1部洞室的工作狀態(tài) (2)鉆孔.鉆孔前先檢查鉆機(jī)各部位運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,對非正常不位進(jìn)行更換,檢查水壓能否達(dá)到施工要求;鉆孔選用比管棚直徑大2030mm合金鉆頭，在鋼管一端管口焊接。鉆機(jī)采用管棚鉆機(jī)，隔孔施鉆。開孔時，低速低壓，待成孔1.0m后，適當(dāng)加壓，在土質(zhì)層中鉆孔采用低壓鉆進(jìn)。鉆進(jìn)采用一次成孔法，用異型接頭把鉆桿與鋼管連接起來，鋼管前端安裝有線導(dǎo)向儀，鋼管隨進(jìn)度連續(xù)接長，直到設(shè)計位置。 圖4-2 圖4-3導(dǎo)向儀顯示屏 楔形鋼板導(dǎo)向鉆頭4.2

10、 3管棚注漿.注漿材料：注漿材料根據(jù)設(shè)計要求采用1:1水泥砂漿，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。 注漿采用后退式注漿，利用自制的注漿套管與管棚用套絲連接，注漿套管上準(zhǔn)備有出氣管與進(jìn)漿管，由閥門來控制開關(guān)。然后安裝20mm塑料管作為排氣管，連接注漿管等各種管路，利用錨固劑封閉掌子面與管棚間的孔隙，防止漏漿。 管棚注漿施工工藝框圖隧道開挖鉆進(jìn)結(jié)束下一根管棚鉆進(jìn)開挖周邊放樣布孔管棚鉆機(jī)就位繼續(xù)鉆進(jìn)安裝至設(shè)計長度一節(jié)管棚體安裝結(jié)束鉆進(jìn)管棚體安裝注漿安裝注漿管路接長管棚框圖4-1管棚注漿施工工藝框圖關(guān)閉孔口閥門，開啟注漿泵進(jìn)行管路壓水試驗，如有泄漏及時檢修，試驗壓力等于注漿壓力。 注漿時，采取低壓力、

11、中流量注入，注漿過程中壓力逐步上升，流量逐漸減少，當(dāng)壓力升至注漿終壓時繼續(xù)注漿不少于20min，結(jié)束注漿后將管口封堵，以防漿液倒流管外。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及效果檢查a、注漿管預(yù)埋后，應(yīng)做好記錄，畫出草圖并編號。b、注漿過程中，逐管填寫注漿記錄，表明注漿壓力、注漿量、注漿時間、異常情況及處理過程。c、每3m注漿總量不應(yīng)小于設(shè)計注漿量的80，單孔注漿量不能小于設(shè)計注漿量的60。超過偏差時應(yīng)補(bǔ)管注漿。大管棚施工簡圖圖4-4大管棚施工簡圖5 開挖支護(hù)大管棚施工從2006年9月28日開始,3月31日結(jié)束,共施工大管棚2環(huán)共92根. 該段洞身開挖采用CRD法。嚴(yán)格控制各部開挖距離：部距部3m；部距部4 m。部距

12、部3 m。部部距部4m。臨時橫撐及豎撐采用25a鋼架，同時臨時橫撐和豎撐均采用噴射混凝土進(jìn)行封閉，厚25cm，橫撐與豎撐及初期支護(hù)連接處上下加設(shè)局部牛腿斜撐，并保證噴射混凝土圓順連接。每部開挖后均采用噴射混凝土封閉掌子面，噴砼厚度8cm。鎖腳錨管拱腳及墻腳每處4根。其中對上部兩洞室（部、部）掌子面采用5m長纖維錨桿加固，間距1.5m1.5m,搭接長度1m。部、部開挖嚴(yán)格控制施工里程，確保管棚搭接長度為10m。嚴(yán)格按照CRD工法施工，開挖過程中臨時仰拱必須緊跟掌子面。初期支護(hù)全環(huán)采用25a鋼架，縱向間距0.5m。噴射混凝土厚度35cm。初期支護(hù)仰拱封閉成環(huán)距部掌子面距離嚴(yán)格控制在25m以內(nèi)。二襯

13、仰拱要盡快施做，要求二襯仰拱距部掌子面距離不得大于25m。6、效果評價 為了保證施工安全以及檢查大管棚的實施效果,本隧道監(jiān)控量測實施及研究課題由西南交通大學(xué)負(fù)責(zé)組織,對下穿高速公路段做了凈空收斂量測,圍巖壓力監(jiān)測,噴射混凝土應(yīng)力監(jiān)測,鋼架應(yīng)力監(jiān)測,錨桿受力監(jiān)測,地表位移量共6個項目.從量測情況來看，大管棚預(yù)注漿超前支護(hù)對防止圍巖惡化,控制隧道變形作用是顯著的.7、總結(jié)及體會利用大管棚作為客運(yùn)專線黃土隧道下穿高速公路段的超前支護(hù),其成功之處在于:通過注漿將松散的土體團(tuán)結(jié)起來,利用大管棚支護(hù)圍巖,注漿體與管棚連成一個整體而受力,在隧道開挖輪廓線外形成一個環(huán)向的支撐體,有效的阻止了松散體出現(xiàn)坍塌.超前預(yù)之護(hù)技術(shù)在函谷關(guān)隧道進(jìn)口的得到了成功應(yīng)用,特別是監(jiān)控量測工作的開展,通過對隧道結(jié)構(gòu)定性定量的分析,起到預(yù)測和反饋的作用,為施工提供了重要的安全信息，為橫洞下穿高速公路收費站和其它隧道的下穿公路施工提供了非常有價值的數(shù)據(jù)和成功的施工經(jīng)驗。參考文獻(xiàn)：趙勇.高速鐵路隧道.M.北京.中國鐵道出版社