管棚施工工藝工法

#/14管棚施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0302-2011第五工程有限公司陶贊旭前言工藝工法概況管棚超前支護法是近年發(fā)展起來的一種在軟弱圍巖中進行隧道掘進的新技術(shù)。管棚法作為隧道施工的一種輔助方法，在軟巖隧道施工中穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層，涌水、涌砂層發(fā)揮了重要作用。管棚是利用鋼管作為縱向支撐，鋼拱架作為橫向環(huán)形支撐，構(gòu)成縱、橫向整體，不僅沿隧道縱向具有梁結(jié)構(gòu)的作用，在橫斷方向還具有拱形結(jié)構(gòu)支護效果。由于其剛度較大，因此能夠很好的阻止和限制圍巖變形，并能提前承受早期圍巖壓力。目前，管棚在隧道工程中較常采用，尤其是洞口位置處，圍巖多風(fēng)化破碎，巖質(zhì)較差，為保證其進洞安全，常采用管棚作為超前支護。對于一些松散破碎的軟弱圍巖，采取常規(guī)的管棚施工工藝，成孔困難，套管推進不到位，管棚施工質(zhì)量無法保證，可采取跟管鉆機對于軟弱圍巖管棚施工。管棚的成孔方式主要有兩種：一是管棚引孔頂入法，當(dāng)鉆進地層易成孔時，一般采用先鉆孔、后插管得方法，即鉆孔完成經(jīng)查合格后，將管棚連續(xù)接長，由鉆機旋轉(zhuǎn)頂進將其裝入孔內(nèi)；二是管棚跟管鉆進法，當(dāng)?shù)刭|(zhì)狀況復(fù)雜，遇有砂卵石、巖堆、漂石或破碎帶不易成孔時，可采用跟管鉆進工藝，即將套管及鉆桿同時鉆入，成孔后取出鉆桿，頂入管棚，拔出外套管。工藝原理管棚支護結(jié)構(gòu)，一般按松弛荷載理論進行設(shè)計。根據(jù)圍巖地質(zhì)條件和施工條件進行力學(xué)計算。鋼管直徑多選用80?180mm，鋼管中心距離一般為30?50cm。鋼管長度視軟弱破碎圍巖的厚度而定，一般為10?45m。鋼管以較小的仰角沿巖面打入，形成了一個梁結(jié)構(gòu)來承擔(dān)圍巖的壓力。鋼管采用內(nèi)注水泥漿、化學(xué)漿液或細石混凝土、勁性骨架來增加鋼管剛度。工藝工法特點在管棚超前預(yù)支護的作用下開挖，可以防止地表下沉和圍巖坍塌，以保證施工過程中的安全。

管棚一次超前量較大，支護過程中搭接較少，節(jié)省材料。亦可減少安裝鋼管次數(shù)，并減少與開挖作業(yè)之間的干擾。施工速度快，支護效果好。適用范圍管棚適用于特殊困難地段，如在極破碎巖體、斷層破碎巖體、塌方體、巖錐地段、砂土質(zhì)地層、強膨脹性地層、強流變性地層、裂隙發(fā)育巖體、淺埋大偏壓等圍巖的隧道施工中。主要引用標(biāo)準(zhǔn)《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（TZ204）、《鐵路隧道施工規(guī)范》（TB10204）、《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10417）、《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10753）。相關(guān)設(shè)計圖紙、合同文件。圓錐狀前端610?16注漿孔鐵箍T120 20預(yù)留止?jié){段230圖1管棚棚管構(gòu)造示意圖謔口鋼板圖2管棚封口示意圖注漿孔圓錐狀前端610?16注漿孔鐵箍T120 20預(yù)留止?jié){段230圖1管棚棚管構(gòu)造示意圖謔口鋼板圖2管棚封口示意圖注漿孔圖3內(nèi)放置鋼筋骨架示意圖施工方法管棚施工方法主要有：管棚引孔頂入法、管棚跟管鉆進法。每循環(huán)管棚施工前，應(yīng)開挖管棚工作室，工作室大小根據(jù)鉆機要求確定。管棚施工前，在長管棚設(shè)計位置安放至少三根用工字鋼組拼的管棚導(dǎo)向架，導(dǎo)向拱架設(shè)置孔口管作為長管棚的導(dǎo)向墻，要求在鉆機過程中導(dǎo)向拱架不變形、不移位。管棚節(jié)間采用焊接或絲扣連接，管棚單序孔第一節(jié)長6(9)山，雙序孔第一節(jié)長3(4.5)m、，其余管節(jié)長度均為6(9)m，管棚安裝后，管口用麻絲和錨固劑封堵鋼管與孔壁間空隙，連接壓漿管及三通接頭；管棚注漿前，應(yīng)向開挖工作面、拱圈及孔口管周圍巖面噴射10cm厚的C25混凝土，以防鋼管注漿時巖面縫隙跑漿。工藝流程及操作要點施工工藝流程

圖4管棚引孔頂入法施工工藝流程圖[結(jié)束:圖5管棚跟管鉆進工藝流程圖管棚施工序操作要點開挖管棚工作室工作室確定工作室應(yīng)選擇設(shè)置在圍巖穩(wěn)定地段，盡量接近加固地段，以縮短管棚長度；在軟弱圍巖中開挖工作室，要加強支護，必要時進行混凝士襯砌。工作室尺寸為便于架設(shè)鉆機，安設(shè)鋼管，工作室斷面應(yīng)挖至隧道開挖線以外1?1.5m,最低鉆孔以下1m。工作室長度應(yīng)滿足設(shè)備施工需要。.2.2鉆孔施工工藝準(zhǔn)備工作首先，在開挖輪廓線以外施作混凝土套拱作為長管棚導(dǎo)向墻。澆注前，應(yīng)在套拱內(nèi)按設(shè)計仰角安設(shè)孔口管起導(dǎo)向、固定作用?？卓诠艿闹睆綉?yīng)大于長管棚直徑。導(dǎo)向管由定位筋焊接固定在鋼拱架上。鉆機就位鉆機就位處的土層應(yīng)進行夯實，確保在鉆進過程中，鉆機不發(fā)生傾斜或滑動。鉆機的底坐應(yīng)用水平尺或水準(zhǔn)儀將其調(diào)平。鉆臂的仰角與設(shè)計仰角相同。鉆進）施鉆時，鉆機大臂必須頂緊在掌子面上，以防止過大顫動，提高施鉆精度。）鉆機開孔時鉆速宜低，鉆深20cm后轉(zhuǎn)入正常鉆速。）換鉆桿時，要注意檢查鉆桿是否彎曲，有無損傷，中心水孔是否暢通等，不符合要求的應(yīng)更換以確保正常作業(yè)。）由于軟弱圍巖的厚度，無法準(zhǔn)確的判定，有時達到了設(shè)計深度，可巖質(zhì)仍然比較差。因此，在鉆進過程中應(yīng)注意對石粉的收集分析，根據(jù)鉆進深度對石粉取樣，作好記錄。頂管施工工藝準(zhǔn)備工作頂管前，應(yīng)根據(jù)管棚長度，對鋼管進行下料，保證鋼管接入后接頭不在同一斷面上。為接管施工方便，應(yīng)搭設(shè)施工臺架。根據(jù)設(shè)計的要求，管內(nèi)填充水泥漿液、化學(xué)漿液或細石混凝土?xí)r應(yīng)在探入圍巖內(nèi)部的鋼管周圍鉆成梅花式的小孔，漿液以一定的壓力壓入管內(nèi)，并沿梅花孔溢出，滲入破碎巖隙中，這樣在漿液凝結(jié)硬化后，將鋼管周圍的巖層與鋼管固結(jié)成整體，使開挖面上方形成了具有一定強度的薄殼結(jié)構(gòu)。頂入施工鋼管頂入時，一般采用人工，也可借助于挖掘機、手動液壓千斤頂、鑿巖機、液壓鉆的沖擊力等機具輔助進行頂入施工。采用機具頂入時，應(yīng)緩慢，穩(wěn)妥，并隨時掌握好方向，防止硬頂，將管頂彎，至使施工中斷。連接采用焊接連管時，應(yīng)將第二根管固定在施工臺架上，并保證兩根管中心在同一直線上，接口處應(yīng)嚴(yán)密，并檢查鋼管仰角與設(shè)計是否相同。管棚節(jié)間采用絲扣連接時，管棚單、雙序孔的連接絲扣錯開半個節(jié)長。接管完畢后，外露鋼管口應(yīng)用鋼板焊接封堵。鋼板中間焊接注漿用的八分管，并安裝球形止水閥門或其它形式的閥門。注漿施工工藝注漿順序管棚注漿順序遵循“先兩側(cè)后中間、由稀到濃”的原則。注漿施工由兩端開始施工，向隧道拱頂方向推進，開始時注漿的漿液濃度要低一些，逐漸加濃至設(shè)計濃度。漿液拌制漿液的拌制要均勻，具有良好的流動性和粘稠度。如要求摻入水玻璃時，應(yīng)先漿水泥漿拌制好，按配比稱量出水玻璃的質(zhì)量，徐徐加入，并隨加入隨攪拌，攪拌工作不能停止，一直至注漿完畢為止。注漿壓力與注漿量控制有設(shè)計要求時應(yīng)按設(shè)計壓力施工，無說明時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗來確定。實際注漿量應(yīng)大于理論計算的注漿量。為防止注漿時跑漿，在掌子面應(yīng)噴射20cm厚混凝土，孔口管與鋼管端部應(yīng)用較粘的素水泥漿封堵嚴(yán)密，待其凝結(jié)硬化后方可開始注漿。注漿時應(yīng)徐徐加壓，達到壓力后，表示已注滿，注滿后，漿液有時會從封口處均勻溢出，有時也會從周圍的巖隙裂縫處溢出。注漿完畢后，應(yīng)把注漿量與理論數(shù)值相比較，當(dāng)注漿量小于理論數(shù)值時，說明管內(nèi)未注滿，此時應(yīng)停止注漿查明原因后再進行壓注。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)1）單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):注漿過程中只要滿足以下三個條件之一，即可認為單孔注漿達到設(shè)計的要求并可結(jié)束注漿。第一，注漿壓力逐步升高，達到設(shè)計終壓（一般為1.0?2.0MPa）穩(wěn)定10min；第二，注漿量不小于設(shè)計注漿量的80%；第三，進漿速度為開始進漿速度的1/4。根據(jù)新建鐵路云桂線參考圖《云桂隧參08-02》注漿量的公式計算如下：Q=AX3=nXRXLX3式中：Q-總注漿量，m3；A—注漿范圍巖層體積，m3；B一填充率，根據(jù)圖紙及圍巖情況而定；R—注漿半徑，m；L一注漿長度，m；2）全段結(jié)束條件：所有注漿孔均以符合單孔注漿結(jié)束條件、無漏注漿的情況。鉆進中遇到的問題及解決措施排碴困難由于巖層比較松散潮濕，所鉆鉆孔排出的巖碴多為泥團,當(dāng)鉆孔較深時,泥團容易堵塞管孔,排碴十分困難,當(dāng)鉆進至設(shè)計孔深,開始退出鉆頭時,發(fā)現(xiàn)管內(nèi)巖碴嚴(yán)重卡鉆。因此在鉆進過程中,須嚴(yán)格控制進尺,勤吹孔,必要時從鉆桿內(nèi)向鉆桿與套管的環(huán)狀間隙內(nèi)送水洗孔,然后退鉆。鉆頭脫落在鉆進過程中經(jīng)常發(fā)生偏心鉆頭脫落事故,經(jīng)分析主要原因是偏心鉆頭橫銷材質(zhì)較差,易斷。當(dāng)事故發(fā)生后,先拔出套管,然后用筒狀巖芯管取芯鉆進取出鉆頭。重新鉆進時再重新選用軸承鋼加工橫銷。管靴脫落在跟管過程中,主要是通過跟管鉆頭在鉆進的同時,利用管靴與鉆頭上的臺階拖著套管同步跟進。因此套管靴是主要受沖擊振動的部位。當(dāng)鉆孔加深后,套管增長,摩擦力增大或后部套管被巖碴卡死后,套管管靴便很容易被打。當(dāng)管靴被打掉時,在拔出套管后,立即采用公錐取出管靴,更換管靴后再繼續(xù)跟管鉆進。防止管靴脫落有如下兩種方法：一是在管靴與套管之間實行鉚焊、點焊連接牢固；二是在動力頭與套管之間另外增加一個同步給進裝置。跟管鉆進蹩鉆在跟管鉆進過程中，當(dāng)鉆頭遇地下隱埋物,如硬質(zhì)石英砂巖或土石軟硬不均時，鉆進過程會發(fā)生嚴(yán)重蹩鉆,導(dǎo)致鉆具無法正反轉(zhuǎn)，遇到此種情況需及時拔出套管，取芯鉆進后再跟管鉆進。6.3跟管鉆機管棚施工跟管鉆機管棚施工與常規(guī)鉆機管棚施工區(qū)別施工原理區(qū)別:常規(guī)鉆機管棚施工為先用鉆機鉆進成孔后,再將鋼管推進形成管棚;跟管鉆機管棚施工為鉆頭推進時套管直接跟進,管棚一次成型。鉆頭區(qū)別:常規(guī)鉆機鉆頭直接用常規(guī)沖擊鉆頭,跟管鉆機選用單偏心跟管鉆頭。3套管區(qū)別：常規(guī)鉆機套管采用普通無縫鋼管，每節(jié)5m?6m長度成孔后推進；跟管鉆機套管采用DZ40高頻淬火的無縫鋼管，每節(jié)長度1.5m隨孔跟進。.3.2鉆機型號及配套設(shè)備雙帆丫6-80型錨固工程鉆機，鉆頭采用“110mm單偏心跟管鉆頭和“115mm潛孔錘單偏心擴底鉆頭，潛孔錘用J100B型。跟管套管采用DZ40高頻淬火的無縫鋼管，壁厚4.5mm,反絲套管用接箍連接,絲扣長60mm,牙型采用標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)套管螺紋。勞力組織管棚施工的人員可視作業(yè)面情況而定，一般一臺管棚鉆機應(yīng)為一個作業(yè)工班。施工的質(zhì)量和進度很大程度上取決于鉆孔的質(zhì)量和進度。所以，必須有幾個技術(shù)熟練的鉆工和機長作為鉆孔作業(yè)的骨干。鉆孔人員分成兩班，24小時進行施工。表1管棚作業(yè)人員配備表（供參考）序號工種數(shù)量工作內(nèi)容1施工負責(zé)人1全面負責(zé)管棚作業(yè)工作

2技術(shù)員2施工組織與質(zhì)量控制3安全員2觀察施工作業(yè)附近圍巖變化情況4試驗員1漿液配置5空壓機司機2負責(zé)給管棚鉆機供高壓風(fēng)6管棚鉆機司機2每臺管棚鉆機配備2名操作手7壓漿機司機1負責(zé)管棚注漿，記錄8普工6負責(zé)鋼管運輸，漿液拌制主要機具設(shè)備主要機具設(shè)備需求表表2施工機具配備表序號設(shè)備名稱型號（參考）單位數(shù)量備注適用范圍1管棚鉆機Z-GP150臺1備用1臺QZ100K主要用于石質(zhì)地層2水平鉆機YG-80臺1主要用于土質(zhì)地層3高壓空壓機臺14注漿機臺15電焊機臺29質(zhì)量控制鉆孔質(zhì)量控制保證鉆機就位及施工過程中，地面沉降量不大于10mm。鉆機立軸方向必須準(zhǔn)確控制，以保證孔口的孔向正確，鉆進中應(yīng)經(jīng)常采用測斜儀量測鋼管鉆進的偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計要求，及時糾正。鉆桿晃動時，應(yīng)適當(dāng)降低鉆速，防止因擴孔而改變仰角。鉆進結(jié)束后應(yīng)對孔深進行量測。孔口距偏差不超過±30mm，孔深偏差不超過±50mm。頂、接管質(zhì)量控制隧道縱向同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50％，相鄰鋼管的接頭至少需錯開1.5m。接管時，兩鋼管斷面應(yīng)相吻合，并保證中心線在同一軸線上。鋼管接頭采用焊接時，應(yīng)確保焊接質(zhì)量，焊縫飽滿，無露洞。絲扣連接鋼管單、雙序孔的連接絲扣宜錯開半個節(jié)長，絲扣連接鋼管必須做到各絲扣連接必須擰死。鋼管插入孔內(nèi)的長度不得短于設(shè)計長度的95％。鋼管型號、質(zhì)量和規(guī)格等應(yīng)符合設(shè)計和規(guī)范要求。鋼管插入后，應(yīng)外露孔口管0.1m。9.3注漿質(zhì)量控制孔內(nèi)灌入細石混凝土?xí)r，鋼管可不加工成花管。嚴(yán)格按照設(shè)計配合比配制漿液。如需加入水玻璃時，應(yīng)調(diào)整好各工序，盡量縮短注漿的時間。并在灌入前，進行孔外的凝結(jié)時間試驗。攪拌漿液應(yīng)隨施工不間斷進行。嚴(yán)格保證持壓時間。注漿應(yīng)連進行，中途不得間斷，如被迫中止時，應(yīng)用清水將孔內(nèi)漿液沖凈。卸管后應(yīng)立即進行封堵，并在注漿過程中隨時觀察巖隙或其它外露部位有無溢漿現(xiàn)象，待漿液均均流出時，再進行封堵。8.3.8施工前對各孔位進行編號，認真作好注漿記錄。安全措施總體控制加強對作業(yè)人員安全教育，并經(jīng)培訓(xùn)后才能上崗。進入現(xiàn)場施工必須正確佩戴安全帽，高空作業(yè)必須系好安全帶，并保證附著物的牢固。鉆孔及注漿作業(yè)時，施工人員佩戴好防塵口罩。鉆孔施工安全控制鉆進過程中，應(yīng)隨時觀察鉆進對周圍巖層的擾動，如發(fā)生少量局部坍方、涌水等情況必須停止施工，匯同監(jiān)理、設(shè)計單位對圍巖重新進行分析。施工平臺應(yīng)滿足施工要求，高空作業(yè)時，應(yīng)考慮施工人員系安全帶的位置。鉆機維修保養(yǎng)應(yīng)在停機后進行。頂、接管施工安全控制搬抬、安裝、焊接鋼管時其端部禁止站人。機械配合頂管時，應(yīng)由專業(yè)人員指揮。切割鋼管、鋼板時應(yīng)戴好護目鏡。電焊工按要求穿好勞動保護。注漿施工安全控制注漿過程中，需觀察注漿施工對周圍巖層的擾動，發(fā)生險情時，立即暫停施工，組織人員撤離。機械制漿時，在制漿機鉆動過程中，作業(yè)人員不得將工具放入攪拌容器中。注漿施工中管口不得對著人員。注漿完畢后，卸管及封堵人員應(yīng)側(cè)身進行操作。摻入化學(xué)漿液時，應(yīng)避免濺入眼內(nèi)或與皮膚接觸。環(huán)保和節(jié)能環(huán)保防范措施鉆孔過程中將產(chǎn)生大量的粉塵，鉆進時，隨鉆進隨注水防塵，保證鉆桿及鉆頭的注水孔通暢。注漿時，在施工場地下方鋪設(shè)彩條布，防止化學(xué)漿液或混凝土污染土地。攪拌、鉆孔、機具清洗等污水排入沉淀池，經(jīng)沉淀后排出。漿滿時，溢出的漿液應(yīng)盛入容器中。產(chǎn)生的施工廢棄物應(yīng)按規(guī)定放入指定存放點。節(jié)能根據(jù)設(shè)計鋼管長度合理下料，減少接頭數(shù)量。在施工前應(yīng)作好各機具、設(shè)備的檢修、調(diào)試工作，確保在施工中不發(fā)生因故障造成施工中斷，保證施工的連續(xù)性，減少運轉(zhuǎn)空壓機電能的損耗。應(yīng)用實例應(yīng)用工程概況由中鐵一局集團第五工程有限公司承建的