某公路隧道工程长管棚施工工法.pdf
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筑龙网WWW.ZHULONG.COM某公路隧道工程长管棚施工工法某公路隧道工程长管棚施工工法长管棚属超前支护,是近几年隧道支护技术发展的一个较新的施工工艺。
长管棚是利用钢管作为纵向支撑,钢拱架作为横向环形支撑,构成纵、横向整体,不仅沿隧道纵向具有梁结构的作用,在横断方向还具有拱形结构支护效果。
由于其刚度较大,因此能够很好的阻止和限制围岩变形,并能提前承受早期围岩压力。
目前,长管棚在公路隧道中较常采用,尤其是洞口位置处,围岩多风化破碎,岩质较差,为保证其进洞安全,常采用长管棚作为超前支护。
一、工法特点一、工法特点长管棚施工的目的是在开挖前起到预支护的作用,以保证施工过程中的安全。
长管棚在受力方面特点与两端铰支的简支梁相似,开挖段承受的弯矩较大,未开挖段承受的弯矩较小。
早期和后期,轴力较大,中期轴力较小。
超前锚杆和超前小导管也是经常采用的预支护的一种方式,但在施工过程中,受力最大值始终发生在锚杆和小导管的中部,都是中间大,两端小的受力特性。
因此,单纯从受力角度讲,大管棚的优势更明显,安全系数更高。
另外,过去洞口风化破碎段常常采用正面喷射混凝土、正面锚杆、小导管等施工,也有采用留核心土、断面分部等方法,但效果较差,作业繁杂,作业效率低,而长管棚采用潜孔钻机施作,不仅速度快,而且安全性好,机械化程度强,节省了大量的人力。
二、适用范围二、适用范围长管棚适用于特殊地段,如在极破碎岩体、断层破碎岩体、塌方体、岩锥地段、砂土质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩的公路隧道施工中。
上述地段宜在管内辅以灌浆,效果更好。
如遇流塑状岩体或岩溶严重流泥地段,采用管棚与围岩预注浆相结合措筑龙网WWW.ZHULONG.COM施,亦是行之有效的预支护方法。
三、工艺原理三、工艺原理长管棚支护结构,一般按松弛荷载理论进行设计。
根据围岩地质条件和施工条件进行力学计算。
钢管直径多选用80180mm,钢管中心距离一般为3050cm。
钢管长度视软弱破碎围岩的厚度而定,一般为1045m。
钢管以较小的仰角沿岩面打入,形成了一个梁结构来承担围岩的压力。
长钢管采用内注水泥浆、化学浆液或细石混凝土来增加钢管刚度,四、施工工艺流程及操作要点四、施工工艺流程及操作要点
(一)钻孔工艺1、钻孔施工工艺流程图钻机就位钻机固定测量布孔钻机大臂矫正钻孔及接长钻杆钻杆分节退出卸下钻进及清孔筑龙网WWW.ZHULONG.COM2、钻孔施工工艺操作要点
(1)准备工作首先,在开挖轮廓线以外施作混凝土套拱作为长管棚导向墙。
浇注前,应在套拱内按设计仰角安设孔口管起导向、固定作用。
孔口管的直径应大于长管棚直径。
导向管由定位筋焊接固定在钢拱架上。
(2)钻机就位钻机就位处的土层应进行夯实,确保在钻进过程中,钻机不发生倾斜或滑动。
钻机的底坐应用水平尺或水准仪将其调平。
钻臂的仰角与设计仰角相同。
(3)钻进施钻时,钻机大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动,提高施钻精度。
钻机开孔时钻速宜低,钻深20cm后转入正常钻速。
第一节钻杆钻入岩层尾部剩余20-30cm时钻进停止,用两把管钳人工卡紧钻杆(注意不得卡丝扣),钻机低速反转,脱开钻杆。
钻机沿导轨退回原位,人工装入第二根钻杆,并在钻杆前端安装好联接套,钻机低速送至第一根钻杆尾部,方向对准后联接成一体。
每次接长钻杆,均可按上述方法进行联接。
换钻杆时,要注意检查钻杆是否弯曲,有无损伤,中心水孔是否畅通等,不符合要求的应更换以确保正常作业。
波形螺纹波形螺纹钻杆联接套筑龙网WWW.ZHULONG.COM由于软弱围岩的厚度,无法准确的判定,有时达到了设计深度,可岩质仍然比较差。
因此,在钻进过程中应注意对石粉的收集分析,根据钻进深度对石粉取样,作好记录。
如达到设计深度后,石粉的材质无变化,则表明,岩质依然较差,另外,钻进的单位时间的进尺量应逐渐减少,是围岩趋于坚硬的反映,反之,则说明围岩的强度仍较低,此时,应停止施工,请设计单位来重新计算长管棚的深度。
(二)顶管工艺1、顶管施工工艺流程图2、顶管施工工艺操作要点
(1)准备工作顶管前,应根据管棚长度,对钢管进行下料,保证钢管接入后接头不在同一断面上。
为接管施工方便,应搭设施工台架。
根据设计的要求,管内填充水泥浆液、化学浆液或细石混凝土时应在探入围岩内部的钢管周围钻成梅花式的小孔,浆液以一定的压力压入管内,并沿梅花孔溢出,渗入破碎岩隙中,这样在浆液凝结硬化后,将搭设顶管施工简易台架钢管下料第二节管棚管就位连接顶入顶第一节管棚管筑龙网WWW.ZHULONG.COM钢管周围的岩层与钢管固结成整体,使开挖面上方形成了具有一定强度的薄壳结构。
(2)顶入施工钢管顶入时,一般采用人工,也可借助于挖掘机、手动液压千斤顶、凿岩机、液压钻的冲击力等机具辅助进行顶入施工。
采用机具顶入时,应缓慢,稳妥,并随时掌握好方向,防止硬顶,将管顶弯,至使施工中断。
(3)连接采用焊接连管时,应将第二根管固定在施工台架上,并保证两根管中心在同一直线上,接口处应严密,并检查钢管仰角与设计是否相同。
接管完毕后,外露钢管口应用钢板焊接封堵。
钢板中间焊接注浆用的八分管,并安装球形止水阀门或其它形式的阀门。
筑龙网WWW.ZHULONG.COM(三)注浆1、注浆施工工艺流程图3、注浆施工工艺操作要点
(1)注浆压力有设计要求时应按设计压力施工,无说明时应根据现场实验来确定。
实际注浆量应大于理论计算的注浆量。
孔口管与钢管端部应用较粘的素水泥浆封堵严密,待其凝结硬化后方可开始注浆。
注浆时应徐徐加压,达到压力后,表示忆注满,注满后,浆液有时会从封口处均匀溢出,有时也会从周围的岩隙裂缝注浆准备安装注浆管拌制浆液注浆持压卸管封堵筑龙网WWW.ZHULONG.COM处溢出。
注浆完毕后,应把注浆量与理论数值相比较,当注浆量小于理论数值时,说明管内未注满,此时应停止注浆查明原因后再进行压注。
在压注的过程中,有时,刚刚压注,就有浆液不断溢出,这时可用锚固剂或干水泥浆出浆口堵住,然后再进行注浆。
最终压力为持压压力,持压时间为2min,压力一般为13Mpa。
(2)浆液拌制浆液的拌制要均匀,具有良好的流动性和粘稠度。
如要求掺入水玻璃时,应先浆水泥浆拌制好,按配比称量出水玻璃的质量,徐徐加入,并随加入随搅拌,搅拌工作不能停止,一直至注浆完毕为止。
五、劳力组织序号工种人数1电焊工22普工103钻手24电工15钳工16司机1钻孔人员分成两班,24小时进行施工。
顶管施工采用何种机具则增加相应的专业操作人员。
六、材料与设备1、主要材料需求表序号名称规格技术指标质量要求1钢管按设计要求采用国标无弯曲、无锈、无破损2固定钢管按设计要求采用国标无弯曲、无锈、无破损3固定钢筋按设计要求采用国标无锈4水泥按设计要求采用经检验合格保质期内筑龙网WWW.ZHULONG.COM2、主要机具设备需求表序号名称型号单位数量1空压机20.0m3台31潜孔钻KQ150台12制浆机2TGZ-60/210台13电焊机500交流台2七、质量控制
(一)、钻孔质量控制1、保证钻机就位及施工过程中,地面最终沉降量不大于10mm。
2、钻机立轴方向必须准确控制,以保证孔口的孔向正确,钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度,发现偏斜超过设计要求,及时纠正。
3、钻杆晃动时,应适当降低钻速,防止因扩孔而改变仰角。
4、钻进结束后应对孔深进行量测。
5、孔位偏差不超过50mm,孔深偏差不超过50mm。
钻头的直径大于钢管直径小于孔口管直径。
(二)、顶、接管质量控制1、隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50,相邻钢管的接头至少需错开1.5m。
2、接管时,两钢管断面应相吻合,并保证中心线在同一轴线上。
3、钢管接头采用焊接时,应确保焊接质量,焊缝饱满,无露洞。
筑龙网WWW.ZHULONG.COM4、钢管插入孔内的长度不得短于设计长度的95。
5、钢管型号、质量和规格等应符合设计和规范要求。
6、钢管插入后,应外露孔口管0.1m。
(三)注浆质量控制1、孔内灌入细石混凝土时,钢管可不加工成花管。
2、严格按照设计配合比配制浆液。
3、如需加入水玻璃时,应调整好各工序,尽量缩短注浆的时间。
并在灌入前,进行孔外的凝结时间试验。
4、搅拌浆液应随施工不间断进行,堵管时,就用清水及时处理。
5、严格保证持压时间。
7、注浆应连续进行,中途不得间断,如被迫中止时,应用清水将孔内浆液冲净。
8、卸管后应立即进行封堵,并在注浆过程中随时观察岩隙或其它外露部位有无溢浆现象,待浆液均均流出时,再进行封堵。
9、施工前对各孔位进行编号,认真作好注浆记录。
10、制作浆液试件,为开挖时间提供依据。
八、安全控制
(一)总体控制1、加强对作业人员安全教育,并经培训后才能上岗。
2、进入现场施工必须正确佩戴安全帽,高空作业必须系好安全带,并保证附着物的牢固、安全。
3、钻孔及注浆作业时,施工人员佩載好防尘口罩。
(二)钻孔施工安全控制1、钻进过程中,应随时观察钻进对周围岩层的扰动,如发生少量局部坍方、筑龙网WWW.ZHULONG.COM涌水等情况则需停止施工,汇同监理、设计单位对围岩重新进行分析。
2、施工平台应满足施工要求,高空作业时,应考虑施工人员系安全带的位置。
3、筑土施工平台填筑完毕后,应由钻机反复走动几遍,压实后再进行钻进。
4、钻机动力各部件应安装好防护照,进行维修操作在停机后进行。
(三)顶、接管施工安全控制1、搬抬、安装、焊接钢管时其端部禁止站人。
2、机械配合顶管时,应由专业人员指挥。
3、用无齿锯切割钢管、钢板时应戴好护目镜。
4、电焊工按要求穿好劳动保护。
(四)注浆施工安全控制1、注浆过程中,需观察注浆施工对周围岩层的扰动,发生险情时,立即暂停施工,组织人员撤离。
2、机械制浆时,在制浆机钻动过程中,作业人员不得将工具放入搅拌容器中。
3、注浆管口不得对着人员。
4、注浆完毕后,卸管及封堵人员应侧身进行操作。
5、掺入化学浆液时,应避免溅入眼内或与皮肤接触。
九、环保和节能
(一)环保防范措施1、钻孔过程中将产生大量的粉尘,钻进时,随钻进随注水防尘,保证钻杆及钻头的注水孔通畅。
2、注浆时,在施工场地下方铺设彩条布,防止化学浆液或混凝土污染土地。
3、搅拌、钻孔、机具清洗等污水排入沉淀池,经沉淀后排出。
4、浆满时,溢出的浆液应盛入容器中。
筑龙网WWW.ZHULONG.COM5、产生的施工废弃物应按规定放入指定存放点。
(二)节能1、根据设计钢管长度合理下料,减少接数量。
2、空压机作为钻机的动力源,运转时将耗费大量的电能,因此在施工前应作好各机具、设备的检修、调试工作,确保在施工中不发生因故障造成施工中断,保证施工的连续性,减少运转空压机电能的损耗。
3、钻头应选用符合国家标准,正规厂家的产品,在钻孔过程中对钻头的损害比较大,经常发生因钻头使用受命过短,磨损严重而进行更换的现象。
十、效益分析长管棚超前支护与超前锚杆、超前小导管相比,机械化程度较高,施工进度快,一次性加固围岩深度长,因此,有利于工期的缩短。
但加固方式还应以实际围岩情况来确定,并应遵从设计的要求。
十一、应用实例
(一)应用工程概况锦州疏港快速干道南山隧道工程位于锦州市区以南,施工里程为K2+000700,本工程于2004年12月1日开工,竣工日期为2006年8月1日。
隧道全长700m,设计车速100km。
洞口地质为强风化混合花岗岩及斜长角闪岩,原岩结构部分破坏,构造层理不明显,岩石破碎,手可折断,力学性质差。
为保证隧道顺利安全进洞,进出口段采用钢管棚作为超前支护。
(二)使用情况1、本工程长管棚设计参数
(1)钢管规格:
热扎无缝钢管直径89mm,壁厚5mm;
(2)管距:
环向间距54mm;筑龙网WWW.ZHULONG.COM(3)倾角:
仰角1.0
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