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E11隧道辅助施工方案
重庆奉节至巫溪高速公路
E11合同段(K38+500至K43+500)
隧道工程辅助施工方案
中交三局奉溪高速公路E11合同段
2010年3月1日
凤凰隧道辅助施工措施
(长管棚、注浆小导管、超前锚杆)
施工方案
一、工程概况
根据施工设计凤凰隧道进、出口均设计有明洞,且明洞采用明挖法施工,并在明暗洞衔接处设计有套拱,套拱拱部布设φ108×4mm的导向管,进入暗洞时采用φ89×5mm长管棚超前支护,长20米管棚,共长5280米,节长3m、6m,环向间距40cm,仰角1°(不包括路线纵坡),方向与路线中线平行,长管棚用于隧道洞口Ⅴ级围岩地段。
因此拟采用的进洞方法是:
首先开挖明洞段拱部部分,并根据设计进行边、仰坡支护处理,再施做C25砼套拱,尔后施作超前长管棚,最后在管棚支护下可以安全进洞。
在洞身施工时Ⅴ级破碎带、Ⅴ级围岩浅埋偏压设超前小导管注浆,Ⅳ级围岩深埋设早强水泥砂浆锚杆。
二、套拱施工
1、测量放样,标定套拱与暗洞开挖分界线。
2、进行套拱拱部及边、仰坡开挖和整修,并按设计要求进行边、仰坡加固处理。
3、管棚采用C25砼套拱作长管棚导向墙,套拱在明洞轮廓线以外紧贴掌子面施作,长度为2米,套拱内埋设2榀18工字钢,工字钢与管棚孔口钢管φ108×4mm焊接成整体。
Ф25固定钢筋与孔口管、20工字钢采用双面焊接,焊接长度大于5d。
支撑稳固后,内外模均采用5cm木模安装,布筋和安装孔口管必须符合设计要求,保证布筋、孔口管的位置和角度准确,然后进行套拱砼的施工,待套拱砼强度达到85%时开始长管棚施工。
4、进行套拱拱部砼施工:
立内模、加固、安装工字钢、立外模挡头板、浇注套拱砼。
三、长管棚施工
1、长管棚钻孔工艺流程
台车就位
测量布孔
台车大臂矫正
台车固定
钻杆接长准备
钻孔及接长钻杆
钻杆分节退出卸下
2、长管棚钻孔操作要点
(1)、钻孔施工中采用XY-28-300钻机Φ120的钻头进行钻孔,即采用大引导孔施工,最大程度上克服在顶管施工作业中送管难的情况发生。
(2)、施作长管棚时(φ89×5mm),打孔角度洞口段为1°~2°,洞内适当加大角度,但角度应控制在5°~10°,间距40cm,每根长20m(每节长6m,采用长15cm的丝扣连接),施作时每段应交错搭接3m,钢管上按间距15cm梅花形钻10mm的小孔。
第一节钢管顶端做成锥型,以便顶进。
(3)、为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性,钻杆连接套应与钻杆材质一致,两端加工内螺纹(配合钻杆首位端外螺扣),连接套的壁厚≥10mm。
连接套及连接方式见图1。
为防止钻杆在推力和振动力的双重作用下,上下颤动,导致钻孔不直,钻孔时,应把扶直器套在钻杆上,随钻杆向前钻进向前平移。
(4)、钻机立轴方向必须准确控制,在浇注好的套拱上标出孔位和孔号,孔号分为奇数孔和偶数孔,奇数孔采用无缝钢管,偶数孔采用梅花钢管。
钻孔顺序为先钻偶数孔用于注浆,后钻奇数孔用于检查注浆质量。
(5)、施钻时,台车大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动影响施钻精度。
(6)、钻机开孔时的钻速宜采用低速,钻进20cm后转入正常钻速。
(7)、第一节钻杆钻入岩层,尾部剩余20~30cm时停止钻进,人工用两把管钳卡紧钻杆,钻机低速反转,脱开钻杆。
钻机沿导轨复位,再装入第二根钻杆。
(8)、引导孔的孔径较管棚钢管外径大15~20mm,孔深较管长长0.5米以上。
3、长管棚顶管工艺流程
管节联接套加工制作
制作
制作
凿岩机上安装钢
管顶进联接套
台车钻孔准备
钻管棚孔
顶第一节钢管棚
接第二节钢管棚
管内加筋注浆
顶第二节钢管棚
4、长管棚顶管施工
(1)、顶管工艺:
根据快速施工的要求,决定采用大引导孔和棚管钻进相结合的工艺,及先钻大于钢管外径的引导孔,然后利用钻机的冲击和推力(顶进管棚时凿岩机不使用回转压力,不产生扭矩)将安有工作管头棚管沿引导孔顶进,逐节接长管棚,直至孔底。
管棚顶进连接套及管棚扶直器见图2。
(2)、管件制作:
管棚采用Φ89的无缝钢管,钢管采用3m、
6m管节逐段接长,连接接头采用厚壁箍,上满丝扣,丝扣长度为15cm;为保证受力均匀性,钢管接头应纵向错开,偶数第一节用3m,奇数第一节用6m,以后各节均用6m。
管棚入土长度为24m。
管棚接长时先将前一根钢管顶入钻好的引导孔后再行连接。
第一根钢管前段要焊上合金钢片式空心钻头,以防止端部顶弯或劈裂。
(3)、清孔检查钻孔合格后,安装钢管,应每钻完一孔便顶进一钢管,钻进中应经常采用测量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。
接长管件应满足管棚受力的要求,相邻管的接头应前后错开,避免接头在同一个断面受力。
(4)、顶管作业:
将钢管安放在台车大臂上后,凿岩机对准已钻好的引导孔,低速推进钢管,其冲击力控制在18~20MPa,推进压力控制在4.0~6.0MPa。
(5)、接管:
当第一根钢管推进孔内,孔外剩余30~40cm时,开动凿岩机反转,使顶进联接套与钢管脱离,凿岩机退回原位,大臂落下,人工装上第二节钢管,大臂重新对正,凿岩机缓、慢、低速前进对准第一节钢管端部(严格控制角度),人工持链钳进行钢管联接,使两节钢管在联接套处联成一体。
凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。
根据管棚设计长度,按同样方法继续接钢管。
(6)、封闭钢管尾部先用麻
布条封堵管棚钻孔空隙,后用环
形楔环顶紧,最后用电焊将楔形
环焊接在管棚上。
见图3所示。
(7)、管棚管补强:
为了加强管棚的刚度和强度,按设计将管棚钢管全部打好后,先用钻头掏尽钢管内残渣,进行棚管补强。
5、配制浆液
(1)、水泥浆的搅拌应在高速搅拌机内进行,严格按照施工配合比进行投料,在钢管中注水泥水玻璃浆液,其配比为水泥:
水泥浆水灰比1:
1,注浆时初压0.5~1MPa,终压2.0Mpa,注浆结束后用1:
1水泥砂浆充填无缝钢管,以增强钢管强度和刚度。
(2)、搅拌水泥浆的投料顺序:
在放水的同时,将缓凝剂、外掺剂在水中按一定比例加入,搅拌溶解,再将需要的水泥倒入,搅拌2~3min。
(3)、外掺剂的重量为水泥重量的5%-10%,缓凝剂的掺量占水泥重量的2%~3%。
(4)、制备水泥浆或稀释水玻璃时,严禁水泥块或纸片进入浆液,放浆进入储浆桶时要用滤网过滤,以防止堵塞注浆泵。
(5)、做好配置浆液的施工纪录,为分析注浆效果提供依据。
(6)、配置好的浆液存放在由低速搅拌器的储浆罐内,防止浆液由于存放时间稍长产生沉淀、离析等现象。
6、注浆
(1)、注浆工艺系统:
双液注浆工艺系统如图4所示。
(2)、注浆顺序
管棚注浆顺序原则上遵循着“先两侧后中间”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则。
注浆施工由两端管棚钢管开始注浆,跳孔进行注浆施工,向隧道拱顶钢管方向推进,开始时注浆的浆液浓
度要低一些,逐渐加浓至设计浓度。
这样做法有利于注浆的浆液向拱顶方向扩散,而且促进浆液的致密程度,利于防渗的要求。
孔号为偶数的管棚完成后,对这部分管棚进行注浆。
长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内的土石设计,浆液扩散半径不小于0.5m,注浆采用分段注浆
(3)、注浆施工要点
a、为了保证管棚注浆施工作业顺利进行和保证管棚施工质量和安全,注浆前应做好止水止浆墙的施工:
为防止注浆薄弱地段地下水涌出作业面及注浆时跑浆,注浆地段的起始处掌子面应喷射20CM厚混凝土(加单层钢筋网)。
此后,每个注浆段终止处留出3米厚围岩作为止浆岩盘。
b、注浆孔位要准确,定位偏差应小于5cm,孔底偏差不大于孔深的1%~2%。
顶管施工作业过程中会使管内混入一些碎石和碎屑,在注浆施工前一定要用高压风水进行吹洗,如果管内仍有较大的碎石,应采用小于钢管内径的钻头,利用凿眼台车钻进将其钻碎,吹洗干净。
c、拌浆时严禁纸屑等杂物混入浆液,拌好的浆液要过滤,未经过滤的浆液严禁进入泵体,以防堵塞。
注浆过程中,要时刻注意泵口及孔口的压力变化情况,发现问题及时处理。
双液注浆时,要经常测定混合气候的浆液的凝结时间,防止由于泵及管路故障,造成浆液比例改变而发生事故。
注浆过程中,如发现孔口及工作面漏浆,要采取封堵,缩短凝胶时间及采用间歇注浆方式。
做好钻孔、注浆纪录,为分析注浆效果提供依据。
注浆结束后,要彻底的清洗泵体和管路,以保证下次注浆安全顺利进行。
d、注浆施工过程中如发现掌子面漏浆,应及时用麻布进行封堵。
e、注浆结束:
进浆量小于20~25L/min;注浆压力逐步升高,达到设计终压后稳定10min以上;注浆结束后采用1:
1水泥砂浆填充无缝钢管。
完成长管棚注浆施工后,在管棚支护的保护下,按设计的施工步骤进行开挖。
7、严格注浆施工作业现场控制,保证注浆质量
注浆施工作业中,浆液注入的压力是一个最为关键的现场施工过程控制因素。
根据流量计显示的孔口压力变化可以判断注浆施工的基本发展状况,并及时采取相应措施。
(1)、压力逐渐上升,但达不到设计要求的压力。
原因分析是:
浆液浓度低、凝胶时间较长、浆液在碎石中形成劈裂脉或者是部分浆液溢出。
此时应适度加大浆液浓度、小时间间隔注浆。
(2)、注浆开始后压力不上升,甚至离开初始压力呈下降的趋势。
原因分析是:
表明浆液已经外溢。
此时应该采取大浓度浆液和较低注入速度,如果情况无改变,则应先停止注浆。
(3)、注浆压力上升后突然下降,表明浆液从注浆管周围溢走,或者是注入速度过大,扰动碎石岩层,或遇到空隙薄弱部位。
此时应适度降低注入速度。
(4)、压力反复升降,但总趋势呈上升态势。
原因分析:
由于注浆浆液的凝胶时间较短。
此时应该是度调长浆液凝胶时间。
(5)、压力上升很快,而注入速度上不去。
原因分析:
表明注浆岩层较为密实或者浆液的凝胶时间太短。
(6)、压力有规律上升,即使达到容许压力时,注浆速度也比较正常,这表明注浆施工作业是成功的。
(7)、压力上升后又下降,然而后来压力又再度上升,并达到设计的要求值。
这可以认为该种情况的空隙部位已被浆液填满,此种情况也是成功的。
8、管棚注浆施工的结束标准
(1)、单孔注浆结束条件。
注浆过程中只要满足以下两个条件之一,即可认为单孔注浆达到设计的要求并可结束注浆施工。
单孔注浆结束条件:
a、注浆压力达到注浆设计所规定的终压5.0MPa。
b、单孔注浆量达到设计注浆量的80%以上。
注浆量的计算公式如下:
式中:
Q---总注浆量(M3);
A---注浆范围岩层体积(M3);
β---填充率,根据图纸及岩石地层的情况而定。
R---注浆半径(M);
L---注浆长度(M)。
(2)、全地段结束条件:
所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件,无漏注浆的情况。
四、超前小导管施工
1、测量放线,按设计布设小导管位置。
2、水平钻机就位、钻孔,钻孔直径为75mm。
然后利用水平钻机的冲击和推力将小导管沿引导孔顶入至孔底。
3、施作超前注浆小导管时,打孔角度为5°~10°,环向间距为60、50cm,导管采用长3.5m的φ42×3.5mm钢管,钢管上按间距15cm梅花形钻6mm的小孔(前端3m范围内),顶端做成锥型,以便顶进。
打设完毕后,注水泥浆,其浆液的水泥:
水灰比为1:
1,注浆压力控制在0.5~1Mpa之间;注浆结束用水泥砂浆充填、封口。
五、超前锚杆施工
1、砂浆锚杆施工工艺:
洞身开挖Ⅳ级围岩超前支护采用φ22早强水泥砂浆锚杆,其工艺流程为:
钻孔→清孔→注入砂浆→插入杆体。
如下图所示
2、砂浆配合比确定
根据锚杆设计长度为4.3m,采用先插后注的施工方法,砂
浆配合比为:
水泥:
砂=1:
1,水灰比一般为0.45~0.50。
(为确保注浆质量,掺入适量膨胀剂)。
3、对砂浆锚杆,应采用排气注浆法,即将内径4~5mm壁厚1~1.5mm的PE软塑料排气管沿锚杆全长固定于杆体上,并在孔
外留1m左右长的富余长度。
4、将锚杆缓慢送入孔中至设计位置,将长400~430mm,外径25mm左右的薄壁钢管用早强或超早强水泥固定在孔口位置并将孔口堵密。
5、先采用风钻按设计要求钻孔,钻孔直径比锚杆直径大15mm,用风钻顶入,顶入长度不小于锚杆长度95%,锚杆尾端焊接于格栅钢支撑上,以增强共同支护作用。
6、砂浆锚杆注意事项
(1)、锚杆钻孔分布成交错式尽量与所在曲面法向方向重合。
(2)、钻孔前进行浮石等的检查,加以清除;钻孔后要清孔。
(3)、注浆人员的防护配备要整齐。
(4)、做好作业脚手架的日常安全检查
六、超前长管棚、小导管和砂浆锚杆施工注意事项
1、长管棚、小导管、砂浆锚杆应注意两次循环之间的搭接,大管棚长度不宜小于2m,小导管长度不宜小于1.5m,砂浆锚杆不宜小于1m,两相邻接头不允许出现在同一断面内。
2、顶进过程应随时注意防止堵孔、坍孔。
3、注浆前,必要时对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚50~100mm的砼封闭作为止浆墙。
4、注浆过程应随时注意注浆压力的变化,压力达到设计值且注浆量也与设计相符后,即可停止注浆。
5、注浆结束后,再钻孔检查注浆效果是否达到设计要求,如未达到应根据实际情况调整注浆参数进行补孔注浆。
6、注浆后至开挖前时间的间隔,根据浆液种类控制在4~8h。
在管棚相接处开挖时保留1.5~2.0m的止浆墙,以防止注浆时孔口跑浆。
7、整个过程中做好记录,内容包括打孔的角度、间距、深度、钢管的长度、注浆压力、注浆数量、起止时间等,作为后续施工调整注浆参数依据。
七、机具设备和劳力组织
1、需要的机具设备见下表
序号
设备名称及规格
单位
数量
备注
一
机电设备
1
钻孔台车
台
2
2
汽车
台
3
3
交流电焊机
台
3
4
注浆机
台
1
5
XY-28-300电动钻机
台
2
6
搅拌机
台
2
二
工具
1
链钳
把
2
2
管钳
把
2
3
大号扳手
把
2
4
大锤
把
1
5
钻杆
根
5
6
冲击钻头φ130mm
个
3
7
冲击钻头φ76mm
个
3
8
钻杆联接套
个
12
9
钢管顶进联接套
个
6
10
注浆混合器
个
3
2、劳力组织:
本工程可分为2个工班作业,每个工班12人,其中:
施工指挥一人;施工技术指导1人;测量工1人(负责布孔、定位、量测、质量检查);台车凿岩司机2人(负责钻孔、下导);普通工人5人(负责装卸钻杆、装接钢管);电工1人(负责供水供电工作);电焊工1人;汽车司机1人(负责运料)。
八、安全保证措施
(1)、加强全员安全意识教育;
(2)、针对本隧道工程长管棚施工特点和要求,参照有关规范制订安全规章制度;
(3)、加强对围岩进行动态监控量测,实行信息化管理,科学地组织施工;
(4)、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;
(5)、钢管内注浆时,操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套;
(6)、要有良好的照明条件。
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