大管棚施工工艺总结.docx
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大管棚施工工艺总结.docx
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大管棚施工工艺总结
总结:
隧道浅埋岩堆体
ø108大管棚超前支护施工工艺
总结人:
冯春明
1.前言
大安隧道全长5054m(DKK243+950~DK249+004),但出口处于Ⅴ级围岩,地表上覆第四系全新统人工弃土碎石土,人工填粉质黏土,坡洪积软土(软粉质黏土),松软土(软塑粉质黏土),粉质黏土,坡残积粉质黏土等,工程力学性质差,开挖后易坍塌,成洞困难。
为确保开挖稳定,进口DK248+987~DK248+962段25m,隧道拱部140°范围采用ø108×6mm超前大管棚注浆支护辅助施工。
2.工程概况
2.1概述
大安隧道位于重庆市永川区大安镇,属丘陵地貌,丘槽相间,地形波状起伏,地面高层303~424m,相对高差20~100米,自然横坡5°~30°,局部较陡,达45°。
丘坡上覆土层较薄,基岩部分裸露,地表多被垦为旱地;沟槽等低洼地带覆土较厚,多被辟为水田。
最大埋深约120m。
2.2大管棚超前支护方法
2.2.1管棚构造
管棚由钢管和20号工字钢拱架组成。
管棚是利用20号工字钢拱架,沿着开挖轮廓线,以较小的外插角,向开挖面前方打入钢管,形成对开挖面前方围岩的预支护。
见图
洞口段长管棚横断面布置图
超前管棚支护纵向布置图
2.2.2管棚的性能特点及适用条件
管棚是利用钢管作为纵向支撑、20号工字钢拱架作为横向环形支撑,构成纵、横向整体刚度较大,能阻止和限制围岩变形,并能提前承受早期围岩压力的一种超前支护形式。
管棚适用于特殊困难地段(如极破碎岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、强膨胀性地层、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩)的隧道施工中采用。
长管棚与短管棚相比,其一次超前量较大,可减少安装钢管次数,并减少与开挖作业之间的干扰,适用于大中型机械进行大断面开挖。
2.2.3管棚支护结构要点
⑴大管棚钻孔孔口位置沿隧道拱部开挖轮廓线外30cm布置,环向中心间距40cm,外插角约1°,一共46根。
⑵钢管采用外径ø108、壁厚5mm的无缝钢管,每环钢管总长度为25m。
钢管分段安装。
两段之间用丝扣连接,丝扣螺纹段长度不小于15cm。
钢管上钻注浆孔,孔径为ø16mm,孔间距15cm,呈梅花型布置。
钢管尾部1m不钻孔作为止浆段。
为提高钢管的刚度和强度,钢管内增设由4根φ18mm螺纹钢筋和固定短环组成的钢筋笼,固定环采用外径ø42mm、壁厚3.5mm,长5cm的钢管,环向间距1m。
(2)在钢管内放置钢筋笼并灌注水泥浆单液浆或水泥-水玻璃双液浆,可增加钢管刚度。
(3)注浆浆夜采用水泥浆,水灰比为:
W:
C=1:
1。
当地下水较发肓或浆液扩散范围较大时,注浆浆液改为水泥-水玻璃双液浆。
注浆压力采用0.6~1.0Mpa。
2.3.4大管棚施工工艺流程图
3.施工工艺
3.1钢管加工:
管棚采用Ф108×5mm的热轧无缝钢管加工而成,钢花管上钻注浆孔,孔径16mm,孔间距15cm,呈梅花形布置,尾部留不钻孔段100cm,止浆段.
3.2钻机定位:
移动钻机至钻孔部位,调整钻机高度,将钻杆放入导向管中,使导向管、钻机转轴和钻杆在一条直线上。
3.2钻孔
①检查开挖的断面中线及高程,确保开挖轮廓线符合设计要求。
在开挖工作面处安设受力拱架,并在其上正确标明管棚位置;
②钢架安装垂直度允许误差为±20,中线及高程允许误差为±5cm。
在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔,其外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好。
钻孔顺序见下图:
两台钻机钻孔顺序示意图
说明:
Ⅰ部和Ⅱ部同时开孔,同时结束;Ⅲ部和Ⅳ部同时开孔,同时结束。
方向前进如上图所示。
原则为:
任何时候都必须保证有两台钻机同时工作。
因为上导坑需人工开挖掘进,工效很低,是控制整个隧道工期的关键因素,所以必须千方百计地加快管棚施工进度,为人工开挖掘进,赢得一定的时间。
③按照布好的孔位及钻孔的方向和倾斜度开始钻孔。
孔口位置与设计位置的允许偏差为±5cm;孔底位置偏差小于孔深的10‰。
④刚开孔时,要低压、慢转,以便于控制方向,然后逐渐地提高钻速,保持正常压力。
如遇到大孤石时,则需高压、低速进行。
总之,要随着地质的不断变化,相应地调整钻进参数。
⑤钻进时,用清水护壁,中间定期将取芯管取出,取出岩芯。
当快成孔时,用水将孔内的悬浮物或泥浆、石碴等清洗出来,做到孔壁圆、角度准、孔身直、深度够、岩粉清洗干净。
⑥当出现严重卡钻、孔口不出水时停止钻孔,立即注浆。
⑦钻孔结束后,掏孔检查,在确认无塌孔和探头石时,才可安设钢管。
⑧钻头采用φ100mm的合金钻头,遇孤石时,则采用金刚石钻头。
⑨大管棚施工完成后,成伞形辐射状。
详见下图:
3.3配管
为了使大管棚的整体受力效果更好,在接长管棚钢管时,钢管接头在隧道纵断面上错开2m。
下管时,由于φ108×5mm的大导管从4~6m不等,故必须将管子相互连接起来,才能达到设计长度。
管子连接采用两种方法:
第一环管棚使用外套管法;第二环管棚使用丝扣法。
①丝扣法:
即在一根管子的两端,分别车出一个公螺纹,一个母螺纹,螺纹长度不小于15cm,螺纹深度不大于1/2壁厚(4mm)。
连接时,前一根管的母螺纹与后一根管的公螺纹套在一起,用力拧紧,以防止松动,引起质量事故。
②外套管法:
即管子两端不车螺纹,只在两根管子的接头外边套一φ127×4mm的外套管,长40cm,然后用电弧焊将缝隙焊满、焊牢。
优缺点:
①法,省时、省力、方便,但加工费用较高。
②法,费时、费力、不方便,但加工费用较低。
3.4清孔:
A用钻杆配合钻头(φ100mm)进行来回扫孔,清除浮渣至孔底,确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。
B用高压气从孔底向孔口清理钻渣。
C用经纬仪、测斜仪等检测孔深,倾角,外插角。
3.5管棚推入及连接
在钻机上安装与棚管直径相应的钢管顶进联接套。
钻机对准已钻好的引导孔,低速推进钢管(其冲击压力控制在1.8~2.0Mpa,推进压力控制在4~6Mpa),当第一根钢管推进孔内,孔外剩余30~40cm时,开动钻机反转,使顶进联接套与钢管脱离,人工装上第二节钢管,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,以同样施工方法顶进其他管节。
为避免钢管接头在同一截面,第一根管及最后一根为调接管,中间管为标准节。
成孔后及时顶管作业,防止塌孔影响顶管作业。
钢管未到设计长度而无法顶进时,视顶进长度作拔管清孔或向上移位另钻处理。
3.6下钢筋笼
钢筋笼由4根φ18的螺纹钢筋组成,中间内衬一φ42×5的导管环,间距1m。
钢筋笼主要是为了增强大导管的整体刚度和强度。
3.7管口封闭
堵孔:
为确保注浆质量,在钢花管安装后,管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙,钢管自身利用孔口安装的封头将密封圈压紧,压浆作业前,在孔口设置止浆塞,注浆管口上安装三通接头。
注浆:
注浆所用材料为水泥净浆液,水灰比为1:
1,注浆压力为0.5~2.0MPa,必要时可在孔口位置设置止浆塞,其必须能承受最大的注浆压力(注浆压力可根据现场实际情况适当调整)。
注浆前应进行现场试验,以确定最终的注浆参数。
管棚注浆效果检查方法:
a分析法:
分析注浆记录,查看每个注浆压力、注浆量是否达到设计要求;注浆过程中漏浆跑浆是否严重,从而浆液注入量估算浆液扩散半径,分析是否与设计相符。
b检查孔法:
用地质钻机按设计孔位和角度钻检查孔,提取岩芯进行鉴定,同时测定检查孔的吸水量(漏水量)单孔时应小于1L/min.m
c声波监测法:
用声波探测仪器测量注浆前后岩体声速、振幅及衰减系数等来判断注浆效果。
根据分析得出注浆效果,以指导后续施工。
3.8沉降观测
为了检测大管棚施工时对周围环境的影响及施工完毕后的效果,均须通过沉降观测进行。
确认当大管棚注浆时,有无无隆起、上鼓现象发生。
当开挖大管棚范围段时,经观测有一定的沉降(10cm),如遇山体整体下沉,则可达到20cm,这样考虑一些其它因素,在预留25~30cm的沉降量后,完全可以满足隧道施工和安全的要求。
3.9事故预防和处理
3.9.1孔的倾斜度
开孔时,在土质地层中,要低速低压,以保证孔位的正确。
同时在距孔口2m处、开孔1/2处、终孔处用精密水平陀螺仪检测倾斜度,不合格的,封孔重钻。
3.9.2塌孔
若地层中含水量大,或地质较差时,易坍孔,可采用两种方法进行预防。
①泥浆护壁法
对于地层中含水量不是特别大,地质属于碎石土层时,可用泥浆护壁。
②套管护壁法
对于地层中含水量特别大,地质属于碎石层或地下暗河的地段,可采用套管护壁。
此时采用φ127×4套管,一般的不良地段均可通过。
3.10机具设备和劳力组织
施工机械配置表
序号
设备名称
单位
数量
备注
1
潜孔钻
套
1
2
注浆机
台
1
3
拌浆机
台
1
4
电动空压机
台
1
5
全站仪
台
1
6
电焊机
台
1
7
台架
个
1
8
电动葫芦
台
1
8
挖掘机
台
1
作业工班人员表
序号
工种名称
人数
工作范围
备注
1
班长
1
负责安排施工
2
测量工
1
负责定位、量测
3
修理工
1
负责机械维修
4
钻机司机
2
负责钻机操作
5
电焊工
1
负责电焊作业
6
钻工
8
负责破孔、移动钻机、装卸钻杆、安装钢管、拌浆注浆等
4.安全措施
4.1加强全员安全意识教育;
4.2针对本隧道工程长大管棚施工特点和要求,参照有关规范制订规章制度;
4.3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;
4.4拆卸钻杆时,要有统一指挥、明确联络信号,扳钳卡钻方向正确,防止管钳用扳手伤人;
4.5钢管内注浆时,操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套。
4.6要有良好的照明条件。
5.结论
5.1管棚长度控制在25m以内为好。
如按设计的25m长度进行施工,由于管棚过长,钻孔、下管等工序都费时费力,效率低下;同时管棚的倾斜度、掉钻量也很难控制。
5.2在粘土含量大的碎石土层中,压浆效果不理想。
因为粘土比较密实,浆液不易扩散,其扩散半径较小。
不能形成一个完整的具有一定厚度的砼加固圈。
5.3建议开挖工作时,开挖轮廓线不进行扩大,而是在围岩开挖后,即初喷3~5cm厚的混凝土,作为支护,不设钢架支撑(在确保安全的前提下)。
待管棚施工完毕后,再进行安设。
这样可以减少施工投入。
5.4大管棚应伸入岩石层3~5m。
这样,在山体滑动时,管棚可以分担一部分荷载,从而避免全部荷载都压在初期支护上,造成大的下沉和严重变形。
同时也可以防止钢管深入过长造成资源浪费。
5.5大管棚的接头必须在纵向上错开。
否则,接头设在同一断面上,极易出现安全隐患。
6.施工注意事项
(1)钻孔前,精确测定孔的平面位置、倾角、外插角,并对每个孔进行编号。
(2)钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定,一般控制在1°~3°,钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右,并控制在20cm~30cm。
(3)严格控制钻孔平面位置,管棚不得侵入隧道开挖线内,相邻的钢管不得相撞和立交。
(4)经常量测孔的斜度,发现误差超限及时纠正,至终孔仍超限者应封孔,原位重钻。
(5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度,防止断杆。
(6)在遇到松散的堆积层和破碎地质时,在钻进中可以考虑跟管钻进,确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。
7.相关知识点
7.1采用长度小于10m的小钢管称为短管棚;采用长度为10m~45m且较粗钢管的称为长管棚。
7.2注浆方式有前进式、后退式及全孔式等。
前进式注浆:
当钻孔遇有较大涌水时,应暂停钻孔,待压浆后,重复钻孔、注浆;
后退式注浆:
当钻孔中涌水量较小时,则钻孔可一直钻到设计深度,然后从孔底向孔口进行分段注浆;
全孔式注浆:
当钻孔直至孔底,然后一次注浆完毕。
7.3水玻璃:
商品名,又名泡花碱。
学名硅酸钠,分子式Na2OnSiO2,分子量122.06,系透明,无色或淡蓝色、青灰色的粘稠液体。
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