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1、长管棚在浅埋软弱隧道中的应用隧一处温州经理部 鲁军良提要：本文就长管棚这一新的支护技术，在浅埋、软弱土体段吉坑隧道中，作为超前支护体系中的应用作一总结，以供参考。关键词：长管棚 软弱 隧道 应用一、前言长管棚施工是隧道施工的主要辅助措施之一，在软弱、破碎、卵石层等不良地质条件下的隧道施工中常有采用。在福宁高速公路吉坑隧道施工中，采用 28m 长管棚作为超前支护体系，尽早进行正洞掘进，从施工长管棚后的开挖效果看，此法对隧道施工安全与进度都较有利，施工质量好、工期短，经济效益、社会效益显著，为浅埋软弱土层隧道施工提供了一定的经验。二、工程概况吉坑隧道是福宁高速公路中较长的隧道之一，位于福鼎市店下镇
2、。隧道全长 4785m，为双线四车道公路隧道。本隧道所通过山体地层主要为下白垩统石帽山群晶屑凝灰岩、凝灰岩及碎石、块石和第四系残坡积地层，局部发育岩堆。进洞口主要岩石成分晶屑凝灰岩，粒径 0.51.5m 为主，层厚 15m，充填为亚粘土及碎石，为浅埋、软弱等不良地质。设计采用 28m 长管棚超前支护体系，作为隧道进洞的辅助措施，并与初期支护相结合，共同组成支护体系，确保稳妥进洞。三、施工工艺（一）工艺原理长管棚施工是在软弱地层或岩层裂缝中钻孔并打入管棚钢管，利用注浆机具向管内注入具有一定压力且有一定胶凝时间的浆液，对管棚周围的软弱、松散岩体进行固结，使土层或岩层的力学性质得以改善，形成一个整体
3、棚架式的加固拱圈，从而起到超前支护作用。（二）工艺流程（见图 1）图 1 管棚施工工艺流程（三）施工方法1、施作钢筋砼套拱套拱在明洞衬砌轮廓线以外施作。套拱砼内埋设 4 榀 I18 钢拱架，并安设控制钻孔方向的 127 孔口管。套拱的主要作用是保持导向管管口的稳定和定位。施工中，即要做到牢固可靠，又要保证位置正确。（1）测量放线测量时应准确控制衬砌外轮廓线的空间位置。计算控制点坐标并设岩面清理及防护测量定位、施作套拱搭设作业平台、安装钻机撤离现场钻孔、扫孔安装管棚钢管钢管注浆开挖加工管棚钢管配制浆液定在仰坡坡面上，桩位用 10mm、长 3540cm 的钢筋打入坡面 30cm，作为孔口的中心点，
4、孔口管孔位按设计要求布设，误差应控制在 50mm以内。（2）架立钢拱架根据钢管设计位置架设并定位钢拱架。为准确控制钢管仰角，相邻钢拱架的高度亦应保持一定的仰角。钢拱架加工应符合 GBJ205-95钢结构工程施工及验收规范 ，准确度应高。钢架安装垂直度偏差为2，中线及高程允许偏差为50mm。（3）安设导向管钢拱架准确架立后，其上安设 1274.5mm 长 2m 的孔口管，间距50cm，孔口管与钢拱架焊成一体，保证孔口管稳固可靠，并用经纬仪准确测定其角度及方向，确保其角度与方向与设计值一致。（4）施作套拱砼套拱模板可采用组合钢模板，内外模用连接筋联成一体。套拱面须与岩面密贴，砼脱模后及时对靠岩面处
5、进行喷浆封闭，以免注浆时造成边坡破裂而漏浆，影响注浆效果，如图 2 所示：套拱砼导向管 喷浆封闭图 2 喷浆封闭示意图2、钻机就位1:m为加快施工进度，施工中配备两台 MK-5 型地质钻机平行作业，由两侧向中间方向施工，钻机距工作面距离不小于 2m。（1） 搭设作业平台钻机作业平台采用 1218cm 方木按“井”字形搭设，并将预留的核心土整平夯实，方木间用扒钉铆钉牢固，以利安装和固定钻机，防止施钻时摆动、移位倾斜等影响钻孔质量。（2）钻孔定向根据孔口管的倾角和方向，利用钻杆的延伸和吊锤准确确定钻孔的方向，即可固定钻机。然后利用钻机的变角度油缸，参照导向管的倾角确定钻机的倾角，确保钻杆线与开孔角
6、度一致，以达到钻进的导向作用。（3）钻机的固定钻机就位前，可先利用 M20 的沉头螺栓将钻机固定在基台木上，再按确定好的方位角将基台木固定在搭设的井型钻作业平台上，四周用横木支撑，必要时打设地锚。3、钻孔采用空压机干式成孔，先打有孔钢花管（奇数孔） ，每钻完一孔便顶进一根钢管，注浆后再打无孔钢管孔（偶数孔） 。如钻进时不能成孔，可采用预注浆成孔法。（1）钻具的连接根据施工中的碎石土岩性，采用风动冲击器+螺旋钻杆组合钻具进行钻进。冲击器（直径 110mm）后直接接 110mm 的螺旋钻杆，一则利于排碴，二则便于保直，螺旋钻杆的长度以 1.54.5m 为宜，后接 73mm的钻杆。（2） 开孔为 了
7、 保 证 孔 口 的 成 孔 质 量 ， 开 孔 时 宜 用 小 给 进 力 、 高 转 速 。 给 进 力 一般 0.51.0Mpa， 转 速 80100 转 /分 钟 ， 每 钻 进 40cm 时 ， 退 出 扫 孔 ， 后 再 钻进 。 待 成 孔 23m 时 ， 再 加 压 全 速 钻 进 。（ 3） 钻 进钻 进 时 ， 如 遇 到 岩 层 或 孤 石 时 ， 为 保 证 钻 进 效 率 ， 可 适 时 增 加 钻 机 的给 进 力 ， 降 低 转 速 。 给 进 力 一 般 1.02.5Mpa， 转 速 6080 转 /分 钟 ， 每 钻 进5080cm 时 退 出 扫 孔 。 扫
8、 孔 时 ， 给 进 速 度 应 控 制 在 1m/分 钟 ； 如 遇 到 土 层或 土 加 石 层 时 ， 应 先 背 压 ， 后 给 进 ， 使 给 进 与 起 拔 的 压 差 保 证 在 1.0Mpa 以下 ， 并 控 制 给 进 速 度 1m/分 钟 ， 便 于 孔 内 排 碴 ， 至 钻 杆 回 转 时 无 较 大 跳 动为 宜 。钻 进 过 程 中 应 经 常 用 测 斜 仪 测 量 方 位 角 ， 随 时 检 查 钻 孔 方 向 的 准 确 性 。成 孔 一 半 时 ， 应 用 108 套 管 测 量 控 制 偏 斜 度 ， 确 保 成 孔 偏 差 在 0.25m 范围 内 。（
9、4）扫孔成孔后用 108mm 岩芯管进行扫孔，目的是顺孔及清碴，岩芯管长2.5m。为保证管棚钢管顺利下到孔底，每钻进 5m，应全部将钻具退出孔外，再控制给进度 1m/分钟，扫孔至孔底，直至钻具能顺利下到孔底无阻力为止。（5）地质分析钻进过程中应根据钻进速度、岩土取芯、司钻压力等情况判断孔内地质情况。如钻速加快，说明地质变软或前方出现溶洞等现象；如钻速减慢，说明地质变硬。施工中应及时做好原始施工记录并绘制地质剖面图和展开图，为控制钻进度速度及隧道开挖提供施工依据。4、顶管（安装管棚钢管）管棚钢管采用钻机顶进，如遇故障。须重新清孔后再将钢管顶入。地质条件较差时，顶管应及时、快速，以保证钻孔稳定时将
10、管子送至孔底，防止时间过长造成塌孔而影响顶管。钢管采用 1086mm 热轧无缝钢管，节长 3m、6m。其中，编号为奇数的钢管孔第一节管采用 3m 长的钢管，其他的均采用 6m 长的钢管，以使钢管接头错开。钢管节间均采用公母丝扣联接，便于顺利下管或遇阻拔管。5、管棚注浆管棚注浆是为了固结管棚钢管周围一定范围内的岩体，是管棚施工的一项重要工序，施工中必须加强注浆质量，否则，难以达到设计效果。注浆参数如下：浆液扩散半径 0.5m水泥浆水灰比 1:1水玻璃浓度 35 波美度，水玻璃模数 2.4注浆压力 初压 0.51.0Mpa，终压 2.0Mpa（1）注浆方式的选择注浆前应进行单液注浆试验，以水泥为主
11、，添加 5%的水玻璃，如注浆效果好，达到固结岩体的目的，则可采用单液注浆；如可灌性差，再进行水泥、水玻璃双液注浆实验，一般水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.5。（3） 注浆方法注浆前应在导向管上编号，奇数孔为有孔钢花管，偶数孔为无孔钢管。首先施工有孔钢花管，每钻完一孔便顶进一根钢花管，并及时注入水泥水玻璃双液浆，再打无孔钢管，无孔钢管作为检查管，以检查钢花管的注浆质量。为增强钢管刚度，钢管内注入 30 号水泥砂浆。注浆采用从孔口一次注入法，搅拌均匀的浆液通过注浆管路、孔口控制阀进入钢管，同时孔口上部设一排气孔，以便浆液进入钢管时，将管内空气排出，待浆液充满钢管，从排气管溢出时，关闭排气阀门，进行
12、终压注浆。（3）注浆结束标准一般按单孔注浆量达到设计注浆量作为结束标准；当注浆压力达到设计终压并持荷不少于 20 分钟，进浆量仍达不到设计注浆量时，也可结束注浆。（4）注浆注意事项 注浆前应认真检修机具，对管路系统如混合器、接头、阀门等，如有破损应予以更换； 注浆所用水泥无结块、无杂物，砂子应洁净并过筛； 注浆管路的连接应牢固，并认真检查，保证注浆管内无杂物，以免堵塞管路； 注浆结束，所有接头、阀门、管路等均应清洗干净； 注浆作业要前后配合，统一指挥，以期达到预期的注浆目的和效果； 认真做好注浆记录，对每孔注浆量、注浆压力、有无跑浆、窜浆情况等及时填写清楚。四、机具设备管棚施工主要机具设备包括
13、地质钻机、注浆机及其他配套设备。（一）地质钻机MK-5 型地质钻机分主机、泵站、操纵台三大部分，各部分之间用软管连接。主机由回转器、夹持器、给进装置、机架组成。见图 31、提升架 2、回转器 3、夹持器4、机架图 3 主机构造示意图该机主要技术参数如下表：主要技术参数钻孔深度 500m 起拔能力 50KN钻杆直径 50mm 给进速度 0.50m/s开孔直径 150mm 起拔速度 0.50m/s终孔直径 95mm 液压系统额定压力 21Mpa钻孔倾角 090 电动机功率 30KW回转速度 10320r/min 主机机形尺寸（长宽高） 2.30.81.3m给进能力 50KN 钻机总重量 1500k
14、g（二）注浆机管棚注浆机具采用 KBY-50/70 型注浆泵，外形尺寸：1300720700mm，流量 50L/min，压力 0.57Mpa,重量 300kg。该机具有结构紧凑、性能稳定、压力可调、体积小、重量轻、易解体搬运等特点；分别具有高、中、低三个不同的压力、流量等级，既可单液注浆，又可双液注浆；是一种技术先进、制造精良，使用可靠的注浆设备。（三）配套设备（见表 1）表 1 管棚施工主要配套设备序号 设备名称 规格 单位 数量1 内燃空压机 VHP-700 台 12 拌浆机 双桶 台 13 钻头 冲击、合金 个 各 6五、劳力组织管棚施工安排两台钻机同时作业，并且实行三班制。其劳动力组织
15、见表 2。表 2 劳力组织序号 工种 工作内容 配置人数 每班人数1 施工负责人 负责组织管理，安排施工 12 技术负责人 施工技术指导 13 质检员 质量检查、施工记录 3 14 试验员 浆液配制与检测 3 15 钻机司机 钻机操作及成孔 6 26 注浆机司机 注浆机操作及注浆 3 17 拌浆工 浆液计量、拌合 12 48 电焊工 钢管焊接及加工 3 19 空压机司机 负责风压控制 3 1410 机修工 机械检修、保养 6 211 普工 其他劳务 6 212 合计 47 15六、质量控制要点（一）套拱施作1、洞口开挖要预留核心土（810m） ，以利搭建作业平台及安装钻机；2、钢拱架加工一定要
16、标准，以利准确安设导向管；3、导向管定位应准确，除仰角外，还应考虑两侧的外插角；4、导向管安装应与外模平行，管口应有填塞物以利钻孔焊接；5、套拱施作完毕，应及时对靠岩面处进行喷浆封闭。（二）成孔1、成孔设备就位后，必须平整、稳固，确保施工中不发生倾斜和移位；2、钻进时应加强扫孔，确保顶管顺利；3、钻进过程时应经常用测斜仪测量方位角，并采取相应的导向措施；4、为保证管棚的刚度，相邻钢管的接头至少错开 1m，同一断面内的接头数不大于 50%。5、成孔深度施工误差：20cm；孔位误差：50mm（三）注浆1、注浆前应进行注浆试验，选择最佳浆液配比及最佳胶凝时间，以达到设计注浆效果；2、注浆机具应认真检查，满足设计注浆流量及设计压力；3、为确保钻孔顺利，必须采用钻一注入的方法施工；4、为保证管棚钢管有足够的刚度，钢管内注入
