【隧道塌方松散体内大管棚施工】隧道管棚
时间：2020-07-12 07:24:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
结合隧道内塌方松散体的特点，对目前常用的管棚施工方法进行了比较。说明了采用跟管作业法进行管棚施工的优缺点和跟管作业的施工工艺及施工异常情况的处理和预防。
1. 工程概况
宜万铁路鲁竹坝2#隧道为单线铁路隧道，DK208+610～+690段围岩为碳质页岩夹煤层，岩层厚度为20cm～30cm，岩体遇水软化，局部有渗水现象。
本段上台开挖完成，下台开挖到DK208+640处时，DK208+640～+670段上台发生坍塌。隧道两侧起拱线以上全部坍塌，拱顶塌腔最高达8m，塌方松散体厚度达6m长30m。为通过此松散体决定采用40m大管棚超前支护方案。
2. 管棚施工方法选择
1.先钻孔再安装钢管的一般施工方法在松散体内易塌孔，成孔困难无法正常施工。
2.采用前进式注浆法施工，该施工工艺可行，但实际操作工序繁杂，施工时间太长；钻机在施工台架上移动频繁作业人员劳动强度太大；在松散体内注浆水泥用量较大且前进式分段注浆工艺要求高操作困难。
3.跟管作业法采用风动冲击钻配偏心钻头，偏心钻头在前部钻进钢管随钻头跟进。此法控制了塌孔，取消了钻进过程中的注浆，效率较高施工易操作。
结合以上三种方法的特点决定采用跟管法施工管棚。
3. 施工工艺
3.1工艺流程
封闭掌子面施做导向墙钻孔跟管作业 安放钢筋笼注浆
3.2施工用材料和机械
1）钢管为外径108mm、壁厚6mm的高频淬火无缝钢管。钻孔前进方向一端车外丝，另一端车内丝，扣长度为20cm，拧紧方向与钻头旋转方向相同。钢管配长为主要为2m（不含丝扣长度），制作部分3m长钢管作为调节段。钢管周围钻φ10mm的钻孔，间距每环两个纵向20cm，交错布置；
2）φ108mm钢管靴；
3）钻机采用HGY-100型地质钻机，配螺旋式钻杆，90型风动冲击器，120型偏心钻头（钻头反转时钻头直径缩小，正转时偏心部分展开钻头直径变大）；
4）XB338-1滑动式测斜仪；
5）YSH-3型注浆机。
3.3施工准备
3.3.1封闭掌子面
在塌方口DK208+640向小里程后退1m于 DK208+639处，沿隧道支护轮廓线浇注C25混凝土挡墙厚度80cm，将初期支护支撑牢固并将掌子面封闭控制塌方范围扩大。
3.3.2施做导向墙
将DK208+633～639段上台施做管棚范围扩挖80cm作为管棚工作室。工作室完成后施做导向墙，因管棚在松散体内穿过，为提高钻孔的方向控制精度导向墙长度确定为2m厚度为80cm，采用C30砼浇注。
在工作室范围内安装I18工字钢架间距0.5m，钢架底脚落在坚固的基岩上。每榀钢架底脚处打设8根4m长φ42mm锁脚锚管并注浆加固。将内径φ120mm的钢管按照管棚设计的间距和外插角焊接在钢架上。导向管的外插角度控制是影响管棚施做质量的重要因素，钢管距拱顶过高会减弱支护效果，过低可能出现侵入隧道净空施工时须割除造成管棚支护无效。结合塌方体松散的特性和管棚的长度，外插角取1.5度。
在钢架的外端和底部安装模板浇注混凝土，混凝土导向墙两侧的基础坐落在稳固的基岩上。
在工作室范围内搭设脚手架，作为管棚施工操作平台。脚手架应稳定，后部设置支撑保证钻机队岩体有足够的压力。
3.4钻孔跟管作业
3.4.1钻孔施工顺序以隧道中线为轴左右两侧对称施工，减少注浆过程中的干扰和防止出现注浆串孔现象发生。
3.4.2将第一根钢管与管靴连接，在套管的丝扣段钻直径10mm的孔，环向3孔，纵向设置2环。管靴与套管的丝扣拧紧后，用电焊通过套管上的孔将套管和管靴焊接，防止套管和管靴脱离。
将第一根钢管用人工送入导向管内，然后再将钻头伸入套管内。钻头携带管靴和套管缓慢前进直至接触围岩。钻头与围岩接触后钻头正转，将偏心钻展开。然后接通高压风，采用低钻压和低钻速将钻头缓慢钻进围岩内。待第一根钢管随钻头进入围岩后撤出钻头，用测斜仪测量钢管的外插角，检查合格后再加快钻速钻进施工。
每钻进10~20cm应将钻头后退向孔内吹入高压风并加快钻杆转速，将孔内钻渣排出防止出现卡钻。钻进过程中仔细观察钻渣，根据钻渣判定前方围岩情况。钻渣较破碎，颗粒较小时可以采用高钻速并减少排渣次数。钻渣颗粒较大，有水或有粘土状物质时应减小钻速，并适当增加排渣次数，保证孔内排渣干净。每钻进10m长，或钻进过程中遇到孤石或不均匀地质后，应采用测斜仪对钢管进行检查，保证钻孔角度位置符合设计。如出现偏孔时应将钢管拔出重新钻进，多次扫孔保证孔位准确。钻进过程中详细记录地质情况，为下步开挖做好准备。
第一个孔全部采用2m长钢管，每根钢管进入岩体的剩余30cm时应停止钻进，将钻杆和钢管接长后继续钻进。钻杆连接处应采用销钉或点焊牢固，防止倒转时钻杆松脱。钢管安装前必须将表面清理干净尽量保证光滑，必要时涂抹润滑剂以减小顶管时的摩擦力。详细记录使用的钢管的长度和根数严格控制总长和不同长度钢管的使用顺序，保证相邻孔内钢管的接头不在同一个断面上。相邻钻孔第一根和最后一根钢管应采用3m长，其余采用2m长，使同一断面内的接头数量小于50%。
3.5.安装钢筋笼和注浆
钢管安装到位后用高压风对孔内反复吹洗，保证馆内干净。将提前制作好的钢筋笼安装如钢管内，钢筋笼端部做出锥形并用铁皮包裹，防止安装过程中出现卡阻，造成钢筋笼安装不到位。
钢筋笼安装完成后，将管口用钢板焊接封堵，并在钢板上开孔焊接φ25mm的钢管安装阀门。与注浆机连接牢固准备注浆。
因管棚范围内为塌方松散体，浆液容易扩散注浆量较大，为保证注浆质量控制成本减少注浆量，注浆采用水泥浆掺入速凝剂。
水泥浆水灰比为1:1.5，掺入速凝剂根据实验确定将凝结时间控制在1h左右。注浆施工时当压力开始上升时即停止注入水泥浆。改用水泥砂浆将钢管注满提高钢管的整体强度。注浆过程中如压力无上升迹象，注浆量较大时应采用间歇式注浆。每注浆半小时后即停止待浆液出现凝结现象时在重复注浆，以保证钢管周围注浆密实。注浆终压控制在0.3Mpa左右。
3.6.钻孔异常情况处理
1）孔内潮湿岩粉成泥状高压风无法排除造成卡钻时，向孔内通入高压水进行冲洗，加快排渣。
2）偏心钻头损坏掉落时，将钻头退出拆除冲击器，在钻杆端部安装钢筋制作的笼状打捞器伸入孔内将钻头取出。当打捞器无法取出钻头时应将钢管拔出，在钻杆端部安装一根直径与钻孔略小长度为1.0m左右的钢管伸入孔底将钻头取出。
3）管靴掉落事故：管靴掉落时先将钢管拔出，再用有扩装功能的公锥伸入管靴内，公锥扩张将管靴卡死再取出。管靴是跟做作业时受力的主要部件，因此必须采用优质钢材制作，并加强与套管的连接强度减少事故的发生。
4.结语
综上所述跟管法施做松散体内的管棚是比较适用的方法，其质量控制精度高，成孔顺利，施工总体速度较快。但施工过程中出现事故是处理较困难，经常需要拔管，对使用的工具材料质量和可靠度要求较高，操作人员技术水平要求较高。
参考文献：
[1]tlejgf―93―27岩溶隧道管棚支护工法北京：人民交通出版社，1993
[2]王毅才 隧道工程北京：人民交通出版社，2006.3
[3]中铁二局集团 隧道 （第二版）中国铁道出版社，1999
（作者单位：中铁四局集团第六工程有限公司 安徽芜湖 241007）
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