隧道洞口管棚施工

工程概况

隧道工程为米仓山隧道出口，左线4350米，右线4322米。本标段工程难点是隧道独头掘进距离过长，工期压力大。隧道独头掘进距离过长，通风难度大。泥岩、页岩段遇水易产生塑性变形。

长管棚施工

隧道洞口进洞设置管棚措施，左线管棚ZK60+242~ZK60+272（30m）,右线管棚K60+216~K60+246（30m）。西北地区第四系新黄土地区隧道掘进需要管棚支护,但常规的湿式钻进方法不适合黄土地层,因为水会使黄土变得松软、塌陷。因此必须考虑新的钻进方法以保证隧道周围土体不受影响。西北新黄土主要为风成黄土，土中胶黏物质较少，在含水量较少的情况下，容易碎裂松散，并容易被风带走。这样就为空气钻进带来了方便，钻孔碎屑可以用压缩空气吹出钻孔。

8.2.2.1施工方法

根据以上地质情况，宜采用“风动钻进”施工方法进行管棚施工，即将Φ89钢管加工成每节4.5米的钻杆，利用水平导向钻机将Φ89的钻杆分节钻入。钻入时利用空气压缩机产生的高压空气将钻渣吹出孔外，利用有线导向仪器和灯光测斜保证打设精度。此方法有以下优点：

（1）采用无水作业可避免对地层造成较大扰动，保证施工安全； （2）利用有线导向仪器和灯光测斜保证打设、施工精度； （3）一次性长距离打设可避免中间搭接；

（4）管内进气管外出气可保证长距离打设而不会卡钻。

第1页共5页

8.2.2.2主要施工设备

管棚施工主要机械设备配备表

序号 1 2 3 4 5 6 名称 水平钻机 空压机 挖掘机 装载机 注浆机 电焊机 型号 HTG-100 4L-22/7 ZX200-3G ZLC50G GZJB BX1-500 数量 2台 1台 1台 1台 1台 2台 备注 功率为55KW 320m 功率为15KW 8.2.2.3施工工艺及操作要点 管棚施工工艺流程见下图。

混凝土生产 管棚加工 注浆封口 前期准备(测量放线和场地平整) 管棚施工作业平台或操作间 钢筋加工 套 拱 钻机就位、钻孔 下管 综合检查 合格 不合格 补孔、下管 注浆封口 长管棚施工工艺流程图 (1) 准备工作

①为防止30米长管棚偏离轮廓线以外较远以及侵入开挖轮廓净空，必须设置导向管以控制成孔方向，导向管长度2.0m，采用￠127mm无缝钢管（壁厚4mm）加工，经精确计算测量后焊接在导向钢拱架上。

导向管计算其角度时根据起始孔与终孔在同一平面上的投影（由于考虑到钻孔时钻具下沉及为防止侵入下一管棚工作室开挖净空，本管棚施

第2页共5页

工时抬高高度为1.2m）计算出每一根管棚相对应的ΔX、ΔY，如下图所示。α外插=ΔX/L β仰=ΔY /L(α外插为相应的外插角、β仰为相应的仰角、L为管棚长度)，然后考虑到线路曲线、线路坡度及竖曲线的影响调整外插角及仰角。

②管棚导管采用热扎无缝钢管，外径为89mm，壁厚6mm，分段安装，分段长度为4～6m。仰角1度左右（不包括路线纵坡），方向与路线中线平行，拱部环向间距40cm，共布设35根，每根长度30米。钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm，并且在钢管上加工Φ1cm大小、间距40×40cm梅花型布置的孔，以利于注浆。

下管时注意相邻管棚搭结接头相互错开，防止管棚在一个断面产生剪切破坏。 管棚工作室开挖断面管棚终孔位置管棚开孔位置区间标准断面管棚仰角及外插角计算图(2)施作套拱 按设计施做C25混凝土套拱，预埋导向管，套拱内设置4榀格栅钢架，并与导向管焊接牢固，混凝土浇注按规范进行，预埋管孔口预留一定的上抬量。工字钢架参照V级围岩钢架进行加工。钢架脚焊接30×30×1cm钢板，钢架间设置Φ22纵向连接筋，环向间距1.0m。其中布38个Φ147×4mm孔口管（中隔墙上部增加两根管棚），孔口管与钢架焊接为整体。Φ16固定钢筋与孔口管、钢拱采用双面焊接，焊缝长度不小于5d。

(3)搭设平台、安装钻机、测定孔位

①钻机平台采用脚手架搭建，平台满铺木板。根据管棚孔的位置，分层加高钻机平台。钻机平台搭设好以后进行钻孔,钻孔顺序由高孔位

第3页共5页

向低孔位进行, 可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位、定向。

② 安装钻机。进钻前，以坐标法在掌子面标定管棚孔位。钻机平台要稳固，钻机要安装牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、移动而影响钻孔质量。

③钻机定位。钻孔方位要求根据线路中线与管棚工作室的位置确定，必须精确核定钻机位置。架立钻机时用经纬仪、罗盘、挂线相结合的方法，确保钻机轴线与管棚设计轴线相吻合。

(4)管棚孔钻进

①管棚孔开孔：开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联接是否紧密，用翼片式螺旋钻进法钻进。

②管棚孔钻进

a.为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键。钻进前1～3m时，要反复校核钻杆方向，调整钻机位置，并用罗盘及挂线检测偏斜无问题后方可继续钻进。

b.管棚管下入孔内前要先配管，保证管棚管的同心度。

c.加接钻杆和钢套管：当跟管钻进至钢套末端导向墙孔口约30cm时停钻，然后钻机反转收偏退钻、卸杆，动力头后退至末端加接钻杆或钢套 管，此时应先拧紧钻杆，然后再拧紧联接套管。

(5) 注浆： 注浆参数的选择：

水泥浆水灰比： 1：1

水玻璃浓度为35波美度；水玻璃模数为2.4 水泥浆：水玻璃（体积比）：1：1 注浆扩散半径：0.3～0.4m 注浆速度：30～50L／min 凝结时间：30～5′

注浆压力：0.5～1.0MPa；终压2.0 MPa 平均单孔注浆量：

第4页共5页

Q=3.14×R2×L×v×η×n

=3.14×0.32×32×0.5×1.25×0.6 =3.391(m3)

式中：Q:单孔注浆量（m3） L:注浆段长（m），取40m R:浆液扩散半径（m）取0.3m v:注浆段土层孔隙率，取0.5m η:浆液损失率，取1.25 n：浆液有效填充率，取0.6 ①利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备由出气20塑料管排气管阀门进浆管套管管与进浆管，由阀门来控制开关，如图所示。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。 ②关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。

③注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10分钟，才结束注浆。

(6) 注浆结束标准及效果检查

①单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80％，或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。

②全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象。 ③注浆效果检查：采用分析法，注(压)水试验，开挖取样等方法进行。

④达不到结束标准，应补充重新注浆直到满足要求为止。

第5页共5页