超浅埋暗挖隧道复杂地质下长大管棚施工技术--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

超浅埋暗挖隧道复杂地质下长大管棚施工技术

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：秦晓升文涛李攀丁兴赵敏

[导读] 摘要：由于管棚的支护刚度较大、提高隧道开挖面周边土层稳定性效果明显，使得它在隧道施工中发挥着越来越重要的作用。

        中国建筑第四工程局有限公司龙城广场市政项目部广东深圳 518000
        摘要：由于管棚的支护刚度较大、提高隧道开挖面周边土层稳定性效果明显，使得它在隧道施工中发挥着越来越重要的作用。本文结合工程地质特点和施工现场实际情况，介绍了在不同地质情况下，通过变换管棚施工工艺、改进管棚钻头、优化注浆工艺的方法提高施工质量及功效，并在实际工程应用中获得了良好的效益，提供一定的借鉴意义。
        关键词：超浅埋暗挖；复杂地质；管棚钻进；引孔顶入；楔型钻头；金刚石复合钻头；后退式注浆+前进式补注。
        1、工程概况
        下穿龙岗大道匝道工程为龙城广场周边交通配套工程的一部分，隧道分为明挖与暗挖段，暗挖段总长约152.9米。主要内容包括竖井施工、暗挖段超前支护、开挖、初期支护、防水施工及二衬结构施工。长大管棚施工技术主要应用于隧道暗挖段超前支护施工，暗挖段具有以下特点：
        ①隧道处于富水砂层地质条件；
        ②最小覆土段深度不足两米，为超浅埋暗挖隧道；
        ③两条暗挖段隧道均需下穿城市大动脉（地铁高架+城市主干道），其中侧穿地铁高架桥墩桩基，最小净距5.9米，龙岗大道为双向10车道，交通流量大；
        ④下穿市政主管道，包括燃气、通信等管线。
        2、技术简述
        管棚是暗挖施工中一种支护方式，用以加固和支护围岩，以确保暗挖施工正常运行。它是在隧道开挖之前沿开挖断面外轮廓，与隧道走向平行钻孔并打入管棚钢花管，再从钢管内压注水泥浆来增加钢管外土层的整体稳定性。管棚支护是为了保证隧道开挖面四周地层稳定和能够承担一定上部荷载两侧土压力而采取的超前于开挖掌子面的一种辅助措施，可以有效抑制土体松动、垮塌。管棚施工区域地质复杂，包含回填大块碎石、粉质黏土、砂土层、坚硬岩石等。针对不同地层，采取不同施工工艺和钻头形式进行施工。
        管棚注浆采用后退式注浆+前进式补注+篮球封堵相结合的方式完成，保证管棚内浆液充盈。
        3、技术要点
        3.1 施作导向墙
        施作导向墙目的在于保证钻孔方向准确。导向墙为型钢混凝土结构，导向管口应与钢架焊接为整体。施工主要包括测量放样、水钻引孔、立型钢钢架、导向管安装、复测、钢筋焊接固定、混凝土浇筑等工艺。
        3.2.管棚打设施工
        管棚钻孔打设在导向墙混凝土强度达到100%后进行。采用HG水平钻机，钻机就位时，搭设平台所用的各种杆件连接牢固，保证钻机稳定。
        3.2.1管棚钻进
        管棚钻进采用单动双管回转钻进工艺，至少间隔一个孔位钻孔。不同地质下外管钻头：①遇粉质黏土层及砂土层时，外管采用φ180管棚，在首节管棚端头焊接刀片型钢条，形成楔型管棚钻头；.②遇回填土（含大块孤石和混凝土块）时，外管采用φ180管棚，在首节管棚端头焊接双层金刚石复合钻头，形成皇冠型管棚钻头。内管由φ108mm热轧无缝钢管钻杆和φ120mm金刚石钻头组合。丝扣处需连接紧密，防止因扭矩过大而导致管脱落，影响后续施工。钻进过程碴土通过内管泵水冲洗从内外管空隙排出。

        图1 楔型管棚钻头立体图图2 皇冠型钻头立体图--线性标注图
        采用管棚钻进成孔打管同时完成，可节省一道工序，加快施工速度，同时，可避免发生钻孔坍塌的情况，降低了管棚施工的风险性。楔形管棚钻头廉价、易于现场制作，减少了成本费用和人工费用。
        管棚精度控制技术：超长管棚施工时，因人为因素或机械因素，打设过程中角度可能会产生偏差，从而影响后续施工。现场施工时，使用导向仪，观察导向仪数据，实时调整管棚角度确保其精度。钻头内装有特制传感器，传感器由信号线连接显示屏。显示屏显示钻头的倾角和面向角（导向板的方向），如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。所以导向钻头是上下纠偏的关键。
        3.2.2引孔顶入
        （1）引孔
        引孔顶入施工方法用于存在坚硬岩石区域，施工钻具为φ180mm热轧无缝钢管钻杆和φ200mm普通金刚石钻头组合。钻机开钻时应低速运转，待成孔10m后根据地质情况逐渐调整钻速，钻进过程应经常测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，如发生卡钻现象则及时退钻，向孔内注浆凝固后开钻。
        （2）顶入管棚
        钻孔成型后立即顶入管棚，防止孔壁变形或孔内塌方。顶管作业由钻机进行，控制角度后缓慢顶管。首节管棚端部同样焊接刀型钢片防止管棚顶弯或劈裂。首节管棚长度为2m、1m交替放置，以错开接口。
        3.3 放置钢筋笼、注浆管
        钢筋笼在加工场分节加工。后退式注浆管安置于钢筋笼中间，与钢筋笼同时置于管棚内，并每隔5米固定注浆管位置。
        3.4 管棚注浆施工
        3.4.1注浆参数比选分析
        （1）灌注浆液：水泥水玻璃浆液。
        （2）水灰比、注浆压力等参数在注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。
        （3）管棚注浆数值模拟：实验室通过数值模拟，对不同配合比下管棚加固效果进行开挖建模分析整理，将理论数据运用于现场，采集现场试验参数（终凝时间，扩散半径等），确定参数的可行性，采用最经济最有效的参数制作浆液，保证了管棚的支护功能和土体加固。
        3.4.2注浆质量控制
        为防止串浆、漏浆情况发生，管口安设止浆塞，预留两个注浆孔，管口使用水泥砂浆封堵密实，防止跑浆。并使用篮球（或其它适用气囊）封堵相邻未施工导向孔。管口水泥砂浆凝结硬化后开始注浆。
        开始注浆时两个注浆孔阀门均打开，水平向孔连接预设pvc注浆管，为后退式注浆孔，即先对远离导向墙的管棚尾部注浆，在压力作用下使得浆液由里向外扩散，当排气孔（前进式注浆孔）溢浆后关闭该孔阀门，连接注浆管，进行前进式由外向里注浆，两个注浆孔同时注浆，直到注浆压力稳定十分钟后方可停止。
        3.5 二次注浆
        当首次注浆量不能达到设计要求，则对该管进行二次补注。竖向孔为进浆孔，采用前进式注浆，注浆量达到设计要求后停止注浆。补注在第一次注浆浆液充分收缩后进行。
        3.6 效用检测
        检测方法：使用雷达扫描，检测注浆液密实性，是否有孔洞。
        雷达扫描检测结果：经排除地表和管线及地下管沟的异常反射信号，未见空洞、地质松散体等其他异常反射信号，整体加固效果较好。
        4、结语
        在城市中心进行土层性质较差隧道施工建设，既要避开地下管线和既有建（构）筑物，又要保证地下施工安全是极其困难的。这种情况下在隧道开挖前需进行超前支护，从而保证开挖后洞内安全。本施工技术根据不同地质情况分别使用管棚跟管钻进、引孔顶入两种施工工艺保证了生产质量和效率的同时降低成本费用，采用前进式注浆与后退式注浆结合的工艺和浆液防漏措施，达到了良好的注浆效果，且具有操作简便、绿色环保等优点。注浆使用篮球封堵相邻未施工导向管也解决了后期该导向管施工时开孔难、耽误工期等难题。
        通过对超浅埋暗挖隧道复杂地质下长大管棚施工技术研究并在实际工程中应用，取得良好的效益同时也积累了一定的经验，期待能为以后的类似工程提供一定的借鉴作用。
        参考文献：
        [1]《建筑施工手册》第五版[M]北京；中国建筑工业出版社，2013
        [2]《铁路隧道工程施工质量验收标准》 TB10417-2018
        [3]《建筑机械使用安全技术规程》 JGJ33-2012
        [4]《钢筋焊接及验收规程》 JGJ18-2012
        [5]深圳万科龙城广场市政工程勘察报告，2017