管棚法施工技术

大 管 棚 法 施 工 技 术中铁十三局二处技术科 丛树宇 刘树山 徐怀玉 【摘 要】大管棚法是近些年新发展应用的隧道暗挖掘进技术，它解决了在交通繁忙的公路、铁路或已建成的建筑物下修建横贯隧道时地面荷载过大、又不能采用明挖方法的难题，本文详细讲述了吉罗公路工程古丈1#隧道出口段大管棚的施工方法及所取得的效果。 【关键词】公路隧道 大管棚 一、前言管棚法又称伞拱法，是一种隧道掘进超前支护技术。最早应用法国里昂18c工段，70年代初期得到完善，现已在欧美多个国家得到应用。我国南岭铁路隧道成功地用大管棚通过石灰溶岩发育地段，与其它特殊施工技术相比，它具有造价低、效益高、注浆所用浆液来源广、无污染等特点，因此，在近年的公路隧道和地铁工程中得到了广泛的应用。而公路隧道的大管棚不同于地下工程的大管棚，它一般在洞口浅埋段施做，施工场地较大，工作面可以放开些，施做的方法也与地下工程的大管棚有所不同，本文将详细讲述公路隧道大管棚施工的施工方法。 二、工程概况 吉罗公路工程位于湖南省湘西苗族土家族自治州境内，是联系怀化、吉首和张家界的重要干道，本期工程全长61km，共有17个标段18家单位施工，古丈1#隧道是其中四条隧道中的一条，在我处修建的C3标段内。古丈1#隧道全长330延米，桩号为K43+900K46+900，其中类围岩地段(型复合式衬砌)82米，类围岩地段(型复合式衬砌)50米，段围岩地段(型复合式衬砌)185米，明洞开挖衬砌地段13米。出口桩号K44+765K44+815段(类围岩地段)围岩相当差，为残坡性碎石土段，覆盖层最大厚度为35米，含水丰富。三、大管棚施工大管棚施工主要包括施工前准备、钻孔机械就位、钻孔及扫孔、顶管、注浆和封管。如图1。 1、施工准备工作 施工准备工作包括浆液的配制、钢管加工、工作平台开挖、测量放样和套拱浇筑。 1.1浆液的配制 浆液的配制主要分为水玻璃浆液、水泥浆液和双液注浆(水泥水玻璃)浆液的配制。 1.1.1水玻璃浆液的配制 水玻璃浆液是以波美度(Be)表示的，在水玻璃出厂时的浓度一般在5056Be之间，我们在施工时所购买的水玻璃浓度为54Be，而在实际施工时所用的浆液浓度为35Be。对此，我们对水玻璃溶液进行了配制，根据密度与浓度之间的关系公式Be=145-145/、溶液中质量、体积与密度之间的关系公式m=.v以及配制前后溶液的总体积不变、总质量不变的原则进行配制。 配制前浓度为54Be的水玻璃溶液的密度为： 原=145/(145-Be)=145/(145-54)=1.539 配制后浓度为35Be的水玻璃溶液的密度为： 配=145/(145-Be)=145/(145-35)=1.318 水的密度为1 根据公式V原+V水=V配 V原原+V水水=V配配 假设配制1m3 35Be的水玻璃溶液用水体积为 V水=0.536 需要54Be的水玻璃溶液体积为V原=1-0.536=0.464 因此在施工时，可以按水与原54Be的水玻璃溶液比例0.536：0.464配制。 1.1.2水泥浆液的配制 水泥浆液的配制同其它工程的水泥浆液配制相同，有一点不同的就是在配制水泥浆前，先放入规定的水量，然后再搅拌中加入磷酸二氢钠和水泥，以使水泥浆搅拌均匀。 经在现场试验，水泥浆液的搅拌时间不应小于5min，放置时间不能超过30min，现场放置时间t和搅拌时间的影响见下表1和表2。 放 置 时 间 对 缓 凝 效 果 的 影 响 表1水玻璃浓度水泥浓度水泥浆与水玻璃体积比浆液放置时间凝胶时间Be水灰比(min)351:11:11510min21s351:11:1308min43s351:11:1606min28s351:11:1905min01s 搅 拌 时 间 对 缓 凝 效 果 的 影 响 表2水玻璃浓度水泥浆浓度磷酸二氢钠凝 胶 时 间Be水灰比%搅拌30s搅拌5min351:100min48s0min50s351:125min28s7min21s351:12.257min15s10min59s351:12.508min46s16min19s351:101min21s1min38s351:123min23s4min13s351:12.256min54s10min43s351:12.5011min57s25min05s 1.2钢管有加工 钢管的加工分为无孔钢管的加工和有孔钢花管的加工。无孔钢管的加工主要是进行钢管的丝扣加工，即在每根钢管的两端(头端除外)均加工15cm长的丝扣。钢花管除加工丝扣外，还加工泄浆孔，在钢管上每隔20cm加工一对穿过管的中心线的孔，并且相邻两对孔线成垂直状态，尾端(与注浆泵相连的一端)有4.0米不加工泄浆孔，如图2。每根钢管的长度分别为4米和6米，为使同一垂直面上的接头不超过总管数的50%，4米和6米管要错开布置。 1.3工作平台的开挖 在大管棚的外侧是明洞工程，管棚施工前需将部分土体挖出，形成一个可以做为地质钻进机工作平台平整场地，在挖掘时，要将两个套拱的基础挖出，以利于下一步浆砌片石套拱座和混凝土套拱的施工。同时，在开挖中要注意出洞点所在平面，尽量使出洞所在竖直面与隧道的垂直，以保证孔口位置在同一个平面上。 1.4测量放样、定位钻孔 准确地定出隧道的轴线、出洞点位置是管棚施工的关键，因为通过它才能准确定出大管棚的孔位和方向。施工中，我们采用全站仪对出洞点和各个孔位进行精确的测量放样，并打入1.0米长的木桩做为标记。 1.5钢架混凝土套拱施工为了防止钢管的位置偏斜，在出洞点外侧浇筑2.0一个米宽的钢架混凝土套拱，拱的厚度为1.0米，其中心高度在明洞衬砌外轮廓线1.0米处。在起拱线以下15采用号浆砌片石砌筑套拱座，再在其上浇筑25号混凝土套拱。浇筑时，要从下向上对称浇筑，在各个孔位处安放1024mm的孔口管，要保证孔口管的轴线与隧道的轴线平行，其中心在所标记的点上，严禁放偏。2、钻机就位混凝土套拱施工结束后，即进行钻机就位工作。对大管棚外侧距大管棚4米以外的地方进行整平，平台的高度在起拱线以上，并进行人工夯实，再在平台上搭上木垛，木垛的高度以使钻机的大臂高度与所要钻的管孔高度一致为宜。钻机放至木垛上后，用其四根斜撑固定在平台上，以减小钻机工作时偏斜，提高施钻精度。3、钻孔将钻机的钻头伸进孔口管内，开始施钻。刚开始施钻时钻速要低，钻深20cm后转入正常转速。第三根钻杆外露0.2-0.3米时(第一根和第二根已在孔口管内)，停止钻进，用两根管钳人工卡紧钻杆(注意不得卡丝扣)，钻机低速反钻，脱开钻杆，大臂退回原位，人工装入第四根钻杆，并在钻杆前端安装好联接套，钻机低速送至第三钻杆尾部，方向对准后联成一体。按此安装第五根、第六根或更多钻杆，直到钻进到设计长度。换杆时要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通，不合格的及时更换，以保证正常作业。为了防止围岩遇水泥化，用水泥浆代替水。4、顶管引导钻孔好后，将钻头退出，钻杆全部卸下，将预先加工好的钢管安装在大臂上，低速推进钢管，其冲击压力控制在18-20Mpa，推进压力控制在4.0-6.0MPa。第一个引导孔需要推进的是钢花管，先注浆，用第二根钢管(无孔)钻进时，查看第一根管的注浆情况。当第一根管推进孔内外露30-40cm时，停止钻进，使顶进的联接套与钢管脱离，大臂退回原位，人工装上第二节钢管，大臂低速钻进，使其对准第一节钢管端部(严格控制角度)，人工持钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。钻机再以冲击压力和推进压力顶进钢管。按同样的方法继续加长钢管至设计长度。5、扫孔、注浆用小钻头第二次钻进，将管内的残渣清除。将注浆管与钢管联接牢固，开始注浆。先用施工前已试验好的稀浆液注入，根据现场的情况增加浆液浓度。6、管棚补强按设计将管棚打入并注浆后，用钻头掏尽钢管内的残碴，在钢管内注入水泥砂浆，以增加钢管的刚度和强度。四、施工效果大管棚施工结束后，对管棚段的暗洞进行了开挖，发现拱顶上的围岩已固结为一体，拱顶呈屋脊形，开挖后顶部的危石已不复存在，原来洞内明显的涌淋水已基本没有，施工的安全性提高了，同时，相对其他特殊施工方法，施工