[论文]导向跟管在黄土隧道施工中的应用

1、导向跟管在黄土隧道施工中的应用 刘 伟（中铁三局郑西客运专线函谷关项目经理部八队，河南灵宝 472500）摘 要：郑西铁路客运专线函谷关隧道全长7851m，是国内最长的大断面湿陷性黄土隧道，隧道进口下穿连霍高速公路。根据本隧道的具体情况，决定选用“一次性导向跟管钻进法”施工大管棚，对前方围岩进行预加固，即成孔和打设支护管一次完成。本文结合80 长大管棚工程的施工实例，阐述了下穿高速公路超前大管棚的施工,介绍了“一次性导向跟管钻进法”施工工艺和关键技术。总结了超前预支护技术在下穿高速公路时的作用。关键词：客运专线；浅埋黄土隧道；管棚施工；跟管钻进法 1 工程简介函谷关隧道起讫里程DK270+42

2、9DK278+280，隧道全长7851m。是国内最长的黄土隧道。隧道主要穿过砂质新黄土，结构疏松，具有中等严重自重湿陷性。函谷关隧道进口于DK270+600DK270+750段下穿连霍高速公路，该段轨面以上埋深50m，公路路面距隧顶约40m，高速公路与线路交角为35，高速公路为填方路堤，路堤高10米。横洞于DK271+189DK271+420段下穿连霍高速公路，该段轨面以上埋深63m，收费站及滑底村地表距隧顶约50m，高速公路收费站以及高速公路匝道与线路交角为35。2 方案的提出及确定根据本隧道的特点及以往的施工经验,决定采用一次性导向跟管钻进法施工89大管棚对隧道前方土体进行预加固。（1）超

3、前支护采用89大管棚，管棚长度每根80m，环向间距0.4m，搭接10m，洞内施工不设工作室。（2）严格CRD施工，顺序调整为先开挖上部两洞室，再开挖中部两洞室。临时支护进行加强，原设计临时横撑及竖撑工18钢架改为工25a钢架，同时临时横撑和竖撑均采用喷砼25cm进行封闭，横撑与竖撑及初期支护连接处上下加设局部牛腿斜撑，并保证喷砼圆顺连接。（3）该段施工预留变形量按20cm预留，但实际施工中的沉降量应严格控制在5cm以内，其余富余部分打二次衬砌时一起灌注。（4）每部开挖后均采用喷砼封闭掌子面，喷砼厚度8cm。锁脚锚管拱脚及墙脚每处4根。其中对上部两洞室掌子面采用5m长纤维锚杆加固，纤维锚杆随开挖

4、切除。（5）开挖过程中遇到粉细砂地层应进行注水玻璃加稀硫酸加固，严防塌方。（6）该段施工前应安排专人对地表进行布网监测（可参照阌乡隧道），加强洞内和地表监测人员的联系，严防沉降过大。通过施工中严格控制初期支护的收敛变形量，来控制地表下沉。（7）设计要求：A、CRD法上部开挖过程中临时仰拱须紧跟掌子面；B、初期支护仰拱封闭距1洞室距离严格控制在25m以内；C、二次衬砌应尽快施作，要求二次衬砌距1洞室掌子面距离不超过50m。施工前应先准备好衬砌台车。D、隧道施工过程中应加强洞内初期支护沉降及收敛变形量测，根据量测情况，必要时采取进一步加强措施。（8）优点：减少了管棚施工的循环次数，避免了由于开挖管

5、棚工作室而造成较大的围岩变形和地表下沉。施工设计.1注浆机理由于砂质黄土结构松散破碎，本工程采用参透注浆及压密注浆。其作用是加固围岩，增强围岩的自身强度、自稳能力、提高围岩的密实性。3.2施工参数选择3.2 1 大管棚设计 管棚采用89mm热轧无缝钢管钢管周身梅花型钻出浆孔，前端做成锥体以便安装。管长按设计要求制作，管尾焊接法兰盘与注浆管尾端联接。大管棚采用89mm ,壁厚为6mm的热轧无缝钢管分节制成，丝扣联接。长度为80m,下穿高速公路范围内共2环大管棚,搭接长度为10米，布置在135范围内。钢管环向间距对防止上方土体塌落及松弛有很大影响，根据本隧道的埋深及地层情况，管棚环向间距为40 c

6、m, 钢管周身梅花型钻出浆孔，前端做成锥体以便安装。管长按设计要求制作，管尾焊接法兰盘与注浆管尾端联接。3.2 2注浆参数设计 (1)注浆材料及配合比:注浆浆液采用水泥一水玻璃双液浆,水泥采用32.5普通硅酸盐水泥,水玻璃采用II型水玻璃,体积质量为1.25g/cm3,水玻璃浓度为35Be,水泥浆液水灰比为0.6:11:1水泥与水玻璃体积比为1:0.5; (2)注浆压力:0.51.0MPa;(3)浆液扩散半径:R=0.7*0.4=0.28m,取0.3m;(4)单根钢管注浆量:Q=*r2L+R2*L*（公式3-1）式中:R-为钢管半径,0.089/2=0.0445m;L为钢管长度,考虑与钻机连接

7、,取80m，R为浆液扩散半径,取0.3m;为地层孔隙率,堆积体经测试为45.7%;为浆液有效充填率,取0.9;为浆液损耗系数,取1.15.经计算,单根钢管注浆量:Q=11.19m3.4方案实施4.1 CRD工序转换在隧道下穿公路开挖支护之前，隧道仰拱施工距离1部开挖支护面小于25m；隧道衬砌紧跟开挖面，1部距离开挖支护面小于40m。4.2管棚施工4.2 .1施工工艺根据本隧道的具体情况，决定选用孔口设密封装置 “一次性导向跟管钻进法”施工大管棚，即成孔和打设支护管一次完成。一次性导向跟管钻进法主要程序如下： A、预埋102 mm的孔口管，安装密封装置，封闭掌子面，并用纤维锚杆进行加固。B、用8

8、9 mm6 mm管做钻具，前端装有导向探头（含回取装置）、固定单向阀的导向专用钻头，采用泥浆护壁，利用有线导向仪监控（方位、角度发生变化时，随时进行修正），随钻进，随调整，将支护管依次打入，同时将支护管接口焊接严密，直至达到设计长度。 C、管棚施工参数 管棚材料：89mm ，厚度6mm热轧无缝钢管。 环向间距：400mm。 管棚长度：分两次完成第一次80m，第二次80m,搭接长度10m。 管棚数量：46根。 管棚连接：钢管采用丝扣连接，每段长度6m。 施工方法：导向跟管钻进法一次打设。 施工精度：100m35cm（100m长度偏差不超过35cm）。4.2.2测定孔位及钻孔(1)孔位测定. 钻孔

9、前用全站仪定出管棚位置轮廓线,按孔间距定出孔位,并能满足设计要求;钻孔面必须按要求先喷一层混凝土进行封闭,并确保钻孔面不出现坍塌.图4-1管棚机在CRD法1部洞室的工作状态 (2)钻孔.钻孔前先检查钻机各部位运转是否正常,对非正常不位进行更换,检查水压能否达到施工要求;钻孔选用比管棚直径大2030mm合金钻头，在钢管一端管口焊接。钻机采用管棚钻机，隔孔施钻。开孔时，低速低压，待成孔1.0m后，适当加压，在土质层中钻孔采用低压钻进。钻进采用一次成孔法，用异型接头把钻杆与钢管连接起来，钢管前端安装有线导向仪，钢管随进度连续接长，直到设计位置。 图4-2 图4-3导向仪显示屏 楔形钢板导向钻头4.2

10、 3管棚注浆.注浆材料：注浆材料根据设计要求采用1:1水泥砂浆，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。 注浆采用后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备有出气管与进浆管，由阀门来控制开关。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。 管棚注浆施工工艺框图隧道开挖钻进结束下一根管棚钻进开挖周边放样布孔管棚钻机就位继续钻进安装至设计长度一节管棚体安装结束钻进管棚体安装注浆安装注浆管路接长管棚框图4-1管棚注浆施工工艺框图关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆压力。 注浆时，采取低压力、

11、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注浆不少于20min，结束注浆后将管口封堵，以防浆液倒流管外。注浆结束标准及效果检查a、注浆管预埋后，应做好记录，画出草图并编号。b、注浆过程中，逐管填写注浆记录，表明注浆压力、注浆量、注浆时间、异常情况及处理过程。c、每3m注浆总量不应小于设计注浆量的80，单孔注浆量不能小于设计注浆量的60。超过偏差时应补管注浆。大管棚施工简图图4-4大管棚施工简图5 开挖支护大管棚施工从2006年9月28日开始,3月31日结束,共施工大管棚2环共92根. 该段洞身开挖采用CRD法。严格控制各部开挖距离：部距部3m；部距部4 m。部距

12、部3 m。部部距部4m。临时横撑及竖撑采用25a钢架，同时临时横撑和竖撑均采用喷射混凝土进行封闭，厚25cm，横撑与竖撑及初期支护连接处上下加设局部牛腿斜撑，并保证喷射混凝土圆顺连接。每部开挖后均采用喷射混凝土封闭掌子面，喷砼厚度8cm。锁脚锚管拱脚及墙脚每处4根。其中对上部两洞室（部、部）掌子面采用5m长纤维锚杆加固，间距1.5m1.5m,搭接长度1m。部、部开挖严格控制施工里程，确保管棚搭接长度为10m。严格按照CRD工法施工，开挖过程中临时仰拱必须紧跟掌子面。初期支护全环采用25a钢架，纵向间距0.5m。喷射混凝土厚度35cm。初期支护仰拱封闭成环距部掌子面距离严格控制在25m以内。二衬

13、仰拱要尽快施做，要求二衬仰拱距部掌子面距离不得大于25m。6、效果评价 为了保证施工安全以及检查大管棚的实施效果,本隧道监控量测实施及研究课题由西南交通大学负责组织,对下穿高速公路段做了净空收敛量测,围岩压力监测,喷射混凝土应力监测,钢架应力监测,锚杆受力监测,地表位移量共6个项目.从量测情况来看，大管棚预注浆超前支护对防止围岩恶化,控制隧道变形作用是显著的.7、总结及体会利用大管棚作为客运专线黄土隧道下穿高速公路段的超前支护,其成功之处在于:通过注浆将松散的土体团结起来,利用大管棚支护围岩,注浆体与管棚连成一个整体而受力,在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体,有效的阻止了松散体出现坍塌.超前预之护技术在函谷关隧道进口的得到了成功应用,特别是监控量测工作的开展,通过对隧道结构定性定量的分析,起到预测和反馈的作用,为施工提供了重要的安全信息，为横洞下穿高速公路收费站和其它隧道的下穿公路施工提供了非常有价值的数据和成功的施工经验。参考文献：赵勇.高速铁路隧道.M.北京.中国铁道出版社