谈隧道超前支护施工技术非开挖技术在隧道施工中的应用

谈隧道超前支护施施工技术--非开挖技术术在隧道施工工中的应用

来源：北京中铁隧隧建筑有限公公司

摘

要要：从隧道超超前支护的施施工工艺着手手，介绍了几几种用非开挖挖技术施作隧隧道超前支护护的方法，并并进一步说明明了其中若干干问题，为达达到质量最好好、效率最高高、经济效益益最大化的隧隧道超前支护护施工提供参参考作用。

关键词：：隧道超前支支护非开挖技术应用

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引引言

随着城市市地下空间建建设和开发的的不断加快，对对地下工程施施工技术的要要求也在不断断提高。由于于浅埋暗挖法法具有无可比比拟的优越性性，已成为城城市地下工程程施工的主要要方法之一。城城市地下工程程绝大多数位位于繁华地段段和靠近密集集建筑物或居居民区，因此此控制好施工工过程中引起起的地表下沉沉和对周边结结构物的影响响，是浅埋暗暗挖法施工成成败的关键。

经过近几几年来的不断断发展和实践践，隧道超前前支护作为一一项保证隧道道开挖安全、保保护地面建筑筑以及控制地地表沉降等的的技术越来越越受到重视，其其应用也越来来越广泛。随随着隧道超前前支护施工的的不断发展，新新工艺、新技技术也不断涌涌现，极大的的提高了地下下工程的施工工安全和施工工效率。而非非开挖技术作作为一项新兴兴的施工技术术由初期的市市政地下管线线的铺设，向向城市隧道暗暗挖施工的超超前支护技术术方向延伸，并并已显示了较较大的优越性性。

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工工艺原理

隧道超前前支护又名管管棚支护，就就是沿着隧洞洞开挖轮廓周周线，用特定定的机器把一一系列钢管顺顺着隧道轴线线方向按一定定次序打人开开挖前方的地地层内，然后后向管内注浆浆固结管子周周围的围岩，最最终形成一个个棚架支护体体系，以支撑撑来自外侧的的围岩压力，从从而保证其隧隧洞开挖、衬衬砌的连续性性和安全性。特特定的机器主主要是指用来来进行非开挖挖施工的水平平定向钻机和和夯管锤。

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施施工工艺

目前，施施作大管棚的的工艺很多，其其中非开挖技技术施作大管管棚就是其中中的一类。而而非开挖技术术施作管棚的的方法又分为为夯管锤直接接夯进法、水水平定向钻机机顶进法、水水平定向钻机机回拖法、夯夯管锤和水平平定向钻机结结合法几种。

2.1

工艺流程

利用非开开挖技术施作作大管棚的工工艺流程见图图1-图4。

2.2

施工步骤

2.2.11

施工准备

在开始施施工之前，先先对施工区域域地下管线和和地质情况进进行详细探测测，弄清地下下管线位置和和是否有障碍碍物，防止施施作时破坏地地下管线及制制定相应的措措施。如在含含卵石或有障障碍物地层中中用夯管锤施施作管棚时，在在钢管夯入头头安装切削头头，防址钢管管头变形影响响管棚精度；；根据不同地地质情况，选选择合适的钻钻头、回扩器器、合适泥浆浆配置方案以以及进行钻进进曲线设计，保保护好地下管管线的安全。图1夯管锤直接夯进法法工艺流程图图图2

水平定向钻钻机直接顶进进钢管法工艺艺流程图图3

水平钻机回回拖钢管法工工艺流程图图4

水平钻机和和夯管锤结合合法工艺流程程图

用水平定定向钻机直接接顶进法施工工时，为了加加强其顶进过过程中的导向向作用，提高高管棚的精度度，还需要用用制作管棚的的钢管自制一一个楔形钻头头，钻头前要要满焊一块加加工有射水孔孔的钢板，孔孔径大小根据据管径大小确确定，一般在在10-20mmm之间。并并且在钻头里里加工一个装装探棒腔的定定位装置，探探棒腔里装有有探棒，用来来进行导向控控制，结构如如图5所示。无线线探棒是通过过发射无线信信号传递导向向信息，而钢钢管对无线信信号有屏蔽作作用，因此要要在楔形钢管管钻头上加工工适当的缝隙隙，有利于信信号的发射，增增强其导向作作用。图5

自制的钢管管钻头结构示示意图

在用水平平定向钻机和和夯管锤相结结合法施工时时，由于要进进行扩孔操作作，为了提高高管棚精度，需需要加工一个个特殊的回扩扩头，回扩头头两端都是锥锥形，并且上上面有射水孔孔，具体形状状如图6所示。回扩扩头是通过丝丝扣接头与钻钻杆连接；在在回扩头表面面加工排泄泥泥浆的螺旋槽槽；回扩头直直径中根据管管棚的大小来来定。图6

回扩头示意意图

2.2..2

设备的安装装、就位

按照设计计要求和施工工条件，准确确把设备进行行安装、调试试和就位，使使设备的位置置、安装角度度等符合施工工要求。

用夯管锤锤施工时，牢牢固铺设钢管管导轨和安装装夯管锤基座座，在每次安安装出土器、夯夯管锤以及锥锥套时，用测测量仪器进行行检测，保证证二个部件的的中心线在同同一直线上。进进行空压机的的调试，以准准备夯击，同同时要注意导导轨地基坚固固稳定，铺设设的管线越长长，地基的稳稳定性越重要要。导轨要选选用重型槽钢钢、工字型钢钢，而且作导导轨的型钢必必须调直，对对于大直径钢钢管(φ210mmm以上)，一般采用用两根工字钢钢作导轨。工工字钢安装要要平直，并根根据钢管可能能的偏斜趋势势适当上扬或或下调一定角角度，以抵消消一部分可能能的偏斜。一一般在软地层层中钢管容易易向下偏斜。

用水平定定向钻机施工工时，在开始始安装设备前前，先校核探探棒的准确性性。根据设计计要求，用测测量工具准确确定位水平定定向钻机的位位置、方向、角角度，并且将将钻机固定好好，防止钻机机在推力和扭扭矩的作用下下出现倾斜和和移动，影响响管棚精度。同同时考虑到钢钢管自身有挠挠度、地层的的具体情况以以及钻机在操操作过程中产产生的误差，在在调整钻机时时一般先放一一个仰角，角角度的大小主主要是根据管管棚的长度、钢钢管壁厚以及及地层条件等等因素来定，一一般在1％-2％。

2.2..3

导向钻进、扩扩孔

导向孔是是回扩、回拖拖管线的基础础，导向孔的的质量将直接接影响到以后后各道工序的的施工。在钻钻进过程中，通通过导向仪随随时进行监控控，尽量保证证钻进轨迹与与设计的钻进进曲线重合。如如有偏离，应应及时纠偏，纠纠偏遵守“勤纠少纠”的原则。

为了能更更好的成孔，保保证钻进顺利利，要根据地地质情况及时时调配泥浆和和控制泥浆的的流速。泥浆浆的主要作用用是保护孔壁壁、防止钻孔孔坍塌以及携携带和悬浮钻钻肩，并排到到孔外，冷却却和冲洗钢管管，起到润滑滑作用，减小小钻机旋转及及推进阻力，保保证施工顺利利畅通。有时时为提高泥浆浆的润滑性，降低摩摩擦阻力，增增强携屑效果果，需加入增增黏剂和润滑滑剂。在钻进进过程中要根根据地层情况况和压力情况况及时调整泥泥浆稠度和钻钻机的转速，及及时记录各种种技术参数。

扩孔就是是把导向孔通通过回扩头扩扩至施作钢管管所需要的孔孔径大小，满满足钻机的工工作功率。回回扩头的直径径应满足其回回扩后的孔径径为钢管直径径的1.3倍。

2.2.44

钢管的施作作

根据选用用的施作方法法，用相应的的设备把钢管管送(水平钻机直直接推进、回回拖或者夯管管锤夯击)人土层中，形形成管棚支护护系统。

用夯管锤锤施作管棚时时，由于钢管管是非控向的的，所以第一一节钢管的夯夯进是保证管管棚精度的关关键。夯进第第一节钢管时时，必须非常常慎重，按照照管棚设计要要求，准确调调节好第一节节钢管方向、角角度，然后轻轻微开启空压压机阀门，慢慢慢夯进钢管管，保证第一一节钢管准确确夯入土层。同同时要注意所所夯钢管的长长度要与钢管管直径、壁厚厚相匹配。大大管棚施工时时，一定要采采用合适壁厚厚的钢管，使使钢管能承受受相应夯管锤锤型号的夯击击力，使管棚棚达到设计要要求。具体匹匹配见表1。表1

钢管直径、壁壁厚匹配表

用水平钻钻机直接推进进钢管法施作作时，开始推推进第一节钢钢管时，在开开孔阶段采取取低速低压，待待钢管进入一一段距离(一般是1m左右)后，压力逐逐渐升高，达达到合适值(根据现场条条件而定)，钻速升致致正常转速。在在钻进过程中中，必须在钢钢管内注压力力水(泥浆)，以冲掉钢钢管前端泥土土，润滑钢管管外表面，减减小钻进阻力力和旋转扭矩矩，使钢管能能顺利旋转前前进，因此，钢钢管不能开注注浆孔。

在钻进过过程中，通过过导向仪随时时进行监测，及及时掌握钻进进数据。如果果压力水(泥浆)未及时把钢钢管前面的土土冲掉，会使使水压和推力力突然增大，这这时把钢管来来回推动，使使水尽量把泥泥土冲掉，达达到正常的运运转范围。

开始钻进进时，在人土土处焊一个定定位三角架卡卡好钢管，防防止由于钢管管旋转带来的的偏移，保证证钢管的中心心线在开孔处处沿着设计轨轨迹前进。

2.2..5

钢管的连接接

主要有丝丝扣和电焊两两种方式连接接钢管。根据据不同的施工工方法采用不不同的连接方方式。用夯管管锤夯击钢管管时一般用满满焊，焊缝处处加绑铁的方方式连接，使使焊缝处能承承受较大的夯夯击力；用水水平钻机施作作时一般用丝丝扣连接，使使钢管接头处处能传递较大大的轴向力和和扭矩。不论论采取哪种方方式，在加装装钢管时，都都必须注意检检查钢管是否否弯曲，全部部管子中心线线是否在同一一直线上。

2.2..6

注浆

在管棚施施作完以后，需需在钢管上开开注浆孔进行行注浆，以固固结管子周围围的围岩，最最终形成一个个棚架支护体体系，使管棚棚能起到支护护作用。在用用水平钻机直直接推进钢管管法施作时，由由于钢管是当当钻杆使用，所所以不能在钢钢管上开注浆浆孔。在采用用水平钻机和和夯管锤结合合的方法施工工时，由于是是钻大孔夯小小管，所以必必须在钢管上上开孔注浆，以以减少管棚与与孔壁间的间间隙，防止产生沉降。

3

适适用范围与应应用

3.1

使用范围

由于传统统的管棚施工工方法存在铺铺管方向控制制难，一次性性支护长度短短，降低了隧隧道开挖效率率，提高了施施工成本。其其现有的管棚棚设备已无法法满足长、大大管棚的铺设设要求。而使使用非开挖技技术进行管棚棚施作，较好好地解决了这这些不足，既既能铺设长、大大管棚，又能能很好的控制制管棚的精度度。但是不同同的地质，使使用的施工方方法和施工设设备各有不同同。

使用夯管管锤施作管棚棚时，适用的的管径范围较较大，但是由由于大管棚的的管径一般都都在φ377mmm以下(少数也达到φ400mmm)，根据管径径与长度匹配配表以及地层层条件，该方方法施作管棚棚的长度一般般在30m以内。同同时，该方法法对地层的适适应性强，既既适应于含水水层，也适应应于卵石层(要求卵石粒粒径不超过钢钢管直径即可可)。但是夯管管锤声音大，不不宜在居民区区、学校等对对声音环境要要求高的地方方施工。

水平定向向钻机直接顶顶进钢管法一一般用于φ130-φ175mmm，长度小于于30m的管棚棚施工，但是是在非粘土层层和砾石层中中施工困难，一一般适用粘土土层。

水平定向向钻机回拖钢钢管法施工速速度快，对地地表干扰小，可可控制铺管方方向，施工精精度高，可以以开注浆孔等等优点，一般般适用于φ108-φ500mmm，长度小于于70m的管棚棚施工。但是是用该方法施施作管棚，对对施工场地要要求较大，必必须两边都有有施作空间，而而且导向钻进进不适用于砂砂层和砾石层层，一般适用用于黏土层。

水平定向向钻机和夯管管锤结合施工工的方法适用用于软土层，不不适用于沙层层和砾石层。在在机器丁作功功率满足施工工的情况下，一一般适用于φ108-φ210mmm、长度15-40mm的管棚施工工。但是该工工艺对操作人人员的技术要要求高，辅助助施工时间较较长，其施丁丁速度较慢，不不适用于工期期紧张的工程程。

3.2

应用实例

从上面的的施工工艺说说明可以知道道，每种工艺艺既有各自的的优点，也有有其不足之处处。施工时，要要根据管棚的的设计要求和和现场的施工工条件以及经经济效益选择择合适