隧道自钻式管棚施工方案

隧道自钻式管棚施工方案一、工程概况1.1项目背景本隧道为分离式双向四车道设计，左线全长1280m，右线全长1320m，进口段穿越Ⅴ级围岩地层，主要由中风化砂岩夹泥岩组成，岩体破碎，节理裂隙发育。地下水位较高，以基岩裂隙水为主，涌水量约50m³/h，存在浅埋、偏压及断层破碎带等不良地质条件。为确保隧道开挖安全，设计采用自钻式管棚作为超前支护措施，管棚覆盖隧道开挖轮廓线外30cm范围，形成环向支护体系。1.2管棚设计参数参数类别具体指标管棚类型Φ108mm热轧无缝钢管，壁厚6mm，采用丝扣连接（丝扣长度15cm）布设范围拱部140°范围，环向夹角3°，径向距离开挖轮廓线30cm管棚长度进口段30m/环，共布设2环，纵向搭接长度3m环向间距40cm，同一截面接头数量≤50%，相邻接头错开距离≥1m导向管Φ133mm×8mm无缝钢管，长度2m，安装误差≤1°注浆材料水泥-水玻璃双液浆（水灰比1:1，水玻璃掺量8%），初压0.4~1.0MPa，终压2.0MPa1.3地质与周边环境施工区域表层为杂填土层（平均厚度1.66m），下部依次为粉砂层（2.53m）、粉土层（1.9m）、粉质粘土层（2.8m）及粉土层（3.28m），其中粉砂层夹粉土薄层，饱和状态下易发生管涌。地下管线密集，包括雨水管（距开挖线1.383m）、给水管（1.385m）、电力管（1.82m）及国防光缆（2.91m）等，施工前需采用地质雷达精确定位并设置警示标识。二、施工准备2.1技术准备图纸会审：组织技术人员核查管棚布设参数、导向墙设计及注浆工艺，重点确认管棚定位精度（径向偏差≤20cm）、钻孔角度控制（外插角偏差≤5‰）及注浆压力参数。测量放样：采用全站仪建立独立控制网，每50m设置导线控制点，精确测设隧道中线、高程及管棚轴线，设置控制桩并做好保护。方案交底：编制专项施工方案并经专家论证，对施工人员进行技术交底，明确钻进、注浆、连接等关键工序的操作标准。2.2现场准备场地平整：对洞口仰坡按1:1.5坡率刷坡，清除浮土及危石，设置截水沟和排水沟（断面尺寸50cm×50cm），防止雨水冲刷。导向墙施工：基坑开挖：机械配合人工开挖2m×1.5m×0.8m（长×宽×深）基础，基底承载力≥200kPa，采用C25混凝土浇筑。钢筋绑扎：主筋为Φ20mm螺纹钢（间距20cm），箍筋为Φ8mm（间距15cm），安装Φ133mm导向管时采用全站仪校准轴线，确保与管棚设计轴线一致。模板与浇筑：采用1.5cm厚竹胶板模板，外侧用钢管脚手架加固，接缝处粘贴海绵条防漏浆；浇筑C25混凝土，插入式振捣器振捣密实，顶面设置排水孔，养护期≥7天。2.3设备与材料准备主要设备：钻孔设备：HTG-100型水平定向钻机1台（功率55KW，顶进力150KN），配套Φ108mm钻头及BW-250型泥浆泵2台；注浆设备：ZJB-3型注浆泵2台（压力范围0~10MPa），1m³搅拌桶2个；辅助设备：SE-1型水平导向系统（实时监测倾角及偏斜量）、BX1-500型电焊机1台、H-3移动式钻机工作台架1套。材料要求：钢管：Φ108×6mm无缝钢管，屈服强度≥345MPa，每批进场需进行力学性能及壁厚偏差检测；注浆材料：P.O42.5级水泥（细度模数≥3.0），水玻璃（模数2.4~3.0，浓度35Be'），进场时需提供出厂合格证及复试报告。三、施工工艺3.1施工流程测量放样→导向墙施工→钻机就位→钻孔（跟管钻进）→钢管安装→注浆→质量检测→下一循环施工3.2钻孔施工钻机就位：采用H型钢轨作为钻机轨道，轨道找平误差≤3mm，钻机底盘对角线找方误差±3mm，通过斜拉筋固定，确保钻进过程中设备稳定。钻进工艺：采用“有线导向水平跟管钻进法”，钻具组合为“Φ108mm楔型钻头+Φ108mm钢管+钻杆”，钻头水眼直径8~10mm，实时监测倾角及面向角（通过SE-1导向系统）。开钻时采用低转速（30~50r/min）、慢推进（5~10cm/min），待钻进5m后逐渐提高参数（转速80~100r/min，推进速度15~20cm/min）。泥浆配比：采用膨润土（掺量8%）+纯碱（0.5%）+CMC（0.1%）配制护壁泥浆，黏度控制在25~30s，确保孔壁稳定。纠偏控制：当导向系统显示偏斜超过5‰时，停止回转并调整钻头楔面方向（如向上偏斜时将楔面调至6点方向顶进），单次纠偏量≤2°，避免硬纠导致孔壁坍塌。3.3钢管安装钢管连接：采用丝扣连接，接头处加设密封胶带，拧紧后进行焊接加固（焊缝高度≥6mm，长度≥10cm），确保管身轴线偏差≤2°。安装顺序：采用“跳孔施工法”，先施工奇数孔，再施工偶数孔，避免相邻孔钻进时相互干扰。钢管顶进时采用液压顶进系统，顶进力控制在120~150KN，严禁强行顶进。清孔与检查：钢管安装完成后，采用高压风（0.6MPa）吹孔，清除孔内沉渣，检查钢管长度及位置偏差，确保满足设计要求。3.4注浆施工浆液配制：水泥浆与水玻璃按体积比1:1混合，水泥浆水灰比1:1，水玻璃浓度35Be'，现场采用比重计监测浆液密度（控制在1.4~1.5g/cm³）。注浆工艺：采用“分段注浆法”，从管棚前端开始，每5m为一段，注浆压力由0.4MPa逐渐升至1.0MPa，终压2.0MPa时持压15分钟；注浆过程中监测出浆量，当注浆量达到理论计算值的120%或压力突然上升时停止注浆，间隔30分钟后进行二次补浆。止浆措施：孔口采用速凝水泥（初凝时间≤5min）密封，钢管尾端安装闸阀，防止浆液回流。四、质量控制4.1关键质量标准钻孔质量：孔深偏差≤50cm，孔径≥115mm，倾角偏差≤5‰，孔位偏差≤10cm；钢管安装：径向偏差≤20cm，相邻钢管接头错开距离≥1m，同一截面接头数量≤50%；注浆效果：注浆后岩体渗透系数≤1×10⁻⁴cm/s，加固半径≥1.5m，取芯检测浆液结石体强度≥5MPa。4.2检测方法钻孔监测：每钻进5m采用测斜仪检测孔斜，及时调整钻进参数；注浆监测：采用压力传感器实时记录注浆压力，每10分钟测读一次流量，绘制压力-流量曲线；效果验证：注浆完成72小时后，在管棚范围内钻取芯样，检查浆液扩散情况，必要时进行声波测试，岩体波速提升≥30%为合格。4.3常见问题处理孔壁坍塌：立即停止钻进，注入速凝浆液（水泥-水玻璃配比1:0.5）封闭塌孔段，待凝24小时后重新钻进；注浆压力不足：检查注浆管路是否堵塞，若地层吸浆量大，可采用间歇注浆（间隔30分钟）或提高水玻璃掺量至10%；钢管偏斜超标：采用“二次钻进法”，在原孔位偏差方向补打校正孔，植入Φ89mm钢管进行加固。五、安全措施5.1施工安全管理人员防护：作业人员佩戴安全帽、防尘口罩、反光背心，钻机操作手需穿防振手套；高空作业（≥2m）设置安全网及临边防护栏（高度1.2m）。设备安全：钻机安装时采用膨胀螺栓固定（Φ16mm胀管螺栓，钢垫板250mm×250mm），作业前检查液压系统及导向系统，确保压力正常、信号稳定。用电安全：动力电（100KW）接至距掌子面30m内，设置三级配电箱（配备漏电保护器，动作电流≤30mA），电缆架空高度≥2.5m。5.2地质灾害防控涌水处理：掌子面下部左右两侧各打设3个水平降水孔（Φ100mm，深度15m），安装排水泵（流量50m³/h），确保作业面无积水；管线保护：地下管线两侧2m范围内采用人工开挖，设置警示标识，钻进时降低转速（≤30r/min），实时监测管线位移（允许偏差≤5mm）。应急准备：配备应急物资（速凝水泥20袋、沙袋100个、应急照明设备3套），制定塌方、涌水应急预案，每月组织1次应急演练。5.3环保措施泥浆处理：设置三级沉淀池（总容积50m³），泥浆经沉淀后循环使用，钻渣运至指定弃渣场堆放；噪音控制：钻机作业时采用隔音罩（降噪量≥20dB），夜间（22:00~6:00）禁止高噪音作业，必要时办理夜间施工许可；扬尘防治：洞口设置洗车平台，出场车辆冲洗轮胎；施工区域洒水降尘（每天4次），PM10浓度控制在0.5mg/m³以下。六、施工组织6.1人员配置岗位人数职责项目经理1人全面负责施工组织与协调技术主管1人技术方案制定、参数调整及质量验收安全员2人现场安全巡查、隐患整改监督（白夜班各1人）钻工/注浆工8人钻机操作、注浆作业及设备维护（白夜班各4人）测量/试验员3人孔位放样、孔斜监测及浆液性能检测6.2进度计划工期安排：导向墙施工7天，管棚钻进及安装每环15天（2台钻机同步作业），注浆施工5天，总工期42天；关键线路：导向墙施工→钻机就位调试→管棚钻进→注浆施工→质量检测；保障措施：备用钻机1台，注浆材料储备量满足3