管棚连接施工方案设计

管棚连接施工专项方案一、工程概况1.1项目背景本项目为城市地铁隧道工程，采用管棚超前支护穿越富水砂卵石地层。隧道开挖断面为马蹄形，跨度12.6m，高度9.8m，管棚设计范围为拱部120°，共布设42根Φ108mm×6mm热轧无缝钢管，单根长度24m，环向间距40cm，外插角1°~3°。管棚穿越地层主要为素填土（厚1.2m）、粉质黏土（厚3.5m）、中密砂卵石层（厚6.8m）及强风化泥岩（厚5.2m），地下水位埋深2.8m，对混凝土结构具弱腐蚀性。1.2管棚设计参数参数类别具体指标钢管规格Φ108mm×6mm热轧无缝钢管，材质Q235B连接方式丝扣连接，接头管采用Φ114mm×6mm无缝钢管加工管身构造注浆孔Φ12mm，梅花形布置，孔间距15cm，尾部110cm止浆段钢筋笼配置4根Φ22主筋+Φ10固定环（间距1.5m），主筋采用机械连接允许偏差同一截面接头率≤50%，相邻接头错开≥1m，孔位偏差≤50mm二、施工准备2.1技术准备组织技术人员进行图纸会审，重点复核管棚布置角度、搭接长度等关键参数。编制专项施工方案并通过专家论证，对作业人员进行三级技术交底，内容包括：丝扣加工精度控制标准（螺纹牙型完整度≥95%，丝扣长度±2mm）管棚安装轴线偏差调整方法注浆压力与地层适应性参数匹配测量放样采用全站仪按二级导线精度建立控制网，布设6个强制对中观测墩，每50m设置1个管棚定位基准点，定期进行复核。2.2材料准备钢管加工：每节钢管长度4~6m，两端加工60mm长丝扣，丝扣锥度1:16，表面粗糙度Ra12.5μm接头管采用Φ114mm×6mm无缝钢管，内丝扣长度120mm，每100根进行1次扭矩试验（≥300N·m）管身注浆孔采用数控钻床加工，孔径误差±0.5mm，孔位偏差≤5mm辅助材料：注浆材料：P.O42.5级水泥，水灰比0.8:1~1:1，掺加0.5%高效减水剂密封材料：聚四氟乙烯生料带（宽20mm，厚0.1mm）、黄油（耐温≥150℃）钢筋笼：主筋采用直螺纹连接，接头等级Ⅰ级，固定环与主筋满焊（焊缝长度≥10d）2.3设备准备设备名称型号规格数量主要参数全液压钻机XY-442台最大扭矩4000N·m，钻进深度100m管棚连接机GJ-1001台额定转速30r/min，最大扭矩1500N·m注浆泵ZJB-32台工作压力0~10MPa，排量3m³/h地质雷达RD15001台探测深度5m，分辨率1cm测斜仪XJ-31台测量精度±0.1°，采样频率1Hz三、主要施工工艺3.1导向墙施工基坑开挖：采用机械配合人工开挖，尺寸6m×2m×1.5m，基底铺设30cm厚C20混凝土垫层，设置Φ500mm水泥土挤密桩（长12m，间距1.2m）处理湿陷性黄土。钢拱架安装：2榀I20a工字钢拱架，分3节制作，节间采用Φ26螺栓连接（扭矩350N·m）拱脚设置6根[25a槽钢支垫（长1m），采用Φ22锁脚锚杆（长3m，间距1m）固定安装Φ127mm导向管，采用全站仪按设计角度定位，误差≤0.5°，与拱架点焊固定混凝土浇筑：C25混凝土分层浇筑（每层30cm），插入式振捣器振捣密实，养护期≥7d，强度达设计70%后方可进行管棚施工。3.2管棚连接施工3.2.1钢管加工流程下料切割：采用数控等离子切割，切口垂直度偏差≤0.5mm/m，管端200mm范围内进行平头处理丝扣加工：套丝机加工，每端丝扣长度60mm，加工后采用通止规检验，合格率≥98%注浆孔钻设：数控钻床按梅花形布置，孔位偏差≤5mm，孔口倒圆角（R=2mm）防止注浆时磨损浆液管3.2.2钻孔与清孔采用"间隔跳打法"施工，先施工单号孔，后施工双号孔，开孔时低速低压（转速50r/min，推力5kN），钻进0.5m后调整至正常参数（转速80~120r/min，推力10~15kN）钻孔直径Φ130mm，每3m进行孔斜检测，径向偏差≤20cm，发现偏差采用"导向楔纠偏法"调整清孔采用高压风（0.6MPa）+高压水（1.5MPa）交替冲洗，直至返水清澈，孔底沉渣≤10cm3.2.3丝扣连接工艺接头处理：管端丝扣采用专用保护套防护，安装前用钢丝刷清理螺纹，涂抹黄油（厚度1~2mm）接头管内丝扣缠生料带（2~3圈），确保螺纹啮合长度≥100mm连接操作：第一节钢管前端安装锥形导向头（锥角30°），采用钻机顶进法入孔第二节钢管通过管棚连接机与孔内钢管对接，缓慢旋转（转速5~8r/min）至丝扣紧密贴合，扭矩达到300N·m时停止每连接3节钢管进行1次轴线复测，采用测斜仪检查顶角偏差，超出1°时进行纠偏质量检查：用塞尺检查接头间隙，≤0.2mm为合格接头处径向跳动≤1mm/m，采用百分表进行检测全断面接头分布采用CAD模拟排版，确保同一截面接头率≤50%3.3钢筋笼安装钢筋笼在加工棚分段制作（每段6m），主筋采用直螺纹连接，接头等级Ⅰ级，连接后用扭力扳手检测（扭矩≥260N·m）采用"人工推送+钻机顶进"相结合的方式安装，每节钢筋笼间采用Φ20连接筋焊接（双面焊，长度≥5d）钢筋笼中心偏差≤50mm，安装完成后固定于钢管内壁（采用Φ8定位钢筋，每2m设置1组）3.4注浆施工注浆参数：水泥浆水灰比1:1，掺加0.3%膨胀剂，搅拌时间≥3min注浆压力0.8~1.2MPa，流量30~50L/min，单孔注浆量按V=πr²Lβ计算（r为扩散半径，L为管长，β为孔隙率修正系数）施工工艺：采用"自下而上、间隔跳注"顺序，每个循环注浆3~5孔注浆前进行压水试验（压力0.5MPa，持续10min），检查管路密封性当注浆压力达到设计值并稳定30min，或注浆量达到理论值80%时停止注浆注浆完成后及时清洗管路，并用C20水泥砂浆填充钢管（水灰比0.5:1）四、质量控制措施4.1过程控制标准控制项目允许偏差检查方法检查频率孔位偏差≤50mm全站仪每孔检查孔斜率≤1%测斜仪每3m检测丝扣啮合长度≥100mm钢尺测量每接头检查注浆压力0.8~1.2MPa压力表全程监控钢管内充盈度≥95%超声波检测每5孔抽查1孔4.2常见质量问题处理丝扣连接松动：原因：螺纹加工精度不足、安装扭矩不够处理：更换不合格接头管，采用扭矩扳手复紧（扭矩300~350N·m），丝扣处缠绕生料带+黄油双重密封钢管轴线偏位：原因：钻机固定不牢、地层不均匀沉降处理：采用"导向楔+反向顶推"法纠偏，每纠偏50cm进行1次测斜，偏差较大时重新钻孔注浆压力异常：压力骤降：检查管路是否堵塞，采用高压水冲洗或更换注浆嘴压力骤升：降低注浆速度，间歇注浆（间隔5min），必要时掺入0.5%减水剂五、安全保证措施5.1施工安全防护作业平台：采用Φ48mm×3.5mm钢管搭设满堂脚手架，立杆间距0.8m×0.8m，横杆步距1.2m，设置双向剪刀撑，平台铺设5cm厚木板，边缘设1.2m高防护栏杆+18cm高挡脚板用电安全：钻机、注浆机等设备设置专用配电箱（三级配电两级保护）电缆采用穿管埋地敷设，接头处设防水接线盒，接地电阻≤4Ω地下管线保护：施工前采用地质雷达探测地下管线，距管线3m范围内采用人工挖孔探明管棚钻进至管线位置时，降低钻进速度（≤30r/min），加强孔斜监测（每1m检测1次）5.2应急预案突水突泥：立即停止施工，启动注浆系统进行封堵（采用水泥-水玻璃双液浆，初凝时间30~60s）掌子面设置挡水墙（C20混凝土，厚50cm），配备2台Φ150mm水泵（扬程≥30m）管棚坍塌：采用"小导管超前支护+格栅拱架"进行加固，小导管长3.5m，环向间距30cm坍塌段注浆采用前进式分段注浆，段长1.5m，注浆压力1.5~2.0MPa机械伤害：钻机操作区设置安全警示标识，配备应急药箱（含止血带、消毒用品等）定期对丝扣连接机等设备进行维护，传动部位安装防护罩六、施工监测6.1监测内容与频率监测项目监测仪器精度要求监测频率管棚顶进力应力传感器±1%FS每节钢管安装时地表沉降水准仪±0.5mm施工期间1次/d钢管位移测斜仪±0.1°每5m测1次孔隙水压力渗压计±2kPa注浆期间1次/30min6.2预警值设置地表沉降预警值：累计沉降≤30mm，日沉降≤5mm钢管偏位预警值：水平偏差≥150mm，竖向偏差≥100mm注浆压力预警值：超过1.5MPa或低于0.5MPa持续10min监测数据及时分析整理，当达到预警值时立即停止施工，采取调整注浆参数、增加支护等措施，待稳定后方可继续施工。七、验收标准7.1主控项目钢管材质、规格、连接方式必须符合设计要求，丝扣连接抗拉强度≥300MPa注浆压力、注浆量符合设计规定，浆液结石体28d抗压强度≥5MPa管棚安装轴线偏差≤100mm，孔底偏差≤200mm7.2一般项目钢管内水泥砂浆填充饱满，超声波检测密实度≥95%钢筋笼安装位置偏差≤50mm，保护层厚度≥30mm施工记录