超前大管棚施工工艺方案

超前大管棚施工工艺方案目录TOC\o"1-2"\h\u310891工程概况 195662编制依据 1160753施工准备 2126353.1技术准备 266123.2物资准备 2270993.3设备准备 2162863.4现场准备 315994施工工艺流程 3200485套拱施工 418395.1测量放样 4149865.2边、仰坡开挖及整修 448645.3钢拱架加工及安装 419643图2导向墙模板支架设计图 5179595.4孔口管焊接固定 5220735.5模板安装及加固 683065.6混凝土浇筑 6174465.7混凝土养护 6155846长管棚施工 79824图4潜孔钻机作业示意图 7126157质量控制措施 10130718安全保证措施 1372159文明施工及环境保护措施 141工程概况超前大管棚是隧道工程中常用的超前支护技术，主要应用于软弱破碎围岩、浅埋偏压地段、洞口段等复杂地质条件下的隧道施工。其核心作用是通过在隧道开挖轮廓线外设置一排超前钢管，利用钢管的刚度和注浆加固形成的复合支护体系，提前加固围岩，限制围岩变形，防止开挖过程中发生坍塌，为隧道开挖施工创造安全稳定的作业环境。本方案针对隧道超前大管棚施工，详细规定了套拱施工、长管棚钻孔、钢管及钢筋笼安装、注浆等关键工序的施工工艺、技术要求及质量控制标准，适用于各类隧道超前大管棚支护施工，确保施工质量满足设计及规范要求。2编制依据《公路隧道施工技术规范》（JTG/T3660-2020）；《公路隧道施工质量验收规范》（JTGF80/1-2017）；本工程隧道设计图纸、地质勘察报告；《钢结构工程施工质量验收标准》（GB50205-2020）；《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）；类似隧道超前大管棚施工经验。3施工准备3.1技术准备组织施工技术人员熟悉设计图纸、地质勘察报告，明确管棚的布置参数（管径、长度、环距、外插角等）、套拱设计尺寸、材料规格等要求；编制详细的施工技术交底文件，内容涵盖施工流程、各工序技术要点、质量控制标准、安全注意事项等，对施工班组进行全面技术交底；结合现场实际情况，编制施工进度计划，明确各工序施工时间及衔接要求；进行施工测量方案设计，确定测量控制网，确保套拱定位、管棚钻孔方向等测量精度满足要求。3.2物资准备钢材：I20b型钢拱架、Φ108×4.5mm无缝钢管、Φ89mm连接钢管、Φ130×6mm孔口管、HRB400Φ20纵向钢筋、Φ16固定钢筋、Φ42×5mm钢管固定环等，所有钢材需提供出厂合格证及检验报告，进场后按规范要求抽样复检，合格后方可使用；混凝土：套拱采用C30混凝土，需满足设计强度及工作性要求，采用拌和站集中搅拌供应；注浆材料：采用M30水泥砂浆，水泥选用强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥，砂选用中粗砂，含泥量不大于3%，注浆材料需进行配合比试验，确定合理的配合比参数；模板及支架：套拱内外模、堵头模板采用5cm厚木模或竹胶板，支架采用钢管支架及钢支撑，确保模板及支架的强度、刚度和稳定性满足施工要求；其他材料：止浆塞、焊接材料等，焊接材料需与钢材材质匹配。3.3设备准备钻孔设备：履带式潜孔钻机，具备良好的稳定性和钻进精度，配备倾斜仪等测量设备，用于控制钻孔偏斜度；混凝土施工设备：混凝土搅拌站、混凝土罐车、混凝土泵车，确保混凝土供应连续、浇筑顺利；注浆设备：注浆机，压力量程满足注浆终压要求，配备流量计、压力表等监测设备，用于监控注浆过程；起重设备：起重机或卷扬机，用于钢拱架、钢管、钢筋笼等重物的吊装；加工设备：型钢切割机、电焊机、钢筋弯曲机、钢筋切断机等，用于钢拱架、钢筋笼等的加工制作；测量设备：全站仪、水准仪、倾角仪等，用于施工测量放样及过程监控。3.4现场准备清理施工场地，平整作业面，修建施工便道，确保机械设备进出及作业方便；搭建临时设施，包括材料堆放场、加工场、值班室等，材料堆放需分类有序，做好防潮、防雨措施；布设施工用水、用电线路，确保满足施工需求，用电线路需符合规范要求，配备漏电保护装置；对边、仰坡进行清理和加固处理，消除施工安全隐患，确保施工过程中边坡稳定；设置安全警示标志，搭设安全防护设施，确保施工安全。4施工工艺流程施工准备→测量放样→套拱施工（边仰坡开挖整修→钢拱架加工安装→孔口管焊接固定→模板安装加固→C30混凝土浇筑→养护）→长管棚施工（钻孔→清孔→钢管加工→钢管顶进安装→钢筋笼安装→注浆→注浆效果检查）→工序验收→隧道开挖施工图STYLEREF2\s1超前管棚施工流程图5套拱施工套拱作为管棚的固定端和导向结构，同时起到稳定仰坡面山体的作用，施工质量直接影响管棚施工精度和支护效果，必须严格按设计及规范要求施工。5.1测量放样采用全站仪根据隧道设计轴线及套拱设计参数，准确标定套拱与暗洞开挖分界线、套拱的平面位置及高程；测量过程中实行双检制，确保测量数据准确无误，测量成果报监理工程师复核批准后，方可进行下道工序施工。5.2边、仰坡开挖及整修按照测量放样确定的范围，采用挖掘机进行套拱拱部及边、仰坡开挖，开挖过程中严格控制开挖坡度，避免超挖、欠挖；开挖完成后，对边坡进行整修，确保边坡平顺、稳定，若边坡地质条件较差，按设计要求采用喷锚支护等方式进行加固处理；套拱位置开挖时预留洞身核心土，核心土预留尺寸根据地质条件及施工要求确定，用于稳定掌子面，防止开挖过程中掌子面坍塌。5.3钢拱架加工及安装钢拱架采用I20b型钢加工，在加工厂制作成半成品后运至现场安装；钢拱架加工要求：钢拱架各单元按设计尺寸加工，采用型钢切割机切割，确保切口平整，长度偏差不超过±2cm；钢拱架弯曲成型采用冷弯工艺，弯曲半径符合设计要求，弧度平顺，无明显折线；钢拱架各单元连接处设置连接板，连接板采用钢板加工，厚度不小于10mm，连接板上的螺栓孔位置准确，孔径与螺栓匹配；钢拱架安装：套拱共安装四榀I20b型钢拱架，钢拱架安装位置准确，其外表面的连线坡度与管棚的外插角一致，确保孔口管安装后满足管棚钻进方向要求；钢拱架安装采用人工配合起重机吊装就位，调整钢拱架的平面位置、高程及垂直度，符合要求后采用钢筋与边坡锚杆或预设锚筋固定牢固；钢拱架各单元间采用螺栓连接，螺栓数量满足设计要求，连接牢固，连接板贴合紧密，不得有松动现象；钢拱架安装完成后，环向各点量测检查，确保钢拱架安装间距偏差±50mm，倾斜度±2°，轴线连接偏位±3mm，保护层厚度≥20mm。图2导向墙模板支架设计图5.4孔口管焊接固定孔口管采用Φ130×6mm钢管，环距40cm，按设计位置在钢拱架上标注孔口管安装位置；孔口管与I20b工字钢焊为整体，焊接采用双面焊接，焊缝饱满，无夹渣、气孔、裂纹等焊接缺陷，焊缝长度不小于10cm；采用Φ16固定钢筋对孔口管进行加固，固定钢筋一端与孔口管焊接，另一端与I20b工字型钢拱焊接，双面焊接，焊缝长度大于5倍钢筋直径（即8cm），确保孔口管安装牢固，在混凝土浇筑及管棚钻进过程中不发生位移；孔口管安装完成后，两端采用止浆塞堵塞，防止混凝土浇筑时流入管内，影响后续管棚钻孔施工。5.5模板安装及加固套拱内外模及堵头模板均采用5cm厚木模或竹胶板加工，模板表面平整、光滑，无破损、变形，模板拼接严密，缝隙采用海绵条填塞，防止混凝土浇筑时漏浆；套拱底部模板采用钢支撑定位，搭设钢管支架进行加固，支架立杆间距不大于80cm，横杆间距不大于100cm，设置斜撑及扫地杆，确保支架稳定，承载力满足混凝土浇筑要求；模板安装完成后，调整模板的平面位置、高程及垂直度，确保模板高程偏差±15mm，尺寸偏差±30mm，轴线偏位15mm，相邻两板表面高低差2mm，表面平整度5mm；套拱顶部40°范围内不设置外模板，采用人工收面的方式保证结构面平整光洁；模板安装加固完成后，报监理工程师检查验收，验收合格后方可进行混凝土浇筑。5.6混凝土浇筑套拱采用C30混凝土浇筑，厚度0.6m，长度2m，混凝土由拌和站集中搅拌，混凝土罐车运输至现场，混凝土泵车泵送混凝土入模；混凝土浇筑前，清理模板内杂物及积水，检查模板及支架的稳定性；混凝土浇筑顺序：为避免混凝土浇筑时产生过大偏心荷载，采用左右两侧交替上升的方式浇筑，两侧混凝土面高差不超过50cm，浇筑过程中分层振捣，分层厚度不超过30cm；混凝土振捣采用插入式振捣棒，振捣棒移动间距不超过其作用半径的1.5倍（约50cm），振捣至混凝土表面泛浆、无气泡、不下沉为止，避免漏振、过振；混凝土浇筑过程中安排专人观察模板及支架的变形情况，若发现模板变形、移位等异常情况，立即停止浇筑，采取加固措施后方可继续施工；混凝土浇筑在初凝前完成，避免出现施工冷缝，浇筑完成后及时进行收面，确保套拱表面平整光洁。5.7混凝土养护混凝土浇筑完成后，在初凝后及时覆盖土工布或洒水养护，保持混凝土表面湿润；养护时间不少于7天，养护期间定期洒水，确保混凝土强度正常增长；当套拱混凝土强度达到85%设计强度时，方可开始长管棚施工，避免过早施工导致套拱变形或损坏。6长管棚施工6.1钻孔钻孔设备采用履带式潜孔钻机，钻机安装稳固，调整钻机位置及角度，使钻杆轴线与孔口管轴线一致，确保钻孔方向符合设计要求；钻孔前检查钻机性能及测量设备（倾斜仪等），确保设备运行正常、测量数据准确；开孔时采用低压慢转的方式钻进，待钻头进入围岩一定深度（约1m）、钻孔方向稳定后，再正常钻进；钻进过程中利用倾斜仪等测量设备实时监测钻孔偏斜度，发现偏斜超过设计要求（一般不大于1%）及时纠正，确保钻孔精度；为保证成孔质量，防止邻孔钻进时前面的成孔坍塌，钻孔采用间隔施工的方式，先钻奇数孔，后钻偶数孔；成孔直径为φ127mm，确保后续φ108×4.5mm钢花管能够顺利安装；钻孔达到设计深度后，停止钻进，利用钻机自带的清孔装置或高压风进行清孔，清除孔内岩粉及杂物，确保孔内干净通畅。图4潜孔钻机作业示意图6.2钢管加工及安装管棚钢管采用Φ108×4.5mm无缝钢管，钢管长度根据设计要求确定，采用4m～6m管节逐段接长；钢管加工要求：钢管表面无锈蚀、裂纹、凹陷等缺陷，管端平整，无毛刺；钢管采用钢花管形式，按设计要求在钢管上开设注浆孔，注浆孔直径10～12mm，间距15～20cm，梅花形布置，钢管尾部预留不小于1m的止浆段；钢管连接采用Φ89mm钢管作为连接套管，连接套管长度50cm，钢管与连接套管采用焊接连接，焊缝饱满，无焊接缺陷，确保连接牢固、密封良好；钢管安装：钢管安装采用钻机自动顶进的方式，将加工好的钢管通过孔口管缓慢顶入钻孔内，顶进过程中控制顶进速度，避免过快顶进导致钢管变形或损坏；为保证受力均匀性，沿隧道纵向同一横断面内钢管接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m，施工时偶数孔第一节钢管采用4m长，奇数孔第一节钢管采用6m长，以后各节均采用6m长；顶进过程中经常采用测量仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜及时纠正，确保钢管安装位置准确，外插角符合设计要求；钢管顶进至设计深度后，检查钢管安装长度、偏斜度等参数，符合要求后方可进行下一根钢管安装。6.3钢筋笼安装钢筋笼提前在加工场制作，由4根HRB400Φ20纵向钢筋和Φ42×5mm钢管固定环（单个长5cm，纵向间距1m）组成；钢筋笼加工要求：纵向钢筋长度根据钢管长度确定，钢筋表面无锈蚀、油污等缺陷；固定环与纵向钢筋采用焊接连接，焊缝饱满，固定环布置均匀，与纵向钢筋垂直；钢筋笼尺寸准确，直径比钢管内径小2～3cm，确保能够顺利放入钢管内；钢筋笼安装采用起重设备配合人工进行，将制作好的钢筋笼缓慢放入钢管内，安装位置准确，确保钢筋笼全长位于钢管内，不超出钢管两端。图5钢花管及钢筋笼结构图6.4注浆注浆是超前大管棚支护的关键工序，通过注浆使浆液填充围岩孔隙、裂隙，与钢管形成复合支护体系，加固围岩，提高围岩承载力。6.4.1注浆材料制备注浆料采用M30水泥砂浆，水泥选用强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥，砂选用中粗砂，含泥量不大于3%；水泥砂浆配合比通过试验确定，确保浆液具有良好的流动性、和易性及凝结硬化性能，一般水灰比控制在0.5～0.7之间，砂浆稠度控制在10～15cm；水泥砂浆在高速搅拌机内进行搅拌，搅拌时间不少于3min，确保搅拌均匀，浆液搅拌完成后及时使用，存放时间不超过2h，严禁使用初凝后的浆液。6.4.2注浆设备安装注浆设备采用注浆机，注浆机压力量程满足注浆终压要求（不小于2.5MPa），配备流量计、压力表等监测设备；注浆管路采用高压橡胶管，管路连接牢固，密封良好，无泄漏，注浆前对注浆设备及管路进行检查，确保设备运行正常、管路畅通。6.4.3注浆施工注浆顺序遵循“先两侧后中间”“跳孔注浆”的原则，从两端管棚钢管开始注浆，跳孔进行，向隧道拱顶钢管方向推进，确保注浆均匀，无遗漏；注浆前在钢管端部安装止浆塞，止浆塞密封良好，防止浆液泄漏；注浆过程中控制注浆压力和注浆速度，初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa，注浆速度控制在5～10L/min，避免压力过大导致围岩劈裂或浆液流失；注浆过程中安排专人监测注浆压力和注浆量，根据流量计和压力表显示的数据判断注浆情况，并及时采取相应措施：压力逐渐上升但达不到设计终压：可能是浆液浓度低、凝胶时间长、浆液形成劈裂脉或浆液溢出，此时应适度加大浆液浓度，采用小时间间隔注浆；注浆开始后压力不上升甚至下降：表明浆液外溢，应采用大浓度浆液和较低注入速度，若情况无改善则停止注浆，查明原因后再施工；注浆压力上升后突然下降：表明浆液从注浆管周围溢走、注入速度过大扰动岩层或遇到空隙薄弱部位，应适度降低注入速度；压力反复升降但总趋势上升：由于浆液凝胶时间较短，应适度调长浆液凝胶时间；压力上升很快但注入速度上不去：表明注浆岩层密实或浆液凝胶时间太短，应调整浆液配合比；压力有规律上升，达到容许压力时注入速度正常：表明注浆成功；压力上升后下降，随后再次上升并达到设计要求：表明空隙部位已被浆液填满，注浆成功。6.4.4注浆结束标准单孔注浆结束条件：注浆压力达到设计终压2.0MPa，且稳压时间不少于5min；单孔注浆量达到设计注浆量的80%以上，注浆量计算公式如下：Q=A×β=π×R²×L×β式中：Q为总注浆量（m³）；A为注浆范围岩层体积（m³）；β为填充率（根据图纸及岩石地层情况确定，一般取0.3～0.5）；R为注浆半径（m，根据设计要求确定）；L为注浆长度（m，即钢管长度）；全地段注浆结束条件：所有注浆孔均满足单孔注浆结束条件，无漏注浆情况。6.4.5注浆效果检查注浆完成后，采用钻孔取芯、压水试验等方式检查注浆效果；钻孔取芯：在注浆孔之间布置检查孔，取芯观察浆液填充情况，芯样中浆液胶结良好，无明显空隙；压水试验：对检查孔进行压水试验，测定透水率，透水率应满足设计要求（一般不大于1Lu）；若注浆效果不满足要求，需补孔注浆，直至达到设计要求。7质量控制措施7.1原材料质量控制所有进场原材料必须提供出厂合格证、检验报告，进场后按规范要求抽样复检，钢材、水泥、砂等主要材料复检合格后方可使用；钢材存放于防雨、防潮的仓库或场地，避免锈蚀；水泥存放于干燥、通风的仓库，按批次堆放，防止受潮变质；注浆材料严格按配合比配制，计量准确，搅拌均匀，确保浆液质量。7.2测量质量控制建立健全测量管理制度，实行双检制，测量仪器定期校验，确保测量精度；套拱定位、管棚钻孔方向等关键测量工序，测量成果报监理工程师复核批准后，方可进行下道工序；钻孔过程中实时监测钻孔偏斜度，及时纠正，确保管棚安装位置准确。7.3钢拱架及孔口管安装质量控制钢拱架加工尺寸、弧度等参数符合设计要求，安装位置准确，连接牢固，保护层厚度满足要求；孔口管焊接固定牢固，位置准确，外插角符合设计要求，止浆塞安装严密；钢拱架及孔口管安装完成后，报监理工程师检查验收，验收合格后方可进行模板安装。7.4混凝土施工质量控制混凝土配合比准确，搅拌均匀，坍落度符合要求；混凝土浇筑过程中分层振捣，振捣密实，避免漏振、过振；混凝土养护及时、充分，确保混凝土强度正常增长；混凝土施工过程中按规范要求制作试块，试块强度满足设计要求。7.5管棚安装及注浆质量控制钢管加工符合设计要求，注浆孔布置均匀，连接牢固、密封良好；钢管安装长度、偏斜度等参数符合设计要求，钢筋笼安装位置准确；注浆压力、注浆量等参数严格按设计要求控制，注浆过程中做好记录；注浆完成后及时检查注浆效果，不满足要求时及时补浆。7.6工序质量验收每道工序施工完成后，施工班组自检合格，报项目部质检部门检查，合格后报监理工程师验收；隐蔽工程（如钢拱架安装、孔口管焊接、注浆等）验收合格后，方可进行下道工序施工；工序验收严格按设计及规范要求执行，验收标准如下：项目允许偏差（mm）检验方法钢拱架安装间距±50尺量：逐榀检查钢拱架榀数不少于设计逐榀检查钢拱架保护层厚度≥20尺量：每10榀抽查3处钢拱架倾斜度±2°逐榀检查钢拱架轴线连接偏位±3逐榀检查连接钢板平面无翘曲，螺栓数满足设计逐个目测模板高程±15水准仪测量：每2m检查1点模板尺寸±30尺量：每2m检查1点模板轴线偏位15全站仪测量：每2m检查1点模板相邻两板表面高低差2尺量：每2m检查1点模板表面平整52m直尺检查：每2m检查1点钢管安装长度±50尺量：逐根检查钢管偏斜度≤1%倾角仪测量：逐根检查钢管外插角±0.5°倾角仪测量：逐根检查注浆压力达到设计终压±0.1MPa压力表监测：逐孔记录注浆量≥设计值80%流量计监测：逐孔记录8安全保证措施8.1施工安全管理建立健全安全生产责任制，明确各级人员安全职责，