公路隧道松散砂砾层管棚跟管施工工法

目录

1.............................................................................................................................1

2工法特点..................................................1

3适用范围2

4工艺原理..................................................2

5施工工艺流程及操作要点..................................2

6材米脂设备...............................................5

7质裁制..................................................7

8安全措施.................................8

9环倒昔施............................................9

10资^^约................................................9

11析….…-............................................9

12旗实例...............................................10

公路隧道松散砂砾层管棚跟管施工工法

媒融

保护生态环境，已成为当下最紧迫的任在公路隧道建设中，尽量避免对

山体的大挖大M提｛昌零开揭卬坡进洞方案，遵循〃早进洞，晚出洞〃这一原则，

让隧1洞口周围的植被得到完全像户，维护原有的生态it蹴，但是山体表面覆盖

着一层上匕较软弱的结构层，往往是由植被、砂砾、堆积土而构成,直接^用潜孔

钻钻孔，根本无法成孔，因此如何保证洞口的管棚质量W隧道安全进洞便成为施

工中的关键问题。

在山体覆盖层中进行管棚施工，针对表面堆双层承载力差、成孑碎低、劳动

强度大等难题，自主开展了《公路隧道松散砂砾层管棚跟管施工技术》研究。在

松散砂砾岩或者覆盖层中采用管棚跟管施工技术，增加一道防止塌孔的天然屏

障，解决了成孑辟低的问题，从而达SU了管棚的施工质量要求和隧道安全进洞的

目的，收到显著的社会效益和经济效益。

公路隧道松散砂砾层管棚跟管施工技术通过在高原地区敦煌至当金山高速

公路试验段阿尔金山隧道和大岭山隧道施工中实践应用，经总结和提炼，形成《公

路隧道松散砂砾层管棚跟管施工工法》。

丛二达情总

2.1套管护壁性能好、钻孔导向性好、钻进速度快、钻进效率高。

2.2管棚安装速度大大提升,减轻了劳动强度,节省人力,节省成本。

2.3加强了管棚超前支护质量，能够早期承受堆积体的压力。

2.4安全可靠、效果显著，为后序隧道安全进洞创造了有利的条件。

2.5可实现松散的砂砾、冲积等难以成孑网层的潜孔冲击器跟管钻进。

2.6提高套管的利用率，节省了材料。

2.7可最大程度保护生态环境。

1

3适用范围

适用于隧道洞口埋深浅、覆盖薄的松散砂砾层、粉质土、软弱破碎带中，采

用常规钻孔难以成孔的地层以及隧道塌方段的处理。

4工艺原理

松散砂砾岩层管棚跟管施工工艺是利用动力钻头实现内钻杆、大管棚同时跟

进，采用偏心钻具扩孔同步带进钢套管的钻进技术进行施工。潜孔冲击器跟管钻

进技术充分利用了潜孔冲击器高效冲击破碎岩石的优势，在高效碎岩钻进的同

时，跟入套管保护钻孔孔壁，利用套管的刚性导向作用，可以抑制钻孔弯曲，保

证钻孔的直线度。

5施工工艺流程及操作要点

边.工砸二这讽程

图5.1-1施工工艺流程图

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5.2操作要点

5.2.1施工准备

管棚采用①89x6mm无缝钢管，单根长度32m,环向间距为40cm,入岩端应

加工成锥形，无筑钢管壁周围预设直径为10mm的注浆孔，布设间距为20cm,梅

花状布置，管棚外露端4.0m范围内不设注浆孔，以免注浆时发生漏浆现象。

若稳定性极差的砂层结构，应预先对地表进行注浆预加固.

检查设备，对已组合好的钻具要检查丝扣联结是否紧密，偏心扩孔器是否灵

活。

5.2.2套拱施工

施工前准确测量放样，根据设计图纸计算出套拱内三棍拱架前后两点的坐标

和高程，精确测定导向管的平面位置和2。(75)印角，导向管采用①127x6mm

礴冈管，K度为2m,环向间距为40cm,共计40根,每根分别与钢嘛焊接牢

固。然后安装模板，混凝土浇筑及养生。

5.2.3钻机安装固定及定向

钻孔前，并对每个孔依次进行编号，然后利月洞口开挖时预留的土台阶开挖

钻孔平台，其平台要保证稳定牢固，以免潜孔钻钻孔过程中发生上下左右摆动；

另外为了使潜孔钻的仰角与导向管的仰角保持一致，应对潜孔钻前后端通过水平

仪测量调整前后端的高差。其次应调试钻机，待其运转正常后方可移动至钻孔位

置。钻孔时应使潜孔钻低速慢进，待孔钻进2m后，即可均匀加速钻孔。

图5.2.3-1对钻孔位置编号

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5.2.4偏心钻头的钻进及套管的同步跟进

在钻进过程中，套管随钻头跟进，套管直径为108mm,每段长度为0.9m,套

管与套管连接采用套管接头连接。由于偏心钻头钻出的孔径大于钢套管的外径，

当导正器上的台肩与套管靴上台肩接触时，导正器将钻压和冲击波部分施加给套

管靴，再加上钻压的作用，迫使套管靴带动整个钢套管与钻具同步跟进，保护已

钻孔段的孔壁。当跟管钻进至钢套管尾端距导向墙墙面约30cm时停钻，然后反

转收偏退钻、卸杆，动力头后退至尾端加接钻杆或钢套管，此时应先拧紧钻杆，

然后再拧紧联接套管。在钻进过程中禁止钻杆回转，防止造成钻头、钻杆脱节的

现象。

5.2.5清孔及退钻头

在退钻倒换钻具或退出孔口之前,冲击器应后退进行吹孔或注水清洗，把环

状空间的岩屑清除干净，需将钻具后退，慢速反转钻具，偏心钻头依靠惯性力和

孔底磨擦力收缩返回，整套钻具的外径小于钢套管内径，即可将钻具退回到进行

配钻杆和钢套的位置，或将钻具退至孔外，钢套管留孔内护壁。

5.2.6安装管棚

清好孔后进行管棚安装，采用钻机推入或顶入，钢管每节长度为4m、8m、

12m,管节与管节之间采用长15cm的丝扣连接，要求管棚偏离设计位置的施工误

差不大于20mm,沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%,相邻钢管接头数至

少须错开1m。

5.2.7拔出套管

拔管设备采用专用拔管机，其拔管机由液压站、油缸、底座、卡座四大部分

组成，用高压液压胶管相互连接而成。卡座是拔管机的抱紧装置,由内卡和外卡

组成。当卡瓦夹紧套管或钻杆时，由油缸的往复运动来起拔套管和钻杆，其油缸

的行程^)30~60cm。

4

图5.2.7-1拔管过程前图5.27-2拔管过程中

5.2.8封端及注浆

在管棚的外露端装止浆阀，并密封管棚与套投接触的周围，使注浆时浆液不

外漏。

表5.2.8-1注浆参数

序号项目单位场备注

1注浆压力--初压M内0.5~1.0

2注浆压力--终压M内2.0

注浆压力一恒压持

3续区间min5

4水泥浆水灰比1:1

5水泥标号P.0.42.5普通硅酸盐水泥

6水玻璃浓度波美度35

注浆采用压力为0〜4.0Mpa双液注浆泵进行注浆，注浆从低向高依次进行，

注浆前先冲洗管内积物后，浆液先稀后浓，注浆初压力控制在0~l.OMPa,终压

控制在2.0MPa,持续5分钟,结束注浆。采用注浆压力与注浆量双重控制。

6材米将设备

6.1材料

无缝钢管①127x6mm、①89x6mm,进场后通过实验室取样自检，其各项指标

合格，进场时应附带质量合格证，具体材料见表6.1-1数量。

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表6.1-1材料数量

序号材料名称单位数量备注

1导向管0)127x6m344

2套管0)108x4m5600

3管棚①89x6m5504

4管鞋①92x4个10

5扩孔钻头①113个5

6导向钻头①90个5

7钻杆①89m42

6.2设备

施工现场配备一台挖掘机，一台装载机，用来开挖钻机平台。具体配置可

参照表6.2-1配备机械设备。

表&2-1机械设备配置表

序号机具名称规格单位数量备注

1挖掘机GXPL-30台1

台

2装载机99L/min1

台

3发电机500KW1

台

4拔管机ZSB-601

台

5双液注浆泵0-4.0MPa1

6水车15nV台1

7钻头易损件备用

8对讲机l-3km部2

9钢卷尺10m把2

表6.2-2ZSB-60拔管机的参数

参数、型号ZSB-60

拔管直径(mm)50-168

拔管长度(m)20-60

最大拔出转速(mm/min)590

电机功率:kw)5.5

液压系统额定压力(Mpa)28

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7质量空制

7.1质量标准

表7.1-1质量控制标准

序号名称版本号

1《公珞隧道施工技术规范》JTGF60-2009

2《公路工程质量检验评定标准》(土建工程)JTGF80/1-2004

3《公路工程技术标准》JTGB01-2014

4《公路隧道施工技术细则》JTG/TF60-2009

5《公路隧道设计规范》JTGD70-2004

6《公路工程施工安全技术规范》JTGF90-2015

7.2质量控制重点

表7.2-1管棚质量检有表

序号检杳项目规定值或允许偏差检查方法和频率

1长度(mm)不小于设计值尺量：逐根检查

2数量(根)不小于设计值尺量：每个搭接检查5处

3孑LE(mm)±50尺量：每环抽杳10根

4孑踩(mm)大于钢管长度的设计值尺量：每环抽查10根

7.3质量保证措施

7.3.1检查钻孔及管棚安装质量时，应画出草图，对孔位编号，逐孔、逐根

进行检查并认真填写记录。

7.3.2使用YGL-100A/DC钻机，占用工作面不大，可自动行走，最大优点是

钻进过程中机身稳定，在管棚施工中，其外倾角可按照预先设计的角度控制，定

位准确，可保证初期支护钢拱架不受管棚的约束。

7.3.4由于坍体较为松散，并有少量块石，会因硝体太松散,钻头碰到坍体

内的块石时无力反压使钻头滑偏，导致跟进的钢套管偏斜和卡钻现象，所以钻进

前应予以适当注浆加固。

7.3.4合理选用钻头、导向管、套管的尺寸规格，保证钻孔作业顺利进行。

7.3.5测量人员对洞顶随时进行监测，对采集的数据及时分析，为安全施工

作指导。

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表7.3.5跟管钻具的型号

名称规格一规格二规格三规格四

导向管夕bS(mm)108127146168

套管外径(mm)89108127146

管鞋台肩内径(mm)7592114126

扩孔钻头外径(mm)93113130152

导向钻头外径(mm)659090116

钻杆直径(mm)60/7660/76/8960/76/8976/89

套管长度(m)1.51.50.90.9

单芝钿匝

8.1建立健全安全保障体系，做到安全工作制度化、日常化、确保人员与设

备的安全，加强操作人员的日常安全技术交底和培训。

8.2钻具下孔前应检查潜孔冲击器、跟管钻具、套管及套管鞋连接是否牢固，

偏心钻头转动是否灵活，通风是否顺畅。

83钻进过程中应注意观察套管的跟进情况及孔内排尘情况，每钻进0.3~

0.4m应强力吹孔排尘，以保持孔内清洁。吹孔时，中心钻具向上提动距离应严

加控制以能实现强力吹孔排尘为限，禁止在钻进过程中强力起拔中心钻具。

8.4钻进结束或需要更换中心钻具时，应先进行清孔，将孔底残渣吹尽，然

后停止回转，把中心钻具缓缓向上提动，提升力的大小以刚好能提动中心钻具为

合适，提升高度以偏心钻头后背与套管鞋前端接触为止；然后低速反转钻具，同

时缓慢向上试提中心钻具。当观察到中心钻具可以顺利提升时，表明偏心钻头已

收拢，这时可以按照常规方法提升中心钻具，直到全部提出中心钻具。在反转钻

具时，应小心操作，防止钻具脱扣。

8.5有时会因孔底残留岩渣过多，偏心钻头回转部分被岩渣卡死而影响偏心

钻头的收拢。当试提几次仍不能见效时，应输送压气，重新对钻孔进行清洗，并

使潜孔冲击器作短时间工作，然后重新进行中心钻具提升作业。

8.6钻机平台必须平整，坚实，保证钻孔角度稳定。

8.7钻进过程中，严禁将高压风管头正对人员、设备。

8.8钻机在作业过程中,钻臂下方严禁站人。

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8.9钻杆、套拱、管棚接长时，应注意连接部位的丝扣完好情况。

8.10施工时绝对禁止不佩戴安全防护工具进入施工区域。

8.11由于项目所处高原,施工区应配备医疗器械和急救药箱，一旦出现高

原反应立即启用或及时送往当地就近医院救治。

8.12严格遵守劳动纪律，不得酒后上岗和连续疲劳作业，严格执行操作规

程和安全规章制度。

9环保措施

9.1遵循"防止污染，降耗节能，坚持文明施工"为宗旨，建立健全环境

保护组织机构，落实环境保护主体责任，制定健全的环保水保措施。

9.2合理布置施工现场，按照标准化施工程序进行施工。施工现场做到标

牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工现场整洁、文明。

9.3开挖三级沉淀池，将残余泥浆排入泥浆池，待凝固，硬化后统一运送

至弃渣场。

9.4施工现场加强对噪声、粉尘、废气、废水的控制和治理，采取有效措

施降低噪声，控制废气和粉尘浓度，扬尘、噪声和废弃物排放满足当地政府规定

标准。

9.5进入现场的材料，设置必须置放有序，防止任意堆放钢材、杂物阻塞

工作场地周围的通道和破坏环境。

10资源节约

10.1钻机操作简单，具有便携式行走履带，移动方便，提高了机械的使用

效率，大大提高了生产效率，节约了工期，节约了社会劳动力。

10.2充分利用套管的护壁作用，一次成孔，只需注浆一次可达到预期效果，

另外套管可以重复使用，节省了材料。

10.3零开挖洞口仰坡，保护了自然环境。

11效益分析

阿尔金山隧道洞口地处多年冲沟内，管棚正处于堆积层，管棚根数为43根，

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每根长度为32m,进出口管棚共计172根,合计5504m。采用潜孔钻直接钻孔，

施工难度大，极易卡钻，塌孔，成孔率低，要反复钻孔、清孔、注浆，作业时间

长，工效低。采用跟管施工工艺，一次成孔，施工效率大大提高，劳动力减少，

机械利用效率增加。

11.1经济效益

每一个作业面处只设一个作业班组，配备10人，历时15天顺利完成管棚安

装与注浆预加固。人工费为：150工日x200元/工日=30000元。

采用常规施工工艺，一个班组需要配备20人，平均每天成孔1.5个，大约

需要30天完成。人工费为：600T0x200元/工日=120000元。

共节省人工费用为：4x（120000元-30000元）=320000元。

工期蹒：4x15天=60天

11.2社会效益

在工程施工中，人文化已成为当今时代主题，机械化代替人海战是必然的，

充分利用机械化生产，加快了施工进度，缩短了工期，节省人力,节省套管材料，

节省成本。加强了管棚超前支护质量,增加了安全风险系数，同时最大程度保护

了自然生态环境。