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产品知识

长大管棚在隧道浅埋段的施工技术

发布时间:2021-04-02 11:16 人气:

  摘要:介绍福建省首例采用40m长大管棚超前支护的施工技术,并在参数确定、机具选择、进度情况、质量控制与成本分析5个方面作了具体介绍。

  关键词:长大管棚;施工技术;参数确定;机具选择;质量控制;成本分析

  1、工程概况

  杨梅岭隧道设计为上下行分离式4车道高速公路隧道,隧道左线长1365m,右线长为1340m.全隧道按新奥法设计和施工,进口左洞和出口右洞洞口浅埋段最薄覆盖层分别为3.67m、4.05m,在洞口35m范围内为强风化、弱风化花岗岩,顶板为残坡积层,风化裂隙,发育具块状镶嵌结构,局部散体结构,围岩不稳定,易塌。福建省首次采用40m长大管棚对洞口段进行超前支护。沿隧道衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管,并且在插入钢管后,再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙,使管棚与围岩固结紧密,以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑,形成牢固的棚状支护结构。

  2、施工工艺

  2.1施工工艺流程

  2.2管棚参数

  (1)钢管布设在圆心角为150°的隧道拱部;

  (2)钢管环向间距为50cm;

  (3)管心与衬砌设计外廓线间距为40cm;

  (4)倾角:仰角1°(不包括路线纵坡);

  (5)钢管施工误差:径向不大于20cm;

  (6)管棚长度为40m,热轧无缝钢管φ108mm,壁厚6mm,节长3m、6m;

  (7)孔口管为天缝钢管φ127mm,壁厚6mm,节长2m.

  2.3机具选择

  管棚施工主要工序有开挖支护明洞边坡、仰坡;施作套拱;搭钻孔平台、安装钻机;钻孔;清孔、验孔;安装管棚钢管;注浆。工序技术要求高,工艺复杂,现分别叙述如下。

  2.4.1明洞边坡仰坡开挖支护

  (1)明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行,应尽量避开雨季施工。

  (2)边坡防护应与明洞开挖同步进行:及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。

  (3)对边坡渗水要及时排、引到坡面外,加强对坡面的防护。

  2.4.2施作套拱

  (1)混凝土套拱作为长管棚的导向墙,套拱在明洞外廓线以外施作,套拱内埋设4榀工字型钢支撑,钢支撑与管棚孔口管焊成整体。

  (2)孔口管作为管棚的导向管,它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置;用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角;用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上,防止浇筑混凝土时产生位移。

  2.4.3搭钻孔平台安装钻机

  (1)钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设,搭设平台应一次性搭好,钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行,可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位。

  (2)平台支撑要着实地,连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。

  (3)钻机定位:钻机要求与已设定好的孔口管方向平行,必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法,反复调整,确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。

  2.4.4钻孔

  (1)为了便于安装钢管,钻头直径采用φ115mm.

  (2)岩质较好的可以一次成孔;钻进时产生坍孔、卡钻,需补注浆后再钻进。

  (3)钻机开钻时,可低速低压,待成孔1.0m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。

  (4)钻进过程中经常用测斜仪测定其位置,并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量,并及时处理钻进过程中出现的事故。

  (5)钻进过程中确保动力器,扶正器、合金钻头按同心圆钻进。

  (6)认真作好钻进过程的原始记录,及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报,作为指导洞身开挖的依据。

  2.4.5清孔验孔

  (1)用地质岩芯钻杆配合钻头(φ115mm)进行来回扫孔,清除浮渣至孔底,确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。

  (2)用高压气从孔底向孔口清理钻渣。

  (3)用经纬仪、测斜仪等检测孔深,倾角,外插角。

  2.4.6安装管棚钢管

  (1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣,棚管四周钻φ8出浆孔(靠掌子面4��5m的棚管不钻孔);管头焊成圆锥形,便于入孔。

  (2)棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺,即先钻大于棚管直径的引导孔(φ115mm),然后可用10t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进;也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。

  (3)接长钢管应满足受力要求,相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管接头至少错开1m.

  2.4.7注浆

  (1)安装好有孔钢花管后即对孔内注浆,注浆后再施工无孔钢管,无孔钢管可以作为检查管,检查注浆质量。

  (2)注浆参数:水泥浆与水玻璃体积的比例为1∶0.5;水泥浆水灰比1∶1;水玻璃浓度35波美度;水玻璃模数2.4.

  (3)采用kby50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内,初压0.5mpa~1.0mpa,终压2mpa,持压15min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍,若注浆量超限,未达到压力要求,应调整浆液浓度继续注浆,直至符合注浆质量标准,确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填,方可终止注浆。

  (4)注浆结束后及时清除管内浆液,并用30号水泥砂浆充填,增强管棚的刚度和强度。

  2.5劳动力组织

  管棚施工工序多,工种杂、技术性强、要求技术工人具有各方面独立操作能力,又能处理管棚施工中一般的故障,管棚施工的质量很大程度上取决于钻孔和注浆的质量。一台钻机三班作业劳力组织为:技术人员1人、机长1人、班长3人、修理工1人、电工1人、电焊工1人、钻工15人、合计23人。

  3、进度情况

  4、质量控制

  (1)钻孔前,精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔进行编号。

  (2)钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定,一般控制在1°~1.5°,钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右,并控制在20cm~30cm.

  (3)严格控制钻孔平面位置,管棚不得侵入隧道开挖线内,相邻的钢管不得相撞和立交。

  (4)经常量测孔的斜度,发现误差超限及时纠正,至终孔仍超限者应封孔,原位重钻。

  (5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度,防止断杆。

  (6)在遇到松散的堆积层和破碎地质时,在钻进中可以考虑增加套管护壁,确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。

  5、管棚费用评价

  管棚费用主要包括管棚的套拱费用、管棚施工的人工费、管棚施工的机械台班费、管棚施工的材料费4大部分。现以福宁高速公路杨梅岭隧道进口左洞40m管棚(沿拱顶150°范围内布设33根长度各为40m注浆钢管,管棚的钢管总重量为21t)为例,分析管棚在现场施工中的实际费用。

  5.1套拱费用

  5.2人工费

  5.3机械台班费

  5.4材料费

  6、结语

  6.1对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工工艺,提前发挥超前支护作用,增加了施工安全度,提高隧道的长期稳定性,具有显著的经济效益和社会效益。

  6.2在管棚支护下开挖,可减少地表下沉和防止围岩坍塌。

  6.3管棚钻孔可作为地质预探预报,地质资料可指导洞身开挖提供依据。

  6.4管棚施工工艺的引用,对福建省隧道施工技术的探索迈开新的步伐。

  参考文献

  [1]公路工程预算定额�北本�:人民交通出版社,1998��

  [2]福建省高速公路施工技术规范�备=ㄊ「咚俟�路建设总指挥部,1999��

  [3]tlejgf―93―27岩溶隧道管棚支护工法�北本�:人民交通出版社,1993

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