管棚支護(hù)的新方法----導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法

1、管棚支護(hù)的新方法 導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法1、前言 近年來隨著各種隧道工程數(shù)量的大幅增加，各種支護(hù)手段相繼出現(xiàn)，而對(duì)于在 軟弱、松散、富水地層中的支護(hù)問題 , 目前國(guó)內(nèi)普遍采用超前加固的工法已得到巖土 工程界的廣泛認(rèn)同和應(yīng)用，超前支護(hù)工法目前主要有超前小導(dǎo)管注漿、大管棚、深 孔注漿、水平旋噴樁、水平攪拌樁和水平凍結(jié)等而就一次性支護(hù)深度來說大管棚是 首屈一指的，目前國(guó)外以新奧法、國(guó)內(nèi)近年采用礦山法施工的隧道已廣泛采用超前 大管棚支護(hù)工法，盡管年來 TMD法的使用越來越廣泛，即使如此，大管棚也常常應(yīng) 用于盾構(gòu)機(jī)入口處以及一些較嚴(yán)重的破碎帶作為超前支護(hù)方法，可想而知大管棚的 認(rèn)可度就不言而喻了。但就傳統(tǒng)的管棚

2、工法而言也是具有很多局限性的，比如支護(hù) 作業(yè)因受施工環(huán)境如場(chǎng)地狹小、土質(zhì)較差等條件的制約，目前廣泛采用的大管棚工 法均一次性施作距離較短或者施作深度較大時(shí)往往偏差太大不能滿足設(shè)計(jì)要求而美 中不足，往往在隧道內(nèi)管棚施工時(shí)進(jìn)行分段打設(shè)并要在分段開挖口處預(yù)先設(shè)置管棚 工作室，這種傳統(tǒng)的管棚施工方法既費(fèi)時(shí)費(fèi)工又費(fèi)料且回填時(shí)施工困難，北京就出 過因工作室回填引起地面道路起鼓高 500直徑 6米的事故。為了滿足市場(chǎng)需要和提 高在同行中的競(jìng)爭(zhēng)力，我公司近期經(jīng)過在理論上的探索和運(yùn)用中的實(shí)踐，總結(jié)出一 套新方法，此方法能解決目前大管棚連續(xù)施工時(shí)設(shè)立管棚工作室分段施工的大難題， 在黃莊實(shí)驗(yàn)施工時(shí)，一次性打設(shè)深度超

3、過 100 米并取得了非常理想的效果。在此基 礎(chǔ)上，我們深入研究了這種高效進(jìn)行大管棚的施工方法，并針對(duì)北京地鐵施工的特 點(diǎn)和要求制定了這套指導(dǎo)管棚施工的新工法 - “導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法”。2、特點(diǎn)(1) 施工適應(yīng)性強(qiáng) 此方法施工不需要開設(shè)管棚工作室可在很多狹小復(fù)雜的隧 道中進(jìn)行施工作業(yè)；(2) 方向可控性 導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法的鉆頭是楔形的，在鉆機(jī)水平頂進(jìn)所產(chǎn)生反 力的作用下改變方向；(3) 一次性打設(shè)深度較大可超過 100 米；(4) 成本低、效率高 由于限定了水泥漿注入范圍 , 相對(duì)注入量大幅減少 , 每施 工速度比深孔注漿提高2倍3倍，周期縮短；(5) 效果好 具有提高復(fù)合土體強(qiáng)度、防滲、抗滑、預(yù)

4、支撐等多重效果。3、實(shí)用范圍a）管棚一次性打設(shè)深度較大（50米以上）b）施工場(chǎng)地狹窄無管棚工作室4、工藝原理此方法是根據(jù)一種非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)引申而來的。該方法要求在鉆進(jìn)過程中每鉆進(jìn)一段距離后測(cè)一次方位角并通過方位角進(jìn)行糾偏。我公司根據(jù)這一特點(diǎn)并結(jié)合本公司在導(dǎo)向儀器研發(fā)方面的優(yōu)勢(shì)引申出利用方位角進(jìn)行導(dǎo)向并控制鉆頭沿著預(yù) 先設(shè)定的軌跡鉆進(jìn)，此方法直接用工作鋼管作為鉆桿，在鉆頭部位安裝有線導(dǎo)向儀器， 根據(jù)鉆頭在鉆進(jìn)過程中的位置和方向同設(shè)計(jì)軌跡的差異，利用能進(jìn)行調(diào)節(jié)方向的楔型鉆頭改變鉆頭的鉆進(jìn)方向。鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器通過有線線纜同管外的 顯示屏連接。顯示屏顯示鉆頭的傾角、面向角，把鉆

5、頭設(shè)在12點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)向板朝下，鉆機(jī)直接頂進(jìn)后，由于此時(shí)導(dǎo)向板底板斜面面積大，在土體摩擦力作用下，鉆頭軌跡 向上運(yùn)動(dòng)。同理在6點(diǎn)位置糾偏可以使鉆頭朝下鉆進(jìn)，9點(diǎn)、3點(diǎn)分別是為左、右糾 偏方向。當(dāng)鉆機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿軌跡基本是平直的。所以利用顯示屏反饋的信 息來控制導(dǎo)向鉆頭在施工過程（控制原理見下圖）中的方位就是此工法的關(guān)鍵所在。5、工法介紹本工法根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)鉆桿鉆進(jìn)軌跡，要求是在設(shè)計(jì)軌跡與初期管棚搭接部位前2米左右位置處交匯后將角度逐步下調(diào)，在一定范圍內(nèi)回歸到管棚打設(shè)中心線后水平鉆進(jìn)。（見下圖）111H二立導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法工法示邸鉆AW融A設(shè)計(jì)各種打設(shè)數(shù)據(jù)：a根據(jù)施工環(huán)境找出管棚打設(shè)的限制數(shù)

6、據(jù)。主要數(shù)據(jù)有四個(gè)：1通常以初支厚度再加上開挖線至初期管棚的底邊線距離作為導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法的垂直控制距離我們將其設(shè)為 H;2總搭接長(zhǎng)度M（般5米）；3管棚位置中心線與鉆進(jìn)軌跡頂點(diǎn)距離 N4鉆桿的直徑D半徑d;b根據(jù)限制數(shù)據(jù)計(jì)算施工步驟的具體數(shù)據(jù)，包括打設(shè)的初始方位角9、第一次直線鉆進(jìn)的長(zhǎng)度即鉆桿在土中第一次拐向時(shí)的深度L1 （一般為6米）、鉆進(jìn)過 程中每 L段端點(diǎn)鉆頭 所距開 孔口中心點(diǎn)的 垂直距 離 H1比Hn L段端點(diǎn)鉆頭的角度9 19 2,9 n、具體打設(shè)的方位控制數(shù)據(jù)（Ln、hn、9 n、）軌跡頂點(diǎn)到最后方位角調(diào)回水平時(shí)的投影K等等；C數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的基本原則是在保證 Mh 5米的前提下，通過

7、H的值設(shè)計(jì)鉆頭運(yùn)動(dòng)軌跡，使N的值嚴(yán)格控制在300mn以內(nèi)。B工藝流程C主要施工過程:（1）組裝鉆具（見下圖）4®取位置安放探棒;安裝焊接泥漿系統(tǒng)單向閥焊接楔形板（通常與鉆桿角度為20°)安裝焊接水眼板（水眼為8mm）2）鉆進(jìn)作業(yè)a 、鉆機(jī)就位后放出開孔中心線；b 、安裝孔口管 管長(zhǎng) 1 米直徑通常為大于鉆桿直徑 5cm 目的在于防止孔口因鉆 桿摩擦和泥漿的沖刷下坍塌；c 、按照初始角9勻速鉆進(jìn)L1后，鉆頭調(diào)在6點(diǎn)位置以9 1角度勻速頂進(jìn)L2,此 時(shí)鉆頭的位置為 h2；d 、測(cè)出h2時(shí)的各種數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)在該位置的數(shù)據(jù)比較，根據(jù)兩者之差在下一步鉆機(jī)勻速鉆進(jìn) L3 時(shí)加以調(diào)節(jié)并作為

8、下一孔位的施工參數(shù)； ，e 、按照h2與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的差調(diào)整后勻速鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) h3點(diǎn)；f 、按照cde過程循環(huán)進(jìn)行，鉆頭在N的設(shè)計(jì)值處調(diào)到0并按設(shè)計(jì)將角度調(diào)到負(fù) 值；g 、 繼續(xù)循環(huán)調(diào)整在 hn 點(diǎn)時(shí)鉆頭再次被調(diào)為水平此時(shí)可按照普通施工方法進(jìn)行 施工，需要提醒的是在鋼管彈性作用下以后的勻速鉆進(jìn)必定會(huì)造成鉆頭運(yùn)動(dòng) 軌跡始終向下因此每隔 3 米還要進(jìn)行一次糾偏；注： 實(shí)際施工過程中我們?yōu)榱耸┕と藛T便于操作將9用百分比來替換即x%（當(dāng)鉆桿以某一角度鉆進(jìn)時(shí)每鉆進(jìn) 100米h值為1米） L 值控制要求嚴(yán)格時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況將勻速鉆進(jìn)改為原地旋轉(zhuǎn)一段 時(shí)間后繼續(xù)頂進(jìn)。3）注漿1. 卸掉鉆桿與鉆機(jī)的連接后將預(yù)

9、先設(shè)置在鉆桿內(nèi)與探棒信號(hào)線綁在一起的鋼 絲繩回拖， 回拖時(shí)應(yīng)每 10米在進(jìn)行一次測(cè)量檢驗(yàn)實(shí)際的軌跡與設(shè)計(jì)相差數(shù)據(jù)。 2.注漿注漿原理是混合漿液通過注漿口特制的節(jié)門后，在壓力作用下流經(jīng)鋼管、 管外環(huán)裝空隙，將管內(nèi)空氣擠壓排出并將環(huán)裝空隙充填密實(shí)的過程（見下 圖）。注漿步驟：a 漿液配制攪拌均勻（漿液采用水泥膨潤(rùn)土混合漿，嚴(yán)禁注漿過程中加 水加料）；b 開始注漿，注漿量以混合漿液從環(huán)裝空隙口流出為準(zhǔn)；c停止注漿，7小時(shí)后卸除管口節(jié)門。注漿材料：水泥，優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土配比(質(zhì)量比)：水：水泥：膨潤(rùn)土( 1:1: 0.03)注漿壓力：0.6-1.0MP ；環(huán)狀空隙環(huán)找空隈為混合漿液渝向注漿示意圖6、主要設(shè)備

10、選型7、質(zhì)量要求(1) 開孔孔位偏差w± 50mm若須移位，應(yīng)調(diào)整開 孔角度進(jìn)行回歸；(2) 開孔位置不允許向內(nèi)偏斜。設(shè)計(jì)向外偏角(放射角)偏差在0.10.2。范圍內(nèi);(3) 管棚的終端最大偏差控制在土 200mn以內(nèi)；(4) 鉆頭頂進(jìn)過程中每一 L的端點(diǎn)h值與設(shè)計(jì)偏差必須W 1%;(5) 為了保證鋼管連接的同軸性，每根鋼管都必須加車4mn絲扣，采用絲扣連接。絲扣連接一定要擰緊、到位，然后加焊；(6) 終孔后，管棚的注漿壓力要控制在 0.8 0.8 MP之間，注漿壓力不宜邊大。注 漿量以出漿口流出水泥漿為準(zhǔn)。8工程實(shí)例1） 工程名稱：北京地鐵十號(hào)線（萬柳-勁松）花園東路站-八達(dá)嶺高速

11、站區(qū)間工程2）打設(shè)環(huán)境：隧道進(jìn)深約13米內(nèi)已用傳統(tǒng)的管棚方法作了支護(hù)，初期管棚底邊線在距開挖線約300mn處，初支厚度約350mm即h = 650mm場(chǎng)地不具備開管棚工作室的條件（詳見正、側(cè)視圖）打設(shè)總長(zhǎng)度分別為 40m 53m用“導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法”打設(shè)要求MK5米,N <300mm3）數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)（下圖）：a 原始數(shù)據(jù)：h = 650mn, m= 5 米，N=300mn, D=108mmb 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)：9% 9 1= 7 %9 2= 5% B 3= 3% B 4= 0L1 = 6 米 L2=3 米 L3 = 2 米 L4=3 米 L5=2 米 L6=3米 L7=2 米 L8=4K=9m管刪鍛遲

12、f LX（二帥4）管棚打設(shè)步驟設(shè)計(jì):步驟1:埋設(shè)孔口管土層早期管欄埋設(shè)孔口管步驟2:勻速鉆進(jìn)L1=6米（下圖）步驟3: 頂進(jìn)L2=3米（下圖）步驟4:鉆進(jìn)L3=2米（下圖）步驟5:按照步驟3、4鉆到Hn點(diǎn)后鉆頭向下鉆進(jìn)（下圖）7 -7f/9m /2n3m早期飾# 6m土層f八瑕Hn融敍瑚以負(fù)值下碉步驟6:鉆到K=9m角度=0o時(shí)鉆機(jī)勻速鉆進(jìn)（下圖）菅雜置申心線早期飾步驟 7：每鉆進(jìn) 3 米測(cè)量一次方位角并加以調(diào)整直至設(shè)計(jì)深度注：實(shí)際施工時(shí)由于此地段土體摩擦阻力較大鉆機(jī)直接頂進(jìn) 3 米比較困難，我們改為 以每5m為一個(gè)控制斷，每個(gè)控制斷的角度下調(diào)標(biāo)準(zhǔn)為 3%,每頂進(jìn)3m+鉆進(jìn)2m 改為：每頂進(jìn) 1 米再鉆進(jìn) 1 米