大管棚施工工藝DOC

1、隧道淺埋巖堆體ø108大管棚超前支護施工工藝編制: 審核:彭酉項目經(jīng)理部二00三年十一月三十日目 錄1. 前言·····································22. 工程概況·

2、3;·······························22.1概述·················

3、3;················22.2大管棚變更情況························32.3大管棚超前支護方法·····

4、3;··············43. 施工工藝·································73.1測量放樣

5、······························73.2鉆孔···················

6、···············93.3配管·································113.4送

7、管·································123.5下鋼筋籠···············&#

8、183;·············133.6管口封閉·····························133.7注漿····

9、3;····························133.8沉降觀測····················&

10、#183;········183.9事故預(yù)防和處理·······················183.10機具設(shè)備和勞力··············

11、········194.安全措施································205.結(jié)論·······

12、3;····························216.相關(guān)知識點····················&

13、#183;·········217.主要參考書目····························241.前言重慶市彭（水）酉（陽）二級公路A 標段下南城隧道全長772m(K2+423K3+195)，但其進口處于破碎土巖堆地

14、段長達182m(K2+423K2+605),且最淺埋深僅2m,同時圍巖含水量大，工程力學性質(zhì)差，開挖后易坍塌，成洞困難。為確保開挖穩(wěn)定，進口K2+433K2+488段55 m，隧道拱部120°范圍采用ø108×8mm超前大管棚注漿支護輔助施工，共設(shè)兩環(huán)，每環(huán)鋼管總長度30m。我公司施工類似大直徑的長大管棚，并且達到兩環(huán)以上（包括兩環(huán)），這是第一次。其施工工藝和方法尚無成熟的經(jīng)驗可以借鑒，需要進行摸索和研究。因此有必要對ø108大管棚超前支護的施工方法、適用機械、勞動組織等進行研究和總結(jié)，以便更好地加以推廣和應(yīng)用。將ø108大管棚超前支護的施工工

15、藝，形成一整套操作性強、系統(tǒng)完整、詳實準確、技術(shù)含量高、有推廣價值的成果。對于提高工程的科技含量，增強技術(shù)創(chuàng)新能力，全面貫徹“科技是第一生產(chǎn)力”，推動公司的科技進步和“科技興企”戰(zhàn)略的實施，都具有重大的意義。2.工程概況2.1概述彭（水）酉（陽）二級公路A 標段下南城隧道位于重慶市彭水縣城南郊下南城，隧道穿越下南城山，進口里程K2+423，出口里程K3+195，全長772m，路線設(shè)計縱坡-3%、-0.094%。進口30.632m及出口段192.75m分別位于半徑為120m及200m的曲線上，其余地段位于直線上。進口K2+433+488段55m，為類圍巖，隧道位于坡積碎石土層上，含水量大，埋深淺

16、，工程力學性質(zhì)差，圍巖開挖后易坍塌，成洞困難。于隧道拱部120°范圍采用超前大管棚注漿支護輔助施工（大管棚共布置兩環(huán)），邊墻及仰拱采用超前小導(dǎo)管注漿支護輔助施工。且設(shè)2榀/m拱、墻、仰拱格柵鋼架加強支護。隧道開挖最大尺寸為寬×高=13.24m×9.86m。隧道襯砌內(nèi)凈空寬度為9+2×1.0米。限界凈寬:10.5m，限界凈高: 5.0m。2.2大管棚變更情況原設(shè)計管棚里程段為K2+438K2+488（50m），管棚長度60m，分兩環(huán)布置。變更一：管棚里程段由K2+438K2+488（50m）變更為K2+433K2+488（55m），形成兩個方案：按兩環(huán)布置

17、，管棚長度為65m（里程段+一個接頭+超前量=55+5+5=65m）；按三環(huán)布置，管棚長度為70m（里程段+二個接頭+超前量=55+5×2+5=70m）?？紤]到按施工，每環(huán)管棚長度都超過了30m，很難達到規(guī)范和質(zhì)量要求。故采用，每環(huán)長度分別定為24m、24m、22m。實際施工時，鉆孔記錄顯示，第二環(huán)管棚已有2m伸入巖層，這樣，第三環(huán)管棚已無必要，將其取消。變更二：鋼管接頭原設(shè)計為管子兩頭車公螺紋，對接后，外套厚壁管箍，將絲扣上緊。考慮到加工螺紋，費用很高，故變更為兩種接頭方法：外套管和絲扣法。其中，外套管法用于第一環(huán)大管棚，絲扣法用于第二環(huán)大管棚。2.3大管棚超前支護方法2.3.1管

18、棚構(gòu)造管棚由鋼管和鋼格柵拱架組成。管棚是利用鋼格柵拱架，沿著開挖輪廓線，以較小的外插角，向開挖面前方打入鋼管，形成對開挖面前方圍巖的預(yù)支護。見下圖2.3.2管棚的性能特點及適用條件管棚是利用鋼管作為縱向支撐、鋼格柵拱架作為橫向環(huán)形支撐，構(gòu)成縱、橫向整體剛度較大，能阻止和限制圍巖變形，并能提前承受早期圍巖壓力的一種超前支護形式。管棚適用于特殊困難地段（如極破碎巖體、塌方體、巖堆地段、砂土質(zhì)地層、強膨脹性地層、斷層破碎帶、淺埋大偏壓等圍巖）的隧道施工中采用。長管棚與短管棚相比，其一次超前量較大，可減少安裝鋼管次數(shù)，并減少與開挖作業(yè)之間的干擾，適用于大中型機械進行大斷面開挖。2.3.3管棚支護結(jié)構(gòu)要

19、點大管棚鉆孔孔口位置沿隧道拱部開挖輪廓線外10cm布置，環(huán)向中心間距40cm，外插角約 ，每環(huán)35根。鋼管采用外徑ø108、壁厚8mm的無縫鋼管，每環(huán)鋼管總長度為30m。鋼管分段安裝。第一段按奇、偶數(shù)分別編號，奇、偶數(shù)不同的管長相差2m（若奇數(shù)管長為4m，則偶數(shù)管長為6m），其后各分段管長可取相等長度（6m）。兩段之間用絲扣連接，絲扣螺紋段長度不小于15cm。鋼管上鉆注漿孔，孔徑為ø10mm，孔間距50cm，呈梅花型布置。鋼管尾部2m不鉆孔作為止?jié){段。為提高鋼管的剛度和強度，鋼管內(nèi)增設(shè)由4根20mm螺紋鋼筋和固定短環(huán)組成的鋼筋籠，固定環(huán)采用外徑ø42mm、壁厚8m

20、m，長4cm的短管環(huán)，環(huán)向間距1m?？v向兩組管棚間，應(yīng)有不小于3.0m的水平搭接長度。鋼拱架采用鋼格柵鋼架。（4）在鋼管內(nèi)放置鋼筋籠并灌注水泥漿單液漿或水泥-水玻璃雙液漿，可增加鋼管剛度。(5)注漿漿夜采用水泥漿，水灰比為：W：C=0.5：1。當?shù)叵滤^發(fā)肓或漿液擴散范圍較大時，注漿漿液改為水泥-水玻璃雙液漿。注漿壓力采用0.51Mpa。2.3.4大管棚施工工藝流程圖備 料施工準備機具設(shè)備檢修鋼管原材檢驗加工鋼管鉆機就位鋼管與鉆桿連接地質(zhì)鉆機鉆 孔鉆機移位至設(shè)計深度管棚施鉆完畢安設(shè)注漿管路配 漿管路壓水試驗注 漿結(jié) 束3.施工工藝3.1測量放樣 第一環(huán)大管棚（K2+432K2+456）a.根據(jù)

21、隧道進口布設(shè)的三角導(dǎo)線網(wǎng)，用坐標法測設(shè)管棚的起始中心里程（K2+433），落點。然后置鏡中心點，測設(shè)中心線的垂線方向， 在該方向上測設(shè)控制樁，每邊各2個，以便隨時恢復(fù)并檢查方向的正確性。b.然后,在該方向上安設(shè)一鋼格柵(其半徑與大管棚半徑相對應(yīng))，以作定位用。測設(shè)每根導(dǎo)管的中心線方向，并測設(shè)控制樁2個，同時在鋼格柵上落點，于點位兩端焊接20的的短鋼筋頭（長20cm），以作導(dǎo)向用。同時在鋼格柵下邊用18工字鋼布設(shè)五道支撐加固，確保鋼格柵穩(wěn)固。c鉆孔的方向和傾斜度控制方向控制：在每個導(dǎo)管中心線方向上，均釘設(shè)兩個方向樁，以控制鉆孔的方向。傾斜度控制：孔外，通過測設(shè)大導(dǎo)管孔口及鉆機中心的高程進行控制。

22、孔內(nèi)，用精密水平陀螺儀控制傾斜度，分別在距孔口2m處、1/2孔深處、終孔處三處進行測量，不符合鉆孔精度和要求的鉆孔，必須封孔重鉆。第二環(huán)大管棚（K2+452K2+476）一般測設(shè)同第一環(huán)大管棚。不同之處如下：a第二環(huán)大管棚增設(shè)工作室（K2+445K2+453），長為8m（每節(jié)ø108×8mm大導(dǎo)管長6.0m,加鉆機機身及主動鉆桿必需的2.0m）。圍巖開挖后，立即初噴混凝土，架設(shè)鋼格柵支撐和打設(shè)錨桿，掛網(wǎng)并噴混凝土覆蓋。該工作室尺寸比設(shè)計輪廓線相應(yīng)的增大,工作室縱斷面示意圖如下: b.由于第二環(huán)大管棚在洞內(nèi)施做，工作空間狹小，且不能影響后續(xù)工序，所以不能象第一環(huán)管棚那樣，將控

23、制方向護樁釘設(shè)在地面上，而是在鉆機機身中心上面的初期支護拱部設(shè)點，并用紅油漆標記。同時,通過這些拱部點位的標高來反算鉆機中心的高度,通過孔口及鉆機中心兩點的高程便于控制鉆孔時的傾斜度(孔外)。3.2鉆孔檢查開挖的斷面中線及高程，確保開挖輪廓線符合設(shè)計要求。在開挖工作面處安設(shè)受力拱架，并在其上正確標明管棚位置；鋼架安裝垂直度允許誤差為±20，中線及高程允許誤差為±5cm。在鋼架上沿隧道開挖輪廓線縱向鉆設(shè)管棚孔，其外插角以不侵入隧道開挖輪廓線越小越好。鉆孔順序見下圖：兩臺鉆機鉆孔順序示意圖說明：部和部同時開孔，同時結(jié)束；部和部同時開孔，同時結(jié)束。方向前進如上圖所示。原則為：任何

24、時候都必須保證有兩臺鉆機同時工作。因為上導(dǎo)坑需人工開挖掘進，工效很低，是控制整個隧道工期的關(guān)鍵因素，所以必須千方百計地加快管棚施工進度，為人工開挖掘進，贏得一定的時間。按照布好的孔位及鉆孔的方向和傾斜度開始鉆孔。孔口位置與設(shè)計位置的允許偏差為±5cm；孔底位置偏差小于孔深的10。剛開孔時，要低壓、慢轉(zhuǎn)，以便于控制方向，然后逐漸地提高鉆速，保持正常壓力。如遇到大孤石時，則需高壓、低速進行?？傊?，要隨著地質(zhì)的不斷變化，相應(yīng)地調(diào)整鉆進參數(shù)。鉆進時，用清水護壁，中間定期將取芯管取出，取出巖芯。當快成孔時，用水將孔內(nèi)的懸浮物或泥漿、石碴等清洗出來，做到孔壁圓、角度準、孔身直、深度夠、巖粉清洗干

25、凈。當出現(xiàn)嚴重卡鉆、孔口不出水時停止鉆孔,立即注漿。鉆孔結(jié)束后，掏孔檢查，在確認無塌孔和探頭石時，才可安設(shè)鋼管。鉆頭采用130的合金鉆頭，遇孤石時，則采用金剛石鉆頭。大管棚施工完成后，成傘形輻射狀。詳見下圖：3.3配管為了使大管棚的整體受力效果更好，在接長管棚鋼管時，鋼管接頭在隧道縱斷面上錯開2m。下管時，由于108×8mm的大導(dǎo)管從46m不等，故必須將管子相互連接起來，才能達到設(shè)計長度。管子連接采用兩種方法：第一環(huán)管棚使用外套管法；第二環(huán)管棚使用絲扣法。絲扣法：即在一根管子的兩端，分別車出一個公螺紋，一個母螺紋，螺紋長度不小于15cm，螺紋深度不大于1/2壁厚（4mm）。連接時，前

26、一根管的母螺紋與后一根管的公螺紋套在一起，用力擰緊，以防止松動，引起質(zhì)量事故。外套管法：即管子兩端不車螺紋，只在兩根管子的接頭外邊套一127×4mm的外套管，長40 cm，然后用電弧焊將縫隙焊滿、焊牢。優(yōu)缺點：法，省時、省力、方便，但加工費用較高。 法，費時、費力、不方便，但加工費用較低。3.4送管：只要具備足夠的場地或空間，就可充分利用大型機械送管，以提高效率，并減少工人的勞動強度。第一環(huán)大管棚，利用CAT320挖掘機挖斗向前送管。但第二環(huán)大管棚由于在洞內(nèi)，場地狹窄，大型機械無法操作，只能用鉆機送管。成孔后，通過異型接頭，用主動鉆桿帶動108×8mm的大導(dǎo)管，邊旋轉(zhuǎn)（克服

27、磨擦阻力）邊向前推進，直至將全部管子送到位。兩環(huán)大管棚縱斷面布置如下圖： 這樣，每一環(huán)大管棚都正好搭在兩環(huán)襯砌頭上，相當于過梁?？梢愿玫仄鸬筋A(yù)支護的作用。3.5下鋼筋籠鋼筋籠由4根20的螺紋鋼筋組成，中間內(nèi)襯一42×8的導(dǎo)管環(huán)，間距1m。鋼筋籠主要是為了增強大導(dǎo)管的整體剛度和強度。36管口封閉36.1在管子端部焊一帶眼的鋼板，然后將32×4mm（長50cm）的注漿管與該鋼板相焊，就可以了。36.2注漿管構(gòu)造 注漿管須是三通構(gòu)造：一通接108×8的大導(dǎo)管。一通接塑膠管，一通為沖洗用（沖洗口主要是為防止水泥漿或水玻璃凝固，造成堵管，可以及時地將管道用水沖洗干凈）。3

28、7注漿37.1大導(dǎo)管注漿施工參數(shù)先在ø108×8mm鋼管上鉆ø10mm的出漿孔，孔距50cm，呈梅花型布置。鋼管尾部2m不鉆花孔作為止?jié){段。鋼管沿隧道開挖輪廓線布置，外傾角1 0，間距0.4m,縱向前后兩排鋼管水平搭接長度不小于3m。單液注漿：水泥漿水灰比(W:C)為0.5:1。雙液注漿（當?shù)叵滤^發(fā)育或漿液擴散范圍大時，注漿漿液改為水泥-水玻璃雙液漿。）：水泥漿水灰比(W:C)為0.5:1；水玻璃模數(shù) 2.6-2.9，濃度35波美度；水泥漿、水玻璃體積比1：0.3。注漿壓力采用0.5-1.0Mpa。試配水泥漿如下：水泥漿配合比水灰比材料名稱水泥水0.5:11m3

29、用量（Kg）1123562采用雙液漿時，商品水玻璃玻美度為45°be，實際要求為35°be。這樣，需要將水玻璃加水稀釋，采用公式如下：水玻璃稀釋計算公式V11+VWW= V22V1+ VW= V2V1 、V2稀釋前后水玻璃體積；1、2稀釋前后水玻璃密度；=145/（145-Be）W 、VW水的密度和體積；37.2大導(dǎo)管注漿量計算：按下式計算Q=r2H其中： r漿液擴散半徑；H大導(dǎo)管長度，取24m；巖體孔隙率，取0.6。充填率系數(shù)，取0.3。大管棚注漿量計算表rQH010.20.30.40.524543122121713393鋼管凈空容量160說明：1.r、H單位以米計；Q單

30、位以升計。2注漿量必須大于鋼管的凈空容量。 注漿時，每根鋼管的注漿量一般達到300升左右，估計擴散半徑小于0.2m。開挖以后,發(fā)現(xiàn)一般在0.1m左右。37.3漿液的調(diào)制步驟：水泥漿液攪拌在拌合機內(nèi)進行，根據(jù)拌合機容量大小，嚴格按要求投料；攪拌投料的順序為：在放水的同時，將外加劑（如有）一并加入攪拌，待水量加足后，繼續(xù)攪拌1min，并將水泥投入，攪拌時間不小于3min，并在注漿過程中不停攪拌漿液；采用水玻璃漿液時，其濃度宜為25400Be（取350Be）。為稀釋水玻璃，采取邊加水，邊攪拌，邊用波美計量測的辦法進行；配制水泥漿或稀釋水玻璃漿液時，嚴防水泥包裝紙及其他雜物混入。拌好的漿液在進入貯漿槽

31、及注漿泵之前均應(yīng)對漿液進行過濾，未經(jīng)過濾網(wǎng)過濾的漿液不允許進入泵內(nèi)。 配制的漿液在規(guī)定時間內(nèi)注完。37.4注漿方式及順序 37.4.1注漿方式 根據(jù)圍巖類別、地質(zhì)條件、機械設(shè)備及注漿孔的深度選用全孔式。即鉆孔直至孔底，然后一次注漿完畢。37.4.2注漿順序先注無水孔，后注有水孔；從拱頂順序?qū)ΨQ向下進行。如遇竄漿或跑漿，則間隔一孔或數(shù)孔灌注。注漿結(jié)束后，利用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力，直至漿液完全凝固。注漿壓力與地層條件及注漿范圍要求有關(guān)，一般要求能擴散到管周0.51.0m的半徑范圍內(nèi)。但應(yīng)控制注漿量，每根大導(dǎo)管內(nèi)已達到規(guī)定注入量時就可結(jié)束，若孔口壓力已達到規(guī)定壓力值而注入量仍不足時，亦應(yīng)停止注漿，以防

32、壓裂開挖面。3.7.5注漿作業(yè)要求 漿液的濃度、膠凝時間符合設(shè)計要求，不得任意變更；經(jīng)常檢查泵口及孔口注漿壓力的變化，發(fā)現(xiàn)問題及時處理；采用雙液注漿時，經(jīng)常測試混合漿液的膠凝時間，發(fā)現(xiàn)不符，立即調(diào)整。3.7.6注漿結(jié)束條件單孔結(jié)束條件：注漿壓力達到設(shè)計終壓，漿液注入量已達到計算值80%以上。全地段結(jié)束條件：所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無漏注漿情況。3.7.7注漿效果檢查采用以下兩法進行檢查分析法：即分析注漿記錄，看每個孔的注漿壓力、注漿量是否達到設(shè)計要求；在注漿過程中，漏漿、跑漿是否嚴重；以漿液注入量估算漿液擴散半徑，分析是否與設(shè)計相符。檢查孔法：用地質(zhì)鉆機按設(shè)計孔位和角度鉆檢查孔，取巖芯

33、進行鑒定。3.7.8注漿后至開挖前的時間間隔單液水泥漿開挖時間為注漿后8h左右,水泥水玻璃漿為4h左右。3.7.9注漿異?，F(xiàn)象處理發(fā)生串漿現(xiàn)象，即液漿從其他孔中流出時，采用方法：堵塞串漿隔孔注漿；單液注漿水泥漿壓力突然升高，可能發(fā)生了堵管，停機檢查；水泥與水玻璃雙液漿壓力突然升高，則關(guān)停水玻璃泵，進行單液漿或注清水，待泵壓正常時，再進行雙液注漿；水泥漿單液或水泥與水玻璃雙液注漿進漿量很大，壓力長時間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時間，進行小量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對停留時間，以便凝膠，但停留時間不能超過混合漿的凝膠時間，才能避免產(chǎn)生注漿不飽滿。3.8沉降觀測 為

34、了檢測大管棚施工時對周圍環(huán)境的影響及施工完畢后的效果，均須通過沉降觀測進行。 在地面上設(shè)K2+441、K2+453斷面，每斷面設(shè)5個觀測樁，當大管棚注漿時，經(jīng)觀測，無隆起、上鼓現(xiàn)象發(fā)生。 當開挖大管棚范圍段時，經(jīng)觀測有一定的沉降（10cm），如遇山體整體下沉，則可達到20 cm，這樣考慮一些其它因素，在預(yù)留2530 cm的沉降量后，完全可以滿足隧道施工和安全的要求。3.9事故預(yù)防和處理3.9.1孔的傾斜度開孔時，在土質(zhì)地層中，要低速低壓，以保證孔位的正確。同時在距孔口2m處、開孔1/2處、終孔處用精密水平陀螺儀檢測傾斜度，不合格的，封孔重鉆。3.9.2塌孔若地層中含水量大，或地質(zhì)較差時，易坍孔

35、，可采用兩種方法進行預(yù)防。泥漿護壁法對于地層中含水量不是特別大，地質(zhì)屬于碎石土層時，可用泥漿護壁。套管護壁法對于地層中含水量特別大，地質(zhì)屬于碎石層或地下暗河的地段，可采用套管護壁。此時采用127×4套管，一般的不良地段均可通過。3.10機具設(shè)備和勞力組織3.10.1需要的機具設(shè)備大管棚作業(yè)機具設(shè)備表序號設(shè)備名稱及規(guī)格單位數(shù)量備注一機電設(shè)備1鉆機臺2XY-1、XY-1B2汽車臺13交流電焊機臺14注漿機臺1序號設(shè)備名稱及規(guī)格單位數(shù)量備注5挖掘機臺1CAT-320二工具每臺鉆機1鏈鉗把22管鉗把23大號扳手把24大錘把13.10.2勞力組織分2個工班進行作業(yè)，每個工班12人，其中：施工指

36、揮1人；施工技術(shù)指導(dǎo)1人；鉆機司機2人（負責鉆孔、下管）；普通工人4人（負責裝卸鉆桿、裝接鋼管）；電工1人（負責供水供電工作）；電焊工1人；汽車司機1人（負責運料）；洞外調(diào)度1人。4.安全措施4.1加強全員安全意識教育;4.2針對本隧道工程長大管棚施工特點和要求,參照有關(guān)規(guī)范制訂規(guī)章制度；4.3加強對圍巖進行動態(tài)監(jiān)控量測，實行信息化管理，科學地組織施工；4.4拆卸鉆桿時，要有統(tǒng)一指揮、明確聯(lián)絡(luò)信號，扳鉗卡鉆方向正確，防止管鉗用扳手傷人；4.5鋼管內(nèi)注漿時，操作人員應(yīng)戴口罩、眼鏡和膠手套。4.6要有良好的照明條件。5.結(jié)論5.1 可采用XY-1、XY-1B型的輕便鉆機。其最大開孔直徑為130mm

37、，最大鉆孔深度為120m。適宜在碎石土層中進行大管棚鉆孔，同時由于重量輕、分解性強，便于搬遷，適合于平原或山區(qū)工作。5.2管棚長度控制在25m以內(nèi)（實際按24m施工）為好。如按設(shè)計的30m長度進行施工，由于管棚過長，鉆孔、下管等工序都費時費力，效率低下;同時管棚的傾斜度、掉鉆量也很難控制。5.3在粘土含量大的碎石土層中，壓漿效果不理想 。因為粘土比較密實，漿液不易擴散，其擴散半徑較小。不能形成一個完整的具有一定厚度的砼加固圈。5.4 建議開挖工作室時，開挖輪廓線不進行擴大，而是在圍巖開挖后，即初噴35cm厚的混凝土，作為支護，不設(shè)鋼格柵支撐（在確保安全的前提下）。待管棚施工完畢后，再進行安設(shè)。這樣可以減少施工投入。5.5大管棚應(yīng)伸入巖石層不少于3m。這樣，在山體滑動時，管棚可以分擔一部分荷載，從而避免全部荷載都壓在初期支護上，造成大的下沉和嚴重變形。 5.6大管棚的接頭必須在縱向上錯開。否則，接頭設(shè)在同一斷面上，極易出現(xiàn)安全隱患。6相關(guān)知識點 6.1采用長度小于1