談隧道超前支護(hù)施工技術(shù)非開(kāi)挖技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

談隧道超前支護(hù)施施工技術(shù)--非開(kāi)挖技術(shù)術(shù)在隧道施工工中的應(yīng)用

來(lái)源：北京中鐵隧隧建筑有限公公司

摘

要要：從隧道超超前支護(hù)的施施工工藝著手手，介紹了幾幾種用非開(kāi)挖挖技術(shù)施作隧隧道超前支護(hù)護(hù)的方法，并并進(jìn)一步說(shuō)明明了其中若干干問(wèn)題，為達(dá)達(dá)到質(zhì)量最好好、效率最高高、經(jīng)濟(jì)效益益最大化的隧隧道超前支護(hù)護(hù)施工提供參參考作用。

關(guān)鍵詞：：隧道超前支支護(hù)非開(kāi)挖技術(shù)應(yīng)用

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引引言

隨著城市市地下空間建建設(shè)和開(kāi)發(fā)的的不斷加快，對(duì)對(duì)地下工程施施工技術(shù)的要要求也在不斷斷提高。由于于淺埋暗挖法法具有無(wú)可比比擬的優(yōu)越性性，已成為城城市地下工程程施工的主要要方法之一。城城市地下工程程絕大多數(shù)位位于繁華地段段和靠近密集集建筑物或居居民區(qū)，因此此控制好施工工過(guò)程中引起起的地表下沉沉和對(duì)周邊結(jié)結(jié)構(gòu)物的影響響，是淺埋暗暗挖法施工成成敗的關(guān)鍵。

經(jīng)過(guò)近幾幾年來(lái)的不斷斷發(fā)展和實(shí)踐踐，隧道超前前支護(hù)作為一一項(xiàng)保證隧道道開(kāi)挖安全、保保護(hù)地面建筑筑以及控制地地表沉降等的的技術(shù)越來(lái)越越受到重視，其其應(yīng)用也越來(lái)來(lái)越廣泛。隨隨著隧道超前前支護(hù)施工的的不斷發(fā)展，新新工藝、新技技術(shù)也不斷涌涌現(xiàn)，極大的的提高了地下下工程的施工工安全和施工工效率。而非非開(kāi)挖技術(shù)作作為一項(xiàng)新興興的施工技術(shù)術(shù)由初期的市市政地下管線線的鋪設(shè)，向向城市隧道暗暗挖施工的超超前支護(hù)技術(shù)術(shù)方向延伸，并并已顯示了較較大的優(yōu)越性性。

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工工藝原理

隧道超前前支護(hù)又名管管棚支護(hù)，就就是沿著隧洞洞開(kāi)挖輪廓周周線，用特定定的機(jī)器把一一系列鋼管順順著隧道軸線線方向按一定定次序打人開(kāi)開(kāi)挖前方的地地層內(nèi)，然后后向管內(nèi)注漿漿固結(jié)管子周周?chē)膰鷰r，最最終形成一個(gè)個(gè)棚架支護(hù)體體系，以支撐撐來(lái)自外側(cè)的的圍巖壓力，從從而保證其隧隧洞開(kāi)挖、襯襯砌的連續(xù)性性和安全性。特特定的機(jī)器主主要是指用來(lái)來(lái)進(jìn)行非開(kāi)挖挖施工的水平平定向鉆機(jī)和和夯管錘。

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施施工工藝

目前，施施作大管棚的的工藝很多，其其中非開(kāi)挖技技術(shù)施作大管管棚就是其中中的一類(lèi)。而而非開(kāi)挖技術(shù)術(shù)施作管棚的的方法又分為為夯管錘直接接夯進(jìn)法、水水平定向鉆機(jī)機(jī)頂進(jìn)法、水水平定向鉆機(jī)機(jī)回拖法、夯夯管錘和水平平定向鉆機(jī)結(jié)結(jié)合法幾種。

2.1

工藝流程

利用非開(kāi)開(kāi)挖技術(shù)施作作大管棚的工工藝流程見(jiàn)圖圖1-圖4。

2.2

施工步驟

2.2.11

施工準(zhǔn)備

在開(kāi)始施施工之前，先先對(duì)施工區(qū)域域地下管線和和地質(zhì)情況進(jìn)進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)測(cè)，弄清地下下管線位置和和是否有障礙礙物，防止施施作時(shí)破壞地地下管線及制制定相應(yīng)的措措施。如在含含卵石或有障障礙物地層中中用夯管錘施施作管棚時(shí)，在在鋼管夯入頭頭安裝切削頭頭，防址鋼管管頭變形影響響管棚精度；；根據(jù)不同地地質(zhì)情況，選選擇合適的鉆鉆頭、回?cái)U(kuò)器器、合適泥漿漿配置方案以以及進(jìn)行鉆進(jìn)進(jìn)曲線設(shè)計(jì)，保保護(hù)好地下管管線的安全。圖1夯管錘直接夯進(jìn)法法工藝流程圖圖圖2

水平定向鉆鉆機(jī)直接頂進(jìn)進(jìn)鋼管法工藝藝流程圖圖3

水平鉆機(jī)回回拖鋼管法工工藝流程圖圖4

水平鉆機(jī)和和夯管錘結(jié)合合法工藝流程程圖

用水平定定向鉆機(jī)直接接頂進(jìn)法施工工時(shí)，為了加加強(qiáng)其頂進(jìn)過(guò)過(guò)程中的導(dǎo)向向作用，提高高管棚的精度度，還需要用用制作管棚的的鋼管自制一一個(gè)楔形鉆頭頭，鉆頭前要要滿(mǎn)焊一塊加加工有射水孔孔的鋼板，孔孔徑大小根據(jù)據(jù)管徑大小確確定，一般在在10-20mmm之間。并并且在鉆頭里里加工一個(gè)裝裝探棒腔的定定位裝置，探探棒腔里裝有有探棒，用來(lái)來(lái)進(jìn)行導(dǎo)向控控制，結(jié)構(gòu)如如圖5所示。無(wú)線線探棒是通過(guò)過(guò)發(fā)射無(wú)線信信號(hào)傳遞導(dǎo)向向信息，而鋼鋼管對(duì)無(wú)線信信號(hào)有屏蔽作作用，因此要要在楔形鋼管管鉆頭上加工工適當(dāng)?shù)目p隙隙，有利于信信號(hào)的發(fā)射，增增強(qiáng)其導(dǎo)向作作用。圖5

自制的鋼管管鉆頭結(jié)構(gòu)示示意圖

在用水平平定向鉆機(jī)和和夯管錘相結(jié)結(jié)合法施工時(shí)時(shí)，由于要進(jìn)進(jìn)行擴(kuò)孔操作作，為了提高高管棚精度，需需要加工一個(gè)個(gè)特殊的回?cái)U(kuò)擴(kuò)頭，回?cái)U(kuò)頭頭兩端都是錐錐形，并且上上面有射水孔孔，具體形狀狀如圖6所示?；?cái)U(kuò)擴(kuò)頭是通過(guò)絲絲扣接頭與鉆鉆桿連接；在在回?cái)U(kuò)頭表面面加工排泄泥泥漿的螺旋槽槽；回?cái)U(kuò)頭直直徑中根據(jù)管管棚的大小來(lái)來(lái)定。圖6

回?cái)U(kuò)頭示意意圖

2.2..2

設(shè)備的安裝裝、就位

按照設(shè)計(jì)計(jì)要求和施工工條件，準(zhǔn)確確把設(shè)備進(jìn)行行安裝、調(diào)試試和就位，使使設(shè)備的位置置、安裝角度度等符合施工工要求。

用夯管錘錘施工時(shí)，牢牢固鋪設(shè)鋼管管導(dǎo)軌和安裝裝夯管錘基座座，在每次安安裝出土器、夯夯管錘以及錐錐套時(shí)，用測(cè)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行行檢測(cè)，保證證二個(gè)部件的的中心線在同同一直線上。進(jìn)進(jìn)行空壓機(jī)的的調(diào)試，以準(zhǔn)準(zhǔn)備夯擊，同同時(shí)要注意導(dǎo)導(dǎo)軌地基堅(jiān)固固穩(wěn)定，鋪設(shè)設(shè)的管線越長(zhǎng)長(zhǎng)，地基的穩(wěn)穩(wěn)定性越重要要。導(dǎo)軌要選選用重型槽鋼鋼、工字型鋼鋼，而且作導(dǎo)導(dǎo)軌的型鋼必必須調(diào)直，對(duì)對(duì)于大直徑鋼鋼管(φ210mmm以上)，一般采用用兩根工字鋼鋼作導(dǎo)軌。工工字鋼安裝要要平直，并根根據(jù)鋼管可能能的偏斜趨勢(shì)勢(shì)適當(dāng)上揚(yáng)或或下調(diào)一定角角度，以抵消消一部分可能能的偏斜。一一般在軟地層層中鋼管容易易向下偏斜。

用水平定定向鉆機(jī)施工工時(shí)，在開(kāi)始始安裝設(shè)備前前，先校核探探棒的準(zhǔn)確性性。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)要求，用測(cè)測(cè)量工具準(zhǔn)確確定位水平定定向鉆機(jī)的位位置、方向、角角度，并且將將鉆機(jī)固定好好，防止鉆機(jī)機(jī)在推力和扭扭矩的作用下下出現(xiàn)傾斜和和移動(dòng)，影響響管棚精度。同同時(shí)考慮到鋼鋼管自身有撓撓度、地層的的具體情況以以及鉆機(jī)在操操作過(guò)程中產(chǎn)產(chǎn)生的誤差，在在調(diào)整鉆機(jī)時(shí)時(shí)一般先放一一個(gè)仰角，角角度的大小主主要是根據(jù)管管棚的長(zhǎng)度、鋼鋼管壁厚以及及地層條件等等因素來(lái)定，一一般在1％-2％。

2.2..3

導(dǎo)向鉆進(jìn)、擴(kuò)擴(kuò)孔

導(dǎo)向孔是是回?cái)U(kuò)、回拖拖管線的基礎(chǔ)礎(chǔ)，導(dǎo)向孔的的質(zhì)量將直接接影響到以后后各道工序的的施工。在鉆鉆進(jìn)過(guò)程中，通通過(guò)導(dǎo)向儀隨隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控控，盡量保證證鉆進(jìn)軌跡與與設(shè)計(jì)的鉆進(jìn)進(jìn)曲線重合。如如有偏離，應(yīng)應(yīng)及時(shí)糾偏，糾糾偏遵守“勤糾少糾”的原則。

為了能更更好的成孔，保保證鉆進(jìn)順利利，要根據(jù)地地質(zhì)情況及時(shí)時(shí)調(diào)配泥漿和和控制泥漿的的流速。泥漿漿的主要作用用是保護(hù)孔壁壁、防止鉆孔孔坍塌以及攜攜帶和懸浮鉆鉆肩，并排到到孔外，冷卻卻和沖洗鋼管管，起到潤(rùn)滑滑作用，減小小鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)及及推進(jìn)阻力，保保證施工順利利暢通。有時(shí)時(shí)為提高泥漿漿的潤(rùn)滑性，降低摩摩擦阻力，增增強(qiáng)攜屑效果果，需加入增增黏劑和潤(rùn)滑滑劑。在鉆進(jìn)進(jìn)過(guò)程中要根根據(jù)地層情況況和壓力情況況及時(shí)調(diào)整泥泥漿稠度和鉆鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，及及時(shí)記錄各種種技術(shù)參數(shù)。

擴(kuò)孔就是是把導(dǎo)向孔通通過(guò)回?cái)U(kuò)頭擴(kuò)擴(kuò)至施作鋼管管所需要的孔孔徑大小，滿(mǎn)滿(mǎn)足鉆機(jī)的工工作功率?；鼗?cái)U(kuò)頭的直徑徑應(yīng)滿(mǎn)足其回回?cái)U(kuò)后的孔徑徑為鋼管直徑徑的1.3倍。

2.2.44

鋼管的施作作

根據(jù)選用用的施作方法法，用相應(yīng)的的設(shè)備把鋼管管送(水平鉆機(jī)直直接推進(jìn)、回回拖或者夯管管錘夯擊)人土層中，形形成管棚支護(hù)護(hù)系統(tǒng)。

用夯管錘錘施作管棚時(shí)時(shí)，由于鋼管管是非控向的的，所以第一一節(jié)鋼管的夯夯進(jìn)是保證管管棚精度的關(guān)關(guān)鍵。夯進(jìn)第第一節(jié)鋼管時(shí)時(shí)，必須非常常慎重，按照照管棚設(shè)計(jì)要要求，準(zhǔn)確調(diào)調(diào)節(jié)好第一節(jié)節(jié)鋼管方向、角角度，然后輕輕微開(kāi)啟空壓壓機(jī)閥門(mén)，慢慢慢夯進(jìn)鋼管管，保證第一一節(jié)鋼管準(zhǔn)確確夯入土層。同同時(shí)要注意所所夯鋼管的長(zhǎng)長(zhǎng)度要與鋼管管直徑、壁厚厚相匹配。大大管棚施工時(shí)時(shí)，一定要采采用合適壁厚厚的鋼管，使使鋼管能承受受相應(yīng)夯管錘錘型號(hào)的夯擊擊力，使管棚棚達(dá)到設(shè)計(jì)要要求。具體匹匹配見(jiàn)表1。表1

鋼管直徑、壁壁厚匹配表

用水平鉆鉆機(jī)直接推進(jìn)進(jìn)鋼管法施作作時(shí)，開(kāi)始推推進(jìn)第一節(jié)鋼鋼管時(shí)，在開(kāi)開(kāi)孔階段采取取低速低壓，待待鋼管進(jìn)入一一段距離(一般是1m左右)后，壓力逐逐漸升高，達(dá)達(dá)到合適值(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條條件而定)，鉆速升致致正常轉(zhuǎn)速。在在鉆進(jìn)過(guò)程中中，必須在鋼鋼管內(nèi)注壓力力水(泥漿)，以沖掉鋼鋼管前端泥土土，潤(rùn)滑鋼管管外表面，減減小鉆進(jìn)阻力力和旋轉(zhuǎn)扭矩矩，使鋼管能能順利旋轉(zhuǎn)前前進(jìn)，因此，鋼鋼管不能開(kāi)注注漿孔。

在鉆進(jìn)過(guò)過(guò)程中，通過(guò)過(guò)導(dǎo)向儀隨時(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及及時(shí)掌握鉆進(jìn)進(jìn)數(shù)據(jù)。如果果壓力水(泥漿)未及時(shí)把鋼鋼管前面的土土沖掉，會(huì)使使水壓和推力力突然增大，這這時(shí)把鋼管來(lái)來(lái)回推動(dòng)，使使水盡量把泥泥土沖掉，達(dá)達(dá)到正常的運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍。

開(kāi)始鉆進(jìn)進(jìn)時(shí)，在人土土處焊一個(gè)定定位三角架卡卡好鋼管，防防止由于鋼管管旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的的偏移，保證證鋼管的中心心線在開(kāi)孔處處沿著設(shè)計(jì)軌軌跡前進(jìn)。

2.2..5

鋼管的連接接

主要有絲絲扣和電焊兩兩種方式連接接鋼管。根據(jù)據(jù)不同的施工工方法采用不不同的連接方方式。用夯管管錘夯擊鋼管管時(shí)一般用滿(mǎn)滿(mǎn)焊，焊縫處處加綁鐵的方方式連接，使使焊縫處能承承受較大的夯夯擊力；用水水平鉆機(jī)施作作時(shí)一般用絲絲扣連接，使使鋼管接頭處處能傳遞較大大的軸向力和和扭矩。不論論采取哪種方方式，在加裝裝鋼管時(shí)，都都必須注意檢檢查鋼管是否否彎曲，全部部管子中心線線是否在同一一直線上。

2.2..6

注漿

在管棚施施作完以后，需需在鋼管上開(kāi)開(kāi)注漿孔進(jìn)行行注漿，以固固結(jié)管子周?chē)鷩膰鷰r，最最終形成一個(gè)個(gè)棚架支護(hù)體體系，使管棚棚能起到支護(hù)護(hù)作用。在用用水平鉆機(jī)直直接推進(jìn)鋼管管法施作時(shí)，由由于鋼管是當(dāng)當(dāng)鉆桿使用，所所以不能在鋼鋼管上開(kāi)注漿漿孔。在采用用水平鉆機(jī)和和夯管錘結(jié)合合的方法施工工時(shí)，由于是是鉆大孔夯小小管，所以必必須在鋼管上上開(kāi)孔注漿，以以減少管棚與與孔壁間的間間隙，防止產(chǎn)生沉降。

3

適適用范圍與應(yīng)應(yīng)用

3.1

使用范圍

由于傳統(tǒng)統(tǒng)的管棚施工工方法存在鋪鋪管方向控制制難，一次性性支護(hù)長(zhǎng)度短短，降低了隧隧道開(kāi)挖效率率，提高了施施工成本。其其現(xiàn)有的管棚棚設(shè)備已無(wú)法法滿(mǎn)足長(zhǎng)、大大管棚的鋪設(shè)設(shè)要求。而使使用非開(kāi)挖技技術(shù)進(jìn)行管棚棚施作，較好好地解決了這這些不足，既既能鋪設(shè)長(zhǎng)、大大管棚，又能能很好的控制制管棚的精度度。但是不同同的地質(zhì)，使使用的施工方方法和施工設(shè)設(shè)備各有不同同。

使用夯管管錘施作管棚棚時(shí)，適用的的管徑范圍較較大，但是由由于大管棚的的管徑一般都都在φ377mmm以下(少數(shù)也達(dá)到φ400mmm)，根據(jù)管徑徑與長(zhǎng)度匹配配表以及地層層條件，該方方法施作管棚棚的長(zhǎng)度一般般在30m以?xún)?nèi)。同同時(shí)，該方法法對(duì)地層的適適應(yīng)性強(qiáng)，既既適應(yīng)于含水水層，也適應(yīng)應(yīng)于卵石層(要求卵石粒粒徑不超過(guò)鋼鋼管直徑即可可)。但是夯管管錘聲音大，不不宜在居民區(qū)區(qū)、學(xué)校等對(duì)對(duì)聲音環(huán)境要要求高的地方方施工。

水平定向向鉆機(jī)直接頂頂進(jìn)鋼管法一一般用于φ130-φ175mmm，長(zhǎng)度小于于30m的管棚棚施工，但是是在非粘土層層和礫石層中中施工困難，一一般適用粘土土層。

水平定向向鉆機(jī)回拖鋼鋼管法施工速速度快，對(duì)地地表干擾小，可可控制鋪管方方向，施工精精度高，可以以開(kāi)注漿孔等等優(yōu)點(diǎn)，一般般適用于φ108-φ500mmm，長(zhǎng)度小于于70m的管棚棚施工。但是是用該方法施施作管棚，對(duì)對(duì)施工場(chǎng)地要要求較大，必必須兩邊都有有施作空間，而而且導(dǎo)向鉆進(jìn)進(jìn)不適用于砂砂層和礫石層層，一般適用用于黏土層。

水平定向向鉆機(jī)和夯管管錘結(jié)合施工工的方法適用用于軟土層，不不適用于沙層層和礫石層。在在機(jī)器丁作功功率滿(mǎn)足施工工的情況下，一一般適用于φ108-φ210mmm、長(zhǎng)度15-40mm的管棚施工工。但是該工工藝對(duì)操作人人員的技術(shù)要要求高，輔助助施工時(shí)間較較長(zhǎng)，其施丁丁速度較慢，不不適用于工期期緊張的工程程。

3.2

應(yīng)用實(shí)例

從上面的的施工工藝說(shuō)說(shuō)明可以知道道，每種工藝藝既有各自的的優(yōu)點(diǎn)，也有有其不足之處處。施工時(shí)，要要根據(jù)管棚的的設(shè)計(jì)要求和和現(xiàn)場(chǎng)的施工工條件以及經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益選擇擇合適