某隧道超前大管棚施工工藝

某隧道超前大管棚施工工藝1.管棚主要設(shè)計參數(shù)大管棚管徑為φ108～159mm，壁厚5.5～8mm，環(huán)向間距33～50cm。根據(jù)洞內(nèi)作業(yè)條件和施工機(jī)具性能，大管棚采用3～6m的管節(jié)，由對口絲扣聯(lián)結(jié)，并進(jìn)行焊接處理，接頭承受拉力在150KN以上，避免擴(kuò)孔夯管時接頭出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。管內(nèi)填充水泥砂漿，以增加管棚剛度。隧道內(nèi)施工大管棚時，需要工作室，提供鉆機(jī)的施作空間。夯進(jìn)鋼管施工完后，根據(jù)鋼管內(nèi)沉積泥砂情況采用高壓風(fēng)進(jìn)行鋼管內(nèi)泥砂清除，清除完后根據(jù)情況采用UB-8型砂漿泵進(jìn)行管棚注漿施工，該型砂漿泵最大作壓力能達(dá)6Mpa，最大排量達(dá)8m3/h，最大水平輸送距離達(dá)250m，在性能上能滿足長管棚注漿要求；根據(jù)注漿實際情況，必要時可進(jìn)行二次注漿，漿液均為純水泥漿液。2.施工工藝流程本次管棚施工根據(jù)現(xiàn)場具體工作空間等實際情況，工藝主要分為：導(dǎo)向孔鉆進(jìn)→擴(kuò)孔夯管→管棚注漿，具體工藝流程如圖1所示。泥漿攪拌泥漿攪拌導(dǎo)向系統(tǒng)漿液配置砂漿泵就位鋼管加工施工準(zhǔn)備鉆機(jī)就位導(dǎo)向孔鉆進(jìn)擴(kuò)孔管棚鋼管清洗管棚注漿進(jìn)入下一循環(huán)夯進(jìn)鋼管圖1長管棚工藝流程圖導(dǎo)向孔施工采用國產(chǎn)黃海機(jī)械廠FPD-15A型水平定向鉆機(jī)施工，導(dǎo)向系統(tǒng)根據(jù)管棚埋深情況選用ECLIPSE無線普通探棒和加強(qiáng)型探棒，導(dǎo)向孔孔徑為Φ90㎜。導(dǎo)向孔護(hù)壁采用膨潤土泥漿護(hù)壁。擴(kuò)孔夯管在導(dǎo)向孔成孔后立即進(jìn)行，擴(kuò)孔徑為Φ159㎜，夯進(jìn)鋼管為Φ108×5㎜鋼管，鋼管接頭采用絲扣聯(lián)結(jié)并進(jìn)行點焊。鋼管內(nèi)泥砂采用高壓風(fēng)吹壓出鋼管內(nèi)，管棚注漿在清孔完后采用UB-8型砂漿泵壓注純水泥漿液。3.主要工序施工方法及技術(shù)措施管棚施工方法工序主要有導(dǎo)向孔鉆進(jìn)、擴(kuò)孔施工、夯進(jìn)鋼管施工、管棚注漿施工。(1)導(dǎo)向孔鉆進(jìn)導(dǎo)向孔作為管棚施工關(guān)鍵工序，導(dǎo)向孔成功與否是管棚施工成敗的關(guān)鍵。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)采用FDP-15A水平定向鉆機(jī)鉆進(jìn)，鉆機(jī)就位放置平穩(wěn)，鉆桿縱向坡度與設(shè)計坡度保持一致；導(dǎo)向系統(tǒng)采用ECLIPSE地磁定位系統(tǒng)，采用地磁地下定位系統(tǒng)時導(dǎo)向孔孔徑為Φ90mm；施工中根據(jù)地層情況采用不同摻量的膨潤土泥漿護(hù)壁，膨潤土根據(jù)地層情況可選用國產(chǎn)膨潤土或美國進(jìn)口膨潤土，必要時可摻外加劑。①鉆機(jī)就位本次管棚施工，水平定向鉆機(jī)長4.5m，寬1.5m，高0.9m，鉆桿中心離鉆機(jī)底平面高度為0.76m，為確保鉆桿中心與設(shè)計管棚中心位置對齊，采用支架進(jìn)行鉆機(jī)固定；由于管棚位置沿拱部弧形布置，鉆機(jī)支架位置與管棚中心位置保持一致，因此每次管棚施工前對支架及鉆機(jī)進(jìn)行對位，確保水平定向鉆機(jī)鉆桿中心位置與管棚中心保持一致(包括橫向位置及縱向坡度0.3%)；支架根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)形式搭設(shè)，支架與格柵連接固定。②導(dǎo)向系統(tǒng)由于隧道埋深在9～12m范圍內(nèi)，結(jié)合ECLIPSE無線地下定位系統(tǒng)及地磁定位系統(tǒng)探測深度的不同，當(dāng)埋深在8m以下時采用地磁地下定位系統(tǒng)。ECLIPSE地磁地下定位系統(tǒng)是通過有線方式進(jìn)行鉆頭位置信號的傳遞，事先通過設(shè)計縱向位置及高程埋深在電腦上確定一條設(shè)計鉆進(jìn)線路，包括縱向線路的磁偏角，發(fā)射棒在放置入導(dǎo)向鉆頭前先沿縱向磁偏角方向放置，通過電腦確定該鉆進(jìn)線路的磁偏角及入口位置，鉆進(jìn)過程中以該磁偏角及入口處埋深為參照點，從而非常容易的確定鉆進(jìn)線路與該點的相對位置；地磁發(fā)射棒放置在導(dǎo)向鉆頭內(nèi)，鉆頭內(nèi)發(fā)射棒通過連接電纜線把鉆頭位置信息傳遞到電腦上，鉆機(jī)操作員通過電腦上的設(shè)計鉆進(jìn)線路和實際鉆進(jìn)線路比較，發(fā)現(xiàn)偏位及時通過調(diào)整導(dǎo)向鉆頭導(dǎo)向板的表面值對鉆機(jī)線路進(jìn)行調(diào)整，確保導(dǎo)向孔鉆進(jìn)線路沿設(shè)計軌跡行進(jìn)。③泥漿系統(tǒng)超前長管棚通過地層為：粉質(zhì)粘土層、粉細(xì)砂層；其中粉質(zhì)粘土層具有一定的自穩(wěn)能力，而粉細(xì)砂間歇較小，遇水容易滲透坍塌。因而膨潤土泥漿在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中作用就相當(dāng)明顯，泥漿起作護(hù)壁、冷卻鉆頭、排除鉆屑的作用。在粉質(zhì)粘土層中導(dǎo)向孔鉆進(jìn)，由于粉質(zhì)粘土層具有一定的自穩(wěn)能力，在泥漿配置過程中，摻量每立方加200公斤，控制泥漿的PH值在8-10之間，馬氏漏斗粘度值在30秒左右，攪拌均勻；同時流出的泥漿經(jīng)過回收處理后也可以繼續(xù)利用，通過沉淀把部分泥砂沉積在容器底，通過測定上部泥漿的PH值及馬氏漏斗粘度，確定重新利用后往攪拌桶內(nèi)需加入的膨潤土量。在粉細(xì)砂層中鉆進(jìn)由于該類地層自穩(wěn)能力較差且遇水后滲透強(qiáng)烈，嚴(yán)格控制泥配合比，從而對鉆屑的排出考慮到關(guān)鍵作用；粉細(xì)砂層，摻量每立方加300公斤左右，膨潤土泥漿PH值控制在9.5左右，馬氏漏斗粘度值在38秒左右，攪拌均勻后方可使用；所有回收泥漿經(jīng)過處理重新利用，且嚴(yán)格測定膨潤土泥漿的PH值和粘度。④導(dǎo)向孔鉆進(jìn)原理本次使用鉆機(jī)配置為國產(chǎn)鉆機(jī)，鉆機(jī)最大回拖力為150KN，最大扭矩為4200KN，鉆桿采用Φ60㎜型摩擦焊接鉆桿，每節(jié)鉆桿長度為2m，鉆桿采用人工裝卸，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)根據(jù)鉆機(jī)鉆桿內(nèi)的高壓射流泥漿，通過旋轉(zhuǎn)射流對導(dǎo)向鉆頭前的土體進(jìn)行切割，破除部分土體，再通過導(dǎo)向鉆頭導(dǎo)向板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，膨潤土泥漿滲透到導(dǎo)向孔內(nèi)，對周圍土體進(jìn)行護(hù)壁，同時由于鉆頭旋轉(zhuǎn)摩擦生熱，漿液起到冷卻鉆頭的目的，避免鉆頭內(nèi)的探棒因高溫而燒壞，且由于鉆桿比導(dǎo)向鉆頭小，鉆屑在膨潤土泥漿懸浮下通過空隙往外排出，從而達(dá)到鉆進(jìn)成孔的目的。(2)擴(kuò)孔導(dǎo)向孔鉆進(jìn)成功后及時進(jìn)行擴(kuò)孔施工，由于鋼管直徑為Φ108mm，本次擴(kuò)孔采用Φ159mm擴(kuò)展，先卸下導(dǎo)向鉆頭，然后換好擴(kuò)孔器，進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔施工過程中采用膨潤土泥漿護(hù)壁；施工過程中膨潤土泥漿中膨潤土用量與相應(yīng)地層中導(dǎo)向鉆進(jìn)中的配置一致，確保擴(kuò)孔順利進(jìn)行，防止孔壁坍塌。同時控制擴(kuò)孔速度，擴(kuò)孔過程中的鉆機(jī)扭矩控制在鉆機(jī)額定功力范圍內(nèi)，出現(xiàn)回轉(zhuǎn)費力時減慢擴(kuò)孔速度，必要時可加大膨潤土泥漿用量，提高粘度，同時可在原地回轉(zhuǎn)一定時間后繼續(xù)擴(kuò)孔。(3)夯進(jìn)鋼管當(dāng)事先采用擴(kuò)孔器擴(kuò)孔完成后，移開鉆機(jī)，鋪設(shè)導(dǎo)軌，進(jìn)行鋼管夯進(jìn)施工，夯管選用德國TT夯管錘，鋼管接頭采用絲扣聯(lián)結(jié)并在連接好的絲扣鋼套上點焊，確保接頭連接牢固，防止出現(xiàn)接頭斷裂現(xiàn)象的發(fā)生，同時夯進(jìn)鋼管過程中保持膨潤土泥漿進(jìn)行護(hù)壁潤滑孔壁，膨潤土泥漿配置同相應(yīng)地層導(dǎo)向鉆孔鉆進(jìn)泥漿配置。(4)管棚注漿在夯進(jìn)鋼管完成后，采用高壓風(fēng)進(jìn)行鋼管內(nèi)泥砂處理，通過高壓風(fēng)使部分沉積在鋼管內(nèi)的泥砂排出管內(nèi)，確保注漿管路暢通，且使部分鋼管上的孔眼暢通，通過調(diào)整注漿壓力使?jié){液通過注漿孔滲透到鋼管外的空隙及周圍土體內(nèi)，形成管棚，確保管棚周圍土體密實，提高地層強(qiáng)度及剛度，達(dá)到加固地層的目的。管棚注漿機(jī)經(jīng)過比選采用UB-8型砂漿泵，該型砂漿泵最大工作壓力能達(dá)6Mpa，最大水平輸送距離達(dá)250m。注漿前在鋼管出口預(yù)留通氣孔，并在鋼管出口焊接好注漿管及注漿閥后對進(jìn)口噴射混凝土封閉管棚進(jìn)口掌子面，然后開始注漿施工。漿液采用純水泥漿，并根據(jù)現(xiàn)場具體情況摻加適量的增加漿液和易性的外加劑，同時摻適量的微膨脹劑，待漿液凝固后確保鋼管內(nèi)漿液及鋼管周圍土體密實。注漿壓力控制在2Mpa左右。漿液灌注根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況及成孔效果，可采用多次注漿，通過調(diào)整注漿壓力對鋼管內(nèi)及鋼管周圍空隙進(jìn)行多次填充。漿液攪拌采用專用攪拌桶進(jìn)行攪拌，漿液配置嚴(yán)格按照試驗配合比進(jìn)行，漿液在攪拌桶內(nèi)攪拌好后，流放到容器內(nèi)，并在容器內(nèi)人工輕微攪拌防止?jié){液沉淀。4.施工注意事項(1)為確保導(dǎo)向孔成孔精確，首先復(fù)核管棚的設(shè)計位置，當(dāng)采用ECLIPSE無線地磁定位系統(tǒng)時，先在地下采用全站儀定出管棚精確位置，放線采用兩級復(fù)核制，復(fù)核無誤后進(jìn)行施工。(2)鉆機(jī)就位嚴(yán)格按設(shè)計軸線就位，確保鉆機(jī)鉆桿中心線與設(shè)計管棚軸線一致，從入射口就嚴(yán)格控制鉆進(jìn)軌跡，從而有利于對鉆進(jìn)線路進(jìn)行全過程的控制。(3)為確保施工過程中的連續(xù)性，鉆機(jī)操作人員嚴(yán)格按照說明書要求及相關(guān)規(guī)定操作，并在使用前檢查鉆機(jī)及動力站的油表、水位等，確保鉆機(jī)在使用過程中的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。(4)嚴(yán)格控制鋼管就位，確保鉆孔的縱環(huán)向間距及孔徑，便于二次壓注水泥漿施工；同時為確保接頭連接牢固，在絲扣連接后采用電焊機(jī)點焊加固接頭。(5)嚴(yán)格進(jìn)行泥漿配置，根據(jù)不同地質(zhì)情況采用不同的配合比，控制膨潤土和外加劑的摻量，并進(jìn)行漿液的PH值測試，PH控制在8～10，確保泥漿的馬氏漏斗粘度符合要求，攪拌均勻，確保膨潤土泥漿達(dá)到護(hù)壁冷卻鉆頭、懸浮鉆屑的目的，防止孔壁坍塌。(6)施工前對操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，并做好施工記錄，以便于分析研究，為下一次的進(jìn)一步提高奠定基礎(chǔ)。(7)嚴(yán)格試驗驗收制度，每道工序嚴(yán)格檢查。(8)鉆進(jìn)過程中加強(qiáng)導(dǎo)向系統(tǒng)的監(jiān)測并及時對鉆進(jìn)軌跡進(jìn)行調(diào)整，確保鉆進(jìn)線路符合設(shè)計要求，盡量使導(dǎo)向孔的偏差控制在10cm之內(nèi)。(9)嚴(yán)格二次純水泥漿液灌注，在管棚注漿前對進(jìn)口進(jìn)行噴射回填，確保注漿壓力有效的達(dá)到管棚端部；鋼管完成后，對鋼管內(nèi)沉積的泥砂進(jìn)行清除，確保注漿管路暢通，在清除完沉積泥砂后及時進(jìn)行漿液灌注，加強(qiáng)觀測，確保管壁四周土體密實。(10)在施工管棚前嚴(yán)格檢查鉆機(jī)及動力站的機(jī)械性能，確保鉆機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止油路等原因造成油管爆裂發(fā)生。(11)為使水平定向鉆機(jī)鉆桿中心與設(shè)計管棚軸線一致，因而孔口部位位置管棚施工鉆機(jī)懸空，支架焊接牢固，確保水平定向鉆機(jī)在支架上平穩(wěn)牢固，并在支架兩側(cè)焊防護(hù)網(wǎng)，確保鉆機(jī)操作人員安全作業(yè)。(12)膨潤土泥漿采用人工攪拌，先放水再加膨潤土，待膨潤土融化后進(jìn)行攪拌，防止由于膨潤土灰層造成對環(huán)境及人體的傷害。(13)水平定向鉆機(jī)鉆桿裝卸人員在支架上裝卸鉆桿時，只能一根一根的移動鉆桿，避免對鉆機(jī)的強(qiáng)烈震動。(14)水平定向鉆機(jī)移位時確保支架下無人，同是時在移動鉆機(jī)前對下一支架的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗，支架穩(wěn)定后再移動鉆機(jī)就位。(15)管棚注漿前嚴(yán)格檢查UB－8砂漿泵的機(jī)械狀況，避免注漿過程中出現(xiàn)機(jī)械事故，同時在灌注過程中人員躲開注漿管接頭處，防止管節(jié)斷裂引起漿