五龙山隧道长大管棚在隧道浅埋段的施工技术方案.doc

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1、五龙山隧道长大管棚浅埋段施工技术方案编制：审核复核：项 目 单 位 名 称：日 期：图2管棚布置图1 工程概况图1管棚施工工艺流程图图3 孔口管布置图五龙山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3179m，右线长为3210m。全隧道按新奥法设计施工，进口左右线洞口段为全强风化玄武岩，上覆残坡积碎石土，围岩不稳定，施工时易导致拱顶跨塌。采用40 m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，以提高钢管的强度和。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构。2 施

2、工工艺2.1 施工工艺流程。2.2 管棚参数(管棚布置图见图2)2.2.1 钢管布设在圆心角为141的隧道拱部；2.2.2 钢管环向间距为50cm；2.2.3 管心与衬砌设计外廓线间距为40cm；2.2.4 倾角：仰角1(不包括路线纵坡)；2.2.5 钢管施工误差：径向不大于20cm；2.2.6 隧道同一横断面内的接头数不大于50，相邻钢管的接头至少错开1m；2.2.6管棚长度为40m，热轧无缝钢管108mm，壁厚6mm，节长3m、6m；2.2.7孔口管为无缝钢管127mm，壁厚6mm，节长2m。2.3 机具选择机具选择如表1所示。表1 机具型号、参数选择表管棚长度管棚机型号管棚机参数816m

3、KSZ100型钻杆外径501940mKM-5型钻杆外径802.4工艺说明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，管棚孔口管与钢筋焊成整体。(2)孔口管作

4、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。施工时应用经纬仪以坐标法定出其平面位置，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钢筋骨架上，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

5、、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115 mm。(2)岩质较好的可以一次成孔；钻进时如产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。(3)钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0 m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，并根据钻机钻进的情况及时判断成孔质量，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及指导洞身开挖的依据。2.4.5 清孔验孔(1)

6、用地质岩芯钻杆配合钻头(115 mm)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8mm出浆孔(靠掌子面4.5 m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(115 mm)，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

7、50%，相邻钢管接头至少错开1 m。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10.5，水泥浆水灰比11，水玻璃浓度35波美度，水玻璃模数2.4。(3) 采用KBY-50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0.5 MPa1.0 MPa，终压2 MPa，持压15 min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

8、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 进度情况钻机就位、加固：钢管4.7 h/t钻进：钢管9.5 h/t扫孔、顶管：钢管11h/t注浆：钢管5.5 h/t4 质量控制图4 棚管大样图4.1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。4.2钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强

9、度而定，一般控制在11.5，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20cm30cm。4.3 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。4.4 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。4.5 掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。4.6 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 管棚成本分析 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。现以镇胜高速公路五龙山隧道进口左洞40 m 管棚（沿拱顶141范围

10、内布设33根长度各为40m 注浆钢管，管棚的钢管总重量为21.5t）为例，分析管棚在现场施工中的实际费用。5.1套拱费用套拱为C25钢筋混凝土，其费用根据地材价格确定。5.2 人工费(1)加工管棚钢管：214.5 工日。包括割、焊钢管锥形探头，钢管施钻8 mm出浆孔等；(2)加工钢管丝扣接头：20 元/个；(3)搭工作架、布设水、电、气管路等准备工作：18 工日；(4)钻机就位、钻孔、扫孔、顶管、注浆：5 157.6 h；(5)五龙山隧道管棚施工人工费约为63元/吨。5.3 机械台班费（1）钻机：53.76 台班；（2）电动空压机（20m3/h）：53.76 台班；（3）压浆机（50 L）：1

11、4.49 台班；（4）拌浆机：14.49 台班。（5） 材料费锯木：35.2 m；钢管：21t；砂浆（30#）：10m；水泥（P032.5级）：43.71t；水玻璃（35波美度）：38.48t；磷酸氢二钠（缓凝剂）：0.88 t。以上各项费用均需根据地材价格确定，五龙山隧道管棚费用按隧道延米分摊计：10810元/m。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，增加了隧道洞口段施工安全度，提高了隧道的长期稳定性，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，地质资料可为指导洞身开挖提供依据。笔者认为，长大管棚可以加固堆积层和断层破碎带等不稳定围岩，能有效防止开挖的围岩松动，但因土体均匀性较差，加上长度较长，棚管有可能偏离设计位置较大，棚管施工精度一直是管棚施工中的重点、难点问题。管棚法对穿越小范围破碎或松软围岩尚可，而其范围较大时，管棚法的有效性则差一些，这主要表现在开挖到管棚的另一端时，常因其顶部荷载较大而下坠，导致下一步施工困难。因此，在使用管棚法时还应注意具体的地质条件。目前五龙山隧道已施工过管棚地段，效果良好。图5 长管棚施工完成图