管棚施工技术在淘金山隧道的应用

范世鸿

1 概况

2 施工工艺

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

2.2 机具选择

机具选择见表1。

表1 机具选择

2.3 工艺说明

2.3.1 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。

2.3.2 施作混凝土导向墙

1)作为长管棚的混凝土导向墙，在明洞外廓线以外施作，导向墙内埋设两榀工字形钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体。为防止钢支撑和导向墙在施工时沉降，在拱脚处施作100 cm×100 cm×30 cm的混凝土支座，并预埋可焊接钢筋。

2)孔口管作为管棚的导向管，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。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置;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工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。

2.3.3 搭钻孔平台安装钻机

1)钻机平台一般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、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线和孔口管轴线相吻合。

2.3.4 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;钻进时产生塌孔、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 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，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，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。根据开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。

2.3.5 清孔验孔

1)用地质岩芯钻杆配合钻头(φ 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)用高压风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。

2.3.6 安装管棚钢管

1)钢管在专用的管床上加工好丝扣，管棚四周钻孔径10 mm～16 mm，孔间距为15 cm的注浆孔，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段110 cm;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。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50%，相邻钢管接头至少错开1 m。

2.3.7 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1∶0.5;水泥浆水灰比 1∶1;水玻璃浓度35 Be′;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 MPa～1 MPa，终压2 MPa，持压15 min后停止注浆。4)注浆结束后及时清除管内浆液，并用M7.5水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。

2.4 劳动力组织

一台钻机三班作业，每小班劳力组织为:技术人员1人、领工员1人、班长1人、修理工1人、电工1人、电焊工1人、钻工2人，小计8人。合计 8人/班×3班=24人。

3 质量控制

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。2)钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°，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20 cm～30 cm。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)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。5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。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。

4 管棚费用评价

4.1 导向墙费用

1)导向墙Ⅰ18工字钢:0.985 98 t×6 000元/t=5 916元;2)孔口管(φ 140 mm×5 mm 无缝钢管):0.815 85 t×5 000元/t=4 079元;3)固定钢筋(Φ 25钢筋):0.228 69 t×4 850元/t=1 109元;4)普通混凝土(C20):18.6 m3×255元/m3=4 743元。

4.2 人工费

1)管棚:4工日/10 m×1 960 m×60元/工日=47 040元。包括场地清理、搭拆脚手架、布眼、钻孔、清孔、钢管制作、运输、就位、顶进割等;2)加工钢管丝扣接头:50元/个×343个=17 150元。

4.3 机械台班费

1)地质潜孔钻机:39台班×432元/台班=16 848元;2)电动空压机(20 m3/h):5台班×674元/台班=3 370元;3)压浆机(50 L):6台班×36元/台班=216元;4)拌浆机: 6台班×20元/台班=120元;5)挖掘机(320型):22台班×1 000元/台班=22 000元。

4.4 材料费

1)锯木:0.002 5×(1.86+196)m3×1 200元/m3=594元(一次摊销);2)φ 108 mm×6 mm 钢管:31.455 64 t×6 280元/t=197 541元;3)砂浆(M7.5):17.95 m3×218元/m3=3 913元;4)水泥(32.5级):1.35 t×355元/t=479元;5)水玻璃(35 Be′):5.624 m3×0.310 68 t/m3×950元/t=1 660元;6)磷酸氢二钠(缓凝剂):5.624 m3×0.007 33 t/m3×4 500元=186元。

以上4项费用合计:326 966元;

φ 108 mm×6 mm管棚费用按每吨钢管计:

326 966元÷31.455 64 t=10 394.5元/t;

按隧道延米计:326 966元÷40 m=8 174.15元/m。

5 结语

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，增加了施工安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。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。管棚施工工艺的引用和设备的选型对今后的隧道管棚施工具有借鉴和指导作用。

[1] 铁路隧道施工技术规范[S].