高精度长大管棚预支护施工技术探讨①

李春波

(中铁十六局集团有限公司，北京 100018)

高精度长大管棚预支护施工技术探讨①

李春波②

(中铁十六局集团有限公司，北京 100018)

北京首都国际机场西跑道管棚预支护工程一次性打通φ325mm长148.3m管棚在国内尚无先例。本文介绍了该工程的施工工艺流程及各工序的技术要求，阐述了本工程管棚管铺设所采用的关键技术措施，以期对类似工程提供参考。

大管棚;施工工艺流程;施工技术

0 引言

北京首都国际机场西跑道高精度长大管棚预支护工程一次性打通长148m，φ325mm管棚在国内尚无先例。目前国内地下工程界，采用的管棚支护多为φ159mm管，长度仅60m左右，适用于小跨度纯暗挖隧道。本文探讨了该工程所采取的主要施工技术，以期对类似工程提供参考。

1 工程概况

箱涵设计外结构线宽13.7m，高6.45m，涵洞长度148m，结构顶面距地面3.2～6.7m。顶进框架式隧道采用涵顶超前大管棚支护：棚管长度148m，总根数23根，棚管中心距0.65m;棚管中心距箱涵结构外缘0.5～0.7m;棚管采用Ф325× 10mm螺旋钢管。管棚位置示意图如图1所示。

图1 管棚位置示意图(单位：m)

1.1 水文地质及工程地质

1)该区土层自上而下依次为黄褐色人工填土;黄褐色粉质粘土;褐灰色粘土或粉质粘土，土体状态均为软塑。

2)地下水埋深为3.8～5.2m。滑行道两侧因先期降水，实际地下水位已低于工作面。

1.2 设计要求

1)管棚打设采用水平定向钻进并回拖棚管的施工方法。

2)管棚打设精度：水平0.24m，垂直0.24m，误差率不大于3%。

2 施工工艺流程

本工程采取的施工工艺流程如下：

工作面基础开挖打造→三通一平→人员设备进场→地板轨道铺设→设备安装调试→调试钻机方位及倾角→安装探头、钻头(标定)→冲洗液循环→导向钻进→回次加尺→导向钻进→直至设计位置→一次扩孔→二次扩孔→铺设棚管(拉管)，同时进行管外环状间隙浆液置换(环状注浆)→安装灌浆装置→混凝土灌注(管内注浆)→管头封堵。

3 各工序技术要求

3.1 工作面要求

安放15B钻机的工作场地高程低于南端管棚管管口设计高程1.30m为宜。施工区域应无其他妨碍施工、拉管的障碍物。保证工作面三通一平。

3.2 调试钻机方位、倾角

钻机孔位、入孔方位角、倾角必须在可靠的测量数据的基础上进行，孔位确需移动时，须报设计、监理各方同意，并计算回归角度。管棚管不允许向下倾斜，导向钻孔开孔角度可比设计角度上仰1‰～2‰，并在后50m回归设计轨迹线，以避免扩孔时钻孔中心线下移而造成棚管侵线。

3.3 钻头、探头安装

每孔探头必须使用新电池，探头必须压紧，不得松动。探头盒、钻头连接丝扣必须完好、合适，并要拧紧。探头标定长度误差要求小于1%。为保持导向角度稳定性，钻头后部用6mФ90mm钻杆连接，然后再连接Ф60mm钻杆。同时，钻头水眼要保证畅通，钻杆必须完好、畅通，不得有明显弯曲。

3.4 冲洗液流道系统

冲洗液一般用请水，必要时可用膨润土加适量火碱配置而成，其配比根据土层及成孔状况确定。为减少泥浆外排量，经过滤后的合格污水、泥浆可以循环使用。水泵应保持良好，根据不同工种、地层合理调节泵量。

3.5 导向钻进

导向钻进前要对钻机定位，方位角及倾角，冲洗液流动及导向仪显示情况等进行全面复检，确认正常后开钻［1］。钻进前必须开泵，待冲洗液流动正常后方可钻进。导向钻进一般宜中、低压力，中速匀速前进。导向技术员随着钻进加尺，必须时刻观察角度、深度变化情况。当与设计轨迹偏差大于2‰时，应及时纠偏;当纠偏无效，偏差大于4‰时，应中止钻进，及时报告技术负责人或项目经理，研究对策后再继续施工。导向孔前70m按每20m一段、后70m按每10m一段，分段进行地面高程与深度校正，有偏差时要调整角度回归。应认真记录导向数据及钻进加尺情况。

3.6 一次扩孔

扩孔钻头采用中截面直径为Ф200mm的橄榄形钻头［2］。扩孔时要确保冲洗液的畅通，不得干扩。宜大、中水量，中速匀速扩孔。如带杆时，要加上万向接头，后带的钻杆要拧紧，并保持前后坑道通讯畅通，避免管钳、钻杆等伤人。

3.7 二次扩孔

扩孔钻头应采用中截面直径为Ф380mm的橄榄形钻头［3］。要保持冲洗液的畅通。回推扩孔钻头应加旋转回推，避免堵死或偏离。

3.8 管棚管焊接

管头焊接采用坡口焊接［4］。焊接时要使用大电流连续焊接，每个接头最少要焊接两遍，要求焊接处高度要高出管面2mm。接管时要求不得有较大的明显弯曲。管前端应有管帽及牢固的连接装置。因管材为不定尺螺旋管，焊接前要求尺量并标明各节管长度，认真配尺，尽量节约管材，减少焊口，并最大程度避免相邻棚管焊口出现在同一截面位置［5］。

3.9 管棚管铺设

管头与扩孔钻头连接必须牢固，中间要加万向接头［6］。要求加旋转，中速匀速拉管。如中途需焊管时，必须事先设计好管尾停留位置，以利于连接及焊接顺利进行。管长度及两端处留管长度按设计要求一次到位。

3.10 环状间隙浆液置换

在拉管的同时进行环状间隙注浆，注浆采用浆液置换的方法［7］。当管棚拉入孔内50m左右时，将预先配置好的混合浆替代冲洗液注入孔中，并从两端排出孔中泥浆，直至拉管完毕。

3.11 管内注浆

棚管打设完毕，统一进行管内注浆，浆液采用商品混凝土［8］。首先在待注棚管的低端口安装注浆装置，开启输浆泵，将混凝土从棚管低端泵入管中，从高端口排出空气;当浆液的液面达到端口时，停止输浆泵运转，低端口单向阀自动关闭。

4 管棚铺设关键技术措施

本工程设计采用“导向扩孔拉管法”铺设棚管［9］，采取了以下关键技术措施：

1)采用FDP－15B(或15D)水平定向钻机为主机，Ф60mm钻杆为主钻杆。钻杆前端安装导向专用钻头(内装有导向探头)。采用美国月食导向仪或英国386导向仪全程监控，随导向钻进加尺(当方位角、倾角、深度偏离设计导向轨迹时，随时纠偏)将钻杆依次打入，直至达到预定位置。根据地貌情况，导向孔由南区向北区穿越。

2)一次扩孔，即将导向钻头换为Ф200mm扩孔钻头，由北向南依次回扩成孔，同时将36T钻机专用的Ф90mm钻杆逐根带回到南面孔口(如带杆不便，可由36T钻机由北向南沿孔推进)。

3)二次扩孔，即北面将Ф90mm钻杆与36T钻机连接，南面换上Ф380mm的扩孔钻头，由南向北扩孔，直至全部成孔后，将扩孔头回推到南面孔口。

4)拉管，将预先焊接牢固的Ф325mm× 10mm钢管用连接管头与扩孔钻头连接，内加万向接头，然后依次由南向北回拖，直至达到棚管预定的铺设长度为止。

5)环状间隙注浆，在拉管的同时，将混合浆注入孔中，置换出原孔中泥浆，将环状间隙充填。

6)管内注浆，安装管口注浆装置，将C30混凝土从低端口注入管中，并从高端口排出空气［10］。

5 结论

本工程一次性打通φ325mm长148.3m管棚在国内尚无先例。合理的施工工艺流程，针对各工序提出的科学细致的技术要求是保证工程顺利完成的前提。

本工艺采用无线信号遥控探测接收与发射仪器控制钻头在土中的三维坐标与姿态角，保证了纠偏精度，从而完成长148.3m的导向孔。

完成扩孔后，用钻杆作牵引，将φ325mm，厚10mm的钢管逐步焊连后，以大型拖管钻机作动力将钢管从孔一端拖至另一端。测量定位无误后，在管内泵入C30砼，形成土中弹性地基上的梁，支撑住箱涵前端一定范围上部土体，从而有效防止了塌方。

［1］顾翠莲，夏才初，李向阳，由广明.软土地层管幕一箱涵推进工法阻力计算研究［J］.地下空间与工程学报，2007，3(1)：129－131

［2］华国强，沈桂平.软土地层管幕内箱涵推进阻力的计算分析［J］.中国市政工程，2007，z1：64－66

［3］肖德成.北京地铁西单车站大管棚超前支护技术［J］.铁道建设技术，1994

［4］苏均.长管棚技术在广州地铁区间隧道中的应用［J］.铁道建筑，2002

［5］陈晓东.管棚法在黄土隧洞塌方处理中的应用［J］.水利水电施工，1996(4)：83－85

［6］陈锡麟.管棚法浅埋暗挖工艺穿越铁路.市政工程，1998(2)：50－55

［7］杜彬，李俊喜.隧道大管棚支护施工技术［J］.铁道建筑，1999(9)：12－14

［8］左永江水平管棚注浆支护技术在穿过高速公路工程中的应用［J］.建井技术，2002，23(3)：39－41

［9］由广明，王晓形，刘学增，蔡永昌.软土地层管幕内箱涵顶进推力控制［J］.岩土工程界，2006，9(2)：54－56

［10］李美玲，袁金荣，王秀志.大断面管幕箱涵顶进的箱涵结构设计及稳定性分析［J］.岩土工程界，2006，9(2)：76－80

Discussion on Construction Technology of High－precision and Long－large Pipe Roof

LI Chunbo

(China Railway 16thBureau Group Co.，Ltd，Beijing100018)

The High-precision and Long-large Pipe Roof of Beijing Capital International Airport west runway penetrated φ325mm 148m long pipe roof by precision for one-time，there is no precedent in China.In this paper，the author introduces the construction process and operation points，elaborates the key construction technology of pipelay in this engineering.It can provide references for the similar engineering.

large pipe roof;construction process;construction technology

U455.49

A

文章编号：1672－7169(2011)04－0048－03

2011－08－22

李春波(1975－)，男，内蒙人，硕士，中铁十六局高级工程师，主要从事铁路工程的施工和管理工作。