高精度大管棚在浅埋隧道下穿城市快速路施工中的应用

□文/陈立龙 和振海

高精度大管棚在浅埋隧道下穿城市快速路施工中的应用

□文/陈立龙 和振海

某地铁停车场出入段线区间隧道下穿机场快速路，控制隧道开挖及支护期间的沉降是重中之重，现场施工中结合围岩情况，通过控制60 m长大管棚的施工精度，大大提高围岩及超前大管棚支护段的整体性，达到控制沉降的目的。文章结合工程实例介绍了高精度大管棚的施工精度控制技术。

隧道；高精度；大管棚；浅埋；下穿；快速路

1 工程概况

某地铁停车场出入段线区间隧道全长692.2 m，为双线单洞马蹄形断面，采用矿山法施工。下穿快速路段隧道埋深约 9～12 m，长92.3 m，为34‰的下坡。

下穿隧道覆盖层主要为人工填土、红粘土及部分粉质粘土。为有效控制地表沉降，保证洞内施工及地表行车安全，在隧道下穿快速路段开挖前一次性施作60 m长的φ159 mm高精度大管棚，对围岩进行预加固。

2 高精度大管棚打设方法

高精度大管棚采用φ159 mm热轧无缝钢管，壁厚10 mm，间距400 mm，设于拱部144°范围，沿开挖轮廓外布置，见图1。

图1 管棚布置

管口中心外放至距开挖轮廓线300 mm，考虑到隧道为34.00‰的下坡，拟定竖直角为-1.95°，外插角控制在1°，采取6 m超长水平定向钻机，控制每节跟管长度6 m。

采用“有线仪器定向，一次性跟管钻进法”施工，即成孔和埋设管棚一次完成。该方法要求在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向，根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的钻头（楔型钻头）改变钻进方向，从而按设计要求完成各种超前管棚的施设。

钻头内装有特制的传感器，传感器直接由15 V直流供电。显示屏显示钻头的倾角(水平角度)、面向角(导向板的方向，导向板朝上即为12点，如同钟面)。打设角度如果偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。所以导向钻头是上下纠偏的关键。至于左右偏差根据传感器尾端的发光装置来定，通过仪器测量参数来纠偏。

3 施工工艺流程

人员设备进场→铺设“H”钢轨道→设备组装调试→埋设孔口管→调试钻机（方位、倾角）→钻具组装进孔→冲洗液循环→导向钻进→回次加尺（接线、接口补焊）→孔斜测量→导向钻进→直至设计深度终孔→回取探头盒→管内及环状间隙注浆→移至下一孔位。

4 设备安装及施工控制要点

4.1 钻机平台安装

钢垫板规格=长×宽=250 mm×250 mm；胀管螺栓直径=16 mm；钢垫板与基础固定牢固；H型钢钢轨找平误差＜3 mm；底盘对角线找方误差±3 mm；斜拉筋需绷紧，交叉拉力基本相等；四柱对角误差±5 mm。

4.2 调试钻机

在测量放样的基础上根据计算后的数据进行钻机入孔的方位角及倾角调整，钻机入孔钻进后，发现偏差及时调整。

4.3 钻具组装

钻头楔掌板旋转直径≤152 mm，楔型面与钻具（钻杆）交角≤20°；水眼直径为8～10 mm；钻具前部的导向钻头，探头必须经检验合格，性能可靠，安装齐全；探头盒后部加装灯光以备测斜之用。

4.4 泥浆系统

1）泥浆配合比根据地层情况确定。泥浆需经充分搅拌，均匀配制而成。配制时，必须严格执行配比。

2）泥浆必须先配制好后再使用，严禁使用中同时加清水、加料。

3）在施工过程中，应根据不同地层，合理调节泵压、泵量，以免因泥浆不足引起通道堵塞或因过大导致过量泥砂外排。此工程中，一般宜取中低压、中小水量。

4.5 导向钻进

1）导向钻进前应对钻机定位情况、方位、倾角情况，孔口管对中情况，冲洗液流通以及导向仪显示情况进行全面复检，确认正常后进行试钻。

2）钻进前须先开泵，待冲洗液流通正常后，方可钻进。

3）钻进时，泵压应控制在 0.6～1.0 MPa，泵量为10～3 L/min。保持中低压力，匀速中速钻进。

4）为防止孔内土体坍塌，控制沉降，必要时需采用孔内保压措施。要始终保持回水量小于或等于进水量。

5）导向现场控制人员随着不断钻进，必须时刻观察探头角度变化情况，角度偏差＞0.3°时，应及时纠偏。当纠偏无效、偏差＞0.6°时，应停止钻进，研究对策后再施工。现场须及时进行导向数据记录和钻具前端长度及每次加管长度详细记录。

6）钻孔出现涌水时，应尽量保持泵压，泵量不能变小，以平衡孔内压力。

7）泥浆不正常时，严禁继续钻进。

4.6 接线和焊接

1）每根管在接管前必须进行质量检查。管材不得有弯曲，丝扣四周壁厚均匀，丝扣完好合格。管材内的铁屑、脏物及锈皮等必须清除干净。接管时避免与硬物相碰，以免损伤管扣。

2）钻进中，每次加尺后，须先钻进后进行棚管丝扣接缝焊接（即先钻后焊），以免钻进时的扭力造成开焊。要求每个接缝焊接进行检查，保证焊接质量。

3）连接的电线应选用导电性能好，外壳绝缘性能好且耐磨的电线。接头处要用两层热缩套管套好，用热吹风机吹烤贴牢。

4）不得将异物遗留或掉入管内。

4.7 探头盒取回及终孔注浆

1）用预置的φ8 mm钢丝绳将探头盒取出，取出时应每10 m测量一次孔斜情况。

2）单孔验收合格后，通过管内压注水泥浆，对管内及管外环状间隙进行充填。大管棚上钻孔注浆，孔径10～16 mm，孔间距≯20 cm，呈梅花型布置，尾部留≮100 cm的不钻孔止浆段。注浆压力为1.0～2.0 MPa，具体注浆压力及注浆配合比由现场确定。

4.9 管棚施工注意事项

管棚施工精度要求高，钻孔间距小，一次施作长度长，施工难度大。为保证质量、保工期、顺利完成，必须严把质量关，必须认真执行以下质量标准：

1）单孔开孔间距为400 mm，开孔孔位偏差≤±50 mm，若须移位，应调整开孔角度进行回归；

2）开孔孔位距隧道开挖线设计为300 mm，不允许向内偏斜；

3）管棚的偏斜应控制在5‰以内，终端最大控制间距为300 mm；

4）为保证钢管连接的同轴性，每根钢管都必须加车4 mm丝扣，采用丝扣连接，丝扣连接一定要拧紧、到位；

5）终孔后，管棚的注浆压力控制在0.4～0.8 MPa，注浆压力不宜过大，注浆量以出浆口流出水泥浆为准；

6）管棚打设长度与设计长度误差≯200 mm。

5 施工过程及效果评析

开挖揭示后实测管棚施工误差在18 cm以内，未出现侵限割管等情况，隧道拱部管棚与围岩固结成一段60 m长大护拱。大管棚施工完毕后，进行开挖及支护，采取仰拱、二衬紧跟的方法，安全通过了下穿快速路段，施工期间路面最大累计沉降值仅为32 mm，达到了预期控制目标，保证了隧道及道路安全。

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□和振海/中铁十二局集团有限公司。

U449

C

1008-3197（2013）05-50-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2013.05.019

2013-04-03

陈立龙/男，1980年出生，工程师，昆明轨道交通有限公司，从事轨道交通施工技术管理工作。