超长管棚一次性跟管钻进导向技术

赵子龙

【摘要】本文介绍了浅埋暗挖隧道穿越城市道路超长管棚一次性跟管钻进施工工工艺和控制管棚钻进方向的成功控制经验，仅供同行参考。

【关键词】浅埋暗挖；跟管钻进管棚

1.前言

浅埋暗挖隧道是上部覆盖层不足洞跨2倍的隧道，此类隧道开挖会引起周围地表围岩的较大沉降与变形，这种现象如果没有得到有效的控制，将不可避免的诱发各种灾害，甚至造成一定的经济损失和人员伤亡，因此在隧道穿越城市道路时对沉降提出了更严格的要求。隧道开挖必须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”的原则进行，超前管棚支护作为浅埋暗挖隧道洞口开挖以及穿越城市道路、房屋等施工中不可或缺的工序，是保证隧道施工安全生产的基本组成。

2.工程概况

莞惠城际铁路GZH-6标暗挖区间隧道，其起点里程DK33+022.303，终点里程DK33+835.447，隧道穿越新城路与迎宾路交叉口、工业东路与迎宾路交叉口，拱顶埋深为8～10m，道路周围地下管线密集，种类繁多，两条道路处于多管辖区域交界处，车流量较大。

隧道左线GDZK33+036～GDZK33+166、右线GDK33+035～GDK33+166段洞身位于新城路与迎宾路交叉口下方，岩层为粉质粘土及全风化混合片麻岩地层，拱顶埋深约11m，在隧道穿越新城路路与迎宾路交叉口时拱部120°范围内设置超前长管棚支护。为方便管棚施工，隧道左线GDZK33+029～GDZK33+036、右線GDK33+029～GDK33+36段拱部150°范围内将开挖断面半径增扩1.12m作为管棚施工工作室，施工临时仰拱作为管棚钻机安放平台。每条隧道共计29根管棚，分2次施工，每次施工67.5m，施工完毕一段开始开挖初支，下段工序重复上一段工序施工，管棚搭接不小于3m。

3.管棚施工前期准备

3.1管棚工作室施工

管棚工作室沿线路方向长7m，拱顶位置挑高约1 .12m，管棚施工完毕后安装内层环向钢架，喷射混凝土至设计断面。施工时管棚工作室分为1m过渡段和6米扩挖段，过渡段分2榀钢架过渡。

管棚工作室开挖每循环进尺0.5m，开挖后对岩面初喷4cm厚C25混凝土，及时安装钢架，钢架间距0.5m，连接板密贴，螺栓固定牢固，钢架底部垫方木，并施作长3.0m锁脚锚杆，采用L型钢筋将锁脚锚杆与钢架焊接牢固，钢架间纵向连接筋间距1.0m，内外双侧布置，拱部施工超前小导管，超前小导管长度3.0m，环向间距0.33m，小导管注浆采用1：1水泥浆液，注浆压力0.1～0.3MPa，边墙设置长3.5m，螺纹Ф22砂浆锚杆，锚杆环向间距0.8m，纵向1.0m。喷射混凝土厚度不小于设计30cm。

4.超前大管棚施工技术

4.1管棚施工测量放线

测量人员准确放样，标出隧道中心线及拱顶高程，并在断面上测设出管棚孔口的位置，对孔口进行编号，并做好标记。

4.2.2导向墙施工

1）长管棚导向墙厚1.12m，延米长度为1.0m，采用C20钢筋混凝土。导向墙在明洞外轮廓线以外紧贴掌子面施做。支撑稳固后，内外模采用2cm木模安装。导向墙内埋设I20a型工字钢支撑，纵向间距50cm/榀，工字钢与管棚孔口管用Φ16钢筋焊接成整体，保证孔口管的位置和角度准确，然后进行导向墙砼的施工，待套拱砼强度达到85%时开始长管棚的施工。

2）管棚的导向管选用φ127×5mm钢管，其平面位置、倾角、外插角的安装准确度直接影响管棚的质量。用全站仪以坐标法在工字钢架上定位出其平面位置，布设范围为衬砌拱部120°范围内，环向间距33cm；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角1°；用前后差距法设定孔口管的外插角。

4.2.3 钻机安装就位

安装钻机前首先安装钻机底座，底座需四角找平，钻机平台稳立在水平底座上，通过钻机平台上下调节来控制钻机上扬角度，通过对底座上四个支腿的左右移动来调节钻机的外摆角度。孔位对准完毕后将钻机调节螺母全部固定牢固，防止钻进过程中钻机移动。

4.2.4 管棚管节加工制作及连接

钢管在专用的管床上加工好丝扣，导管四周钻设孔径10mm注浆孔，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段2.0m，钻头楔掌板旋转直径Φ≤115mm，楔型面与钻具（钻杆）交角≤20°。

4.2.5导向装置安装

导向探头为长度约50cm，直径约3cm圆柱体，安装于最前端管节内部，固定于钢管中心，探棒轴线与钢管同轴线，外接导线与φ8mm钢丝绳自钢管末端伸出，以方便测量与取出，在钻进过程中随时与有线导向仪显示设备连接以确定钻进方向，并做出相应调整。

4.2.6钻机钻进及方向调整

钻机开钻时，保持低速低压，掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。钻机开孔时钻速不易过高，钻进过程中输送高压水至钻头部位以便将钻渣带出，防止卡钻，第一节钻杆钻入岩层尾部剩余20～30cm时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻杆，钻机低速反转，移出钻杆，钻机沿导轨退回原位，人工再装入第二根钻杆，并在钻杆前端安装好连接套，方向对准后连接成一体。装管完毕后将钢丝绳穿过新加管节并留出测量接头。

钢管接头布置：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%，管棚单双序孔的连接丝扣宜错开至少1m。

每钻进5m需使用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过中出现的偏差问题。

方向纠正：钻机顶进钢管5m后暂停钻进，使用导向显示设备连接钢管预留导线接头，测量探测棒上下左右偏移数据，如果探测点位于地表投影线的右侧，则通知司钻略调整钻机朝9点方向进行顶进；如果探测点位于地表投影线的左侧，则通知司钻略调整方位角向3点钟方向进行顶进。每次顶进长度为0.5m，直到测量点方向符合设计值再进行正常钻进。

4.2.7 压水试验并注浆

（1）注浆材料：采用0.8：1～1：1水泥砂浆，水泥采用P·O42.5R普通硅酸盐水泥。

（2）注浆前将自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管设置有出气管与进浆管，由阀门来控制开关。然后安装20mm塑料管作为排气管，用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，连接注浆所需各种管路，防止漏浆。

（3）关闭孔口阀门，开启注浆泵进行注浆压水试验，试验压力等于注浆终压。

（4）注浆时，采取低压力、中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10min，结束注浆。

（5）注浆结束标准及效果检查：

1）单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80%；或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。

2）全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象。

3）达不到结束标准，应补充或重新注浆直到满足要求为止。

5.结束语

管棚施工多用于隧道洞口的超前支护，但城市地铁多为浅埋暗挖隧道，隧道在穿越地表建筑物、池塘、公路时，因无法保证降水，而存在地下水位高、岩层差等不利于隧道开挖的因素影响，还需要严格控制上方的地表沉降，因此超前大管棚支护不可避免要在隧道内施工。采用一次性导向跟管钻进法在隧道内施作长管棚是保证隧道正常施工，避免风险的一道有力保障。

参考文献：

[1] 施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社，1997

[2] 阳军生，刘宝琛.城市隧道施工引起的地表移动及变形[M].北京：中国铁道出版社，2002

[3] 张庆贺，朱合华.地铁与轻轨[M].北京：人民交通出版社，2002