大跨径浅埋隧道108长管棚施工工法.docxVIP

大跨径浅埋隧道长管棚施工工法 中交一局总承包公司  李建军 1 前 言 在隧道新奥法施工中，大跨径、浅埋段的超前支护和 初期支护是施工安全的关键工序,支护的技术手段比较多， 如初喷、锚杆、拱架、超前小导管等，但支护效果与适用 范围却有很大差别。长管棚是由钢管和钢拱架组成。它是 利用钢拱架沿着上部开挖轮廓线以较小的外插角向开挖面 前方打人长度10～45m钢管构成的管棚，从而形成对开挖面 前方围岩的顶支护。设置长大管棚的超前支护能够使围岩 体和支护系统形成统一的承载结构体系，它也是对初期支 护的加强和提前延伸。另外在浅埋段拱顶上部根据围岩情 况同时增设地表及帷幕注浆也有效的解决了浅埋段围岩薄 弱，不能形成连续承载体的矛盾。本文结合长大管棚的特 点，对其施工方法、原理、使用效果进行了分析，总结形 成本工法。 2 工法特点 其工法的主要特点是通过地表注浆对长管棚施工区域进 行加固，通过长管棚置入对隧道开挖掘进施工区域进行加 固。本工法主要针对 Φ108 长管棚的施工进行工法总结，地 表注浆因为不具备代表性只做简单介绍。 2.1 地表注浆施工特点 竖向范围为开挖轮廓拱顶以上 5 米至拱底以下 2 米，隧 道开挖轮廓内不注浆；横向范围为开挖轮廓以外 6 米。 先行地表钻孔，钻孔孔径为 62mm，之后在钻孔内插入 Φ50 的钢管，钢管下半段设置注浆孔，通过钢管向围岩注 浆。 注浆浆液的配置为：水灰比 1：1.08，同时掺加 3%水玻 璃（模数=3,波美度 Be=35）作为速凝剂。注浆时可根据实 际情况掺加氢氧化钙（速凝剂）或磷酸氢二鈉（缓凝剂）， 注浆压力 0.5～1.0MPa。上述配合比及注浆压力要根据地质 围岩的不同通过实验进行调整确定。 单管注浆量计算公式为： Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β 式中：r -钢管半径，L -钢管长度， R -浆液扩散半径， 取 0.5m；η-地层孔隙率，风化片岩、千枚岩经测试η为 6%；α-浆液充填率，取0.9；β-浆液损耗系数，取1.15。 2.2 长管棚施工特点 管棚是利用钢管作为纵向支撑、钢拱架作为横向环形支 撑，构成纵、横整体，刚度较大，能阻止和限制围岩变形， 并能提前承受早期围岩压力。 管棚一次超前量较大，支护搭接少，节省材料。相比采 用超前小导管支护减少了安装次数和开挖作业之间的干扰， 有利大型机械进行大断面开挖。 3 适用范围 管棚适应于特殊困难地段，如严重风化岩体、塌方体、 千枚岩、片岩地段、砂土质地层、强膨胀性地层、强流变 性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带，岩锥地段、浅埋区 域、洞口偏压等区域的隧道洞门开挖施工。 4 工艺原理 经注浆处理和管棚施工，能够将开挖面周围松散土层固 结为整体，形成一道持力圈。隧道开挖后围岩应力出现重 新分布，拱部应力经固结层与管棚传递给支撑拱架。由于 拱架之间相互连接便形成了整体支护。 4.1 管棚支护结构设计要点： 4.1.1 钢管外径Φ108mm，壁厚6mm，环向间距30cm.在 拱部90°范围内布置。管棚长度一般为30m，可采用分段连 接，每节长为4～6m，并用丝扣连接，丝扣长度≥15mm。 4.1.2 管棚支护结构，一般按松弛货载理论进行设计。根 据围岩地质条件及力学计算，如需要可采用钢管内灌注水 泥砂浆、混凝土或钢筋笼加灌水泥砂浆．来增加钢管刚度。 4.1.3 纵向两组管棚间，应有≥1．5mm的水平搭接长度。 钢管宜采用沿隧道开挖轮廓纵向接近水平方向设置，外插 角1°～2°；钻孔孔径比钢管直径大2～3cm。 潜孔钻机就位钻 潜孔钻机就位 钻孔 清孔 管棚钢管安装 围岩注浆 放置钢精笼 砂浆填充 5 施工流程 地质调查 测量定位 劳材机准备 套拱 施工 隧道掘进开挖管棚钢管制作 隧道掘进开挖 管棚钢管制作 水泥浆配制 6 操作要点 6.1 管棚加工： 钢管一般节长6m，一端制成尖头，便于钢管顺利插入孔 内。另一端加工成丝扣，杆身按照每100mm钻一个孔径为 Φ6～8mm的注浆孔，梅花形布置。 6.2 测量定位： 按设计资料经现场实测确定每根管棚的具体位置，并用 醒目的油漆标识清楚。 6.3 施作套拱及导向管 首先，在开挖轮廓线以外施作混凝土套拱作为长管棚导 向墙。浇注前，应在套拱内按设计仰角安设孔口管起导向、 固定作用。导向孔口管规格Φ127*4。导向管由定位筋焊接 固定在钢拱架上 6.4 搭设支架与调试设备： 管棚位于隧道拱部，施工时先用钢管搭设支架，将钻机 导梁固定在支架上，并将装好角度指示器的钻机固定在导 梁上，通过调整支撑杆来调整导梁的倾角，满足管棚设计 倾角的需要。再将钻机固定好，钻机就位处的土层应进行夯 实，确保在钻进过程中，钻机不发生倾斜或滑动。钻机的 底坐应用水平尺或水准仪将其调平。钻臂的仰角与设计仰 角相同。防止施工