隧道管棚施工教程(隧道管棚施工工艺工法)

一、适用范围

超前大管棚施工机理:洞口暗挖段考虑到埋深浅、易塌方,设计主要采用超前大管棚进行防护。

一般采用的进洞方法是:首先开挖明洞段拱部部分,并根据设计进行边、仰坡支护处理,再施做C20砼套拱,然后施作超前长管棚,最后在管棚支护下可以安全进洞。

本工艺工法适用于成渝客运专线隧道工程。

二、作业准备

施作管棚套拱先安装套拱内拱架和导向钢管,立模、浇筑套拱混凝土后再钻孔、顶管、注浆、封口,即完成管棚施工。

三、技术要求

洞口土方开挖须避开雨季施工。开挖前先施工截水沟、天沟等排水系统,后进行洞口开挖。明挖段开挖应自上而下逐层进行,随开挖随喷混凝土进行边、仰坡防护。至暗挖段拱顶开挖轮廓线高度时,垂直下挖至设定的上半断面底部,临时喷设混凝土封闭暗洞掌子面。沿开挖轮廓线环向掏槽,安装2榀型钢钢架(型钢尺寸按设计文件),浇筑混凝土,为暗洞开挖作准备。

隧道管棚施工教程(隧道管棚施工工艺工法)(1)

四、 隧道管棚的工艺流程

大管棚施工工艺流程见图1。

隧道管棚施工教程(隧道管棚施工工艺工法)(2)

图1 长管棚钻孔工艺流程图

五、大管棚施工要求

(1)为保证成孔质量,防止邻孔钻进时前面的成孔坍塌,钻孔间隔进行。先钻奇数孔,后钻偶数孔,成孔直径为φ140mm,以便顺利安装φ108×6mm钢花管。即采用大引导孔施工,最大程度上克服在顶管施工作业中送管难的情况发生。

(2)施作长管棚时(φ108×6mm),打孔角度洞口段为1°~3°,环向间距40cm,每根长40m(每节长9m,采用长89cm套管连接),施作时每段应交错搭接3m,钢管上按间距15cm梅花形钻10mm的小孔。第一节钢管顶端做成锥型,以便顶进。φ108×6mm钢管采用4.0m和6.0m两种规格,奇数孔首根4.0m,偶数孔首根6.0m,其余的均为6.0m,以避免钢管接头在同一断面上。钢管采用套管联接。

(3)为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性,钻杆连接套应与钻杆材质一致,两端加工内螺纹(配合钻杆首位端外螺扣),连接套的壁厚≥10mm。为防止钻杆在推力和振动力的双重作用下,上下颤动,导致钻孔不直,钻孔时,应把扶直器套在钻杆上,随钻杆向前钻进向前平移。

(4)钻机立轴方向必须准确控制,在浇注好的套拱上标出孔位和孔号,孔号分为奇数孔和偶数孔,奇数孔采用无缝钢管,偶数孔采用梅花钢管。奇数孔成孔后及时安装钢花管或无孔钢管,压注水泥浆。偶数孔成孔后也必须立即安装钢管,防止塌孔,同时偶数孔的施工一方面可以检查奇数孔注浆质量,另一方面也可以进行补充注浆,提高注浆加固围岩的效果。

(5)施钻时,台车大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动影响施钻精度。

(6)钻机开孔时的钻速宜采用低速,钻进20cm后转入正常钻速。

(7)第一节钻杆钻入岩层,尾部剩余20~30cm时停止钻进,人工用两把管钳卡紧钻杆,钻机低速反转,脱开钻杆。钻机沿导轨复位,再装入第二根钻杆。

(8)引导孔的孔径较管棚钢管外径大15~20mm,孔深较管长长0.5米以上。

1、长管棚顶管施工

(1)顶管工艺:根据快速施工的要求,决定采用大引导孔和棚管钻进相结合的工艺,及先钻大于钢管外径的引导孔,然后利用钻机的冲击和推力(顶进管棚时凿岩机不使用回转压力,不产生扭矩)将安有工作管头棚管沿引导孔顶进,逐节接长管棚,直至孔底。

(2)管件制作:管棚采用Φ108的无缝钢管,钢管采用3m、6m管节逐段接长,连接接头采用厚壁箍,上满丝扣,丝扣长度为15cm;为保证受力均匀性,钢管接头应纵向错开,偶数第一节用3m,奇数第一节用6m,以后各节均用6m。管棚入土长度为24m。管棚接长时先将前一根钢管顶入钻好的引导孔后再行连接。第一根钢管前段要焊上合金钢片式空心钻头,以防止端部顶弯或劈裂。

(3)清孔检查钻孔合格后,安装钢管,应每钻完1孔便顶进1钢管,钻进中应经常采用测量仪量测钢管钻进的偏斜度,发现偏斜超过设计要求及时纠正。接长管件应满足管棚受力的要求,相邻管的接头应前后错开,避免接头在同一个断面受力。

(4)顶管作业:将钢管安放在台车大臂上后,凿岩机对准已钻好的引导孔,低速推进钢管,其冲击力控制在18~20MPa,推进压力控制在4.0~6.0MPa。

(5)接管:当第一根钢管推进孔内,孔外剩余30~40cm 时,开动凿岩机反转,使顶进联接套与钢管脱离,凿岩机退回原位,大臂落下,人工装上第二节钢管,大臂重新对正,凿岩机缓、慢、低速前进对准第一节钢管端部(严格控制角度),人工持链钳进行钢管联接,使两节钢管在联接套处联成一体。凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。根据管棚设计长度,按同样方法继续接钢管。

(6)封闭钢管尾部先用麻布条封堵管棚钻孔空隙,后用环形楔环顶紧,最后用电焊将楔形环焊接在管棚上。

(7)管棚管补强:为了加强管棚的刚度和强度,按设计将管棚钢管全部打好后,先用钻头掏尽钢管内残渣,进行棚管补强。

2、配制浆液

(1)水泥浆的搅拌应在高速搅拌机内进行,严格按照施工配合比进行投料,在钢管中注水泥水玻璃浆液,其配比为水泥:水玻璃=1:1,水泥浆水灰比1:1,水玻璃模数m=2.4,浓度Be=35,注浆时初压0.5~1MPa,终压2.0Mpa,注浆结束后用1:1水泥砂浆充填无缝钢管,以增强钢管强度和刚度。

(2)搅拌水泥浆的投料顺序:在放水的同时,将缓凝剂、外掺剂在水中按一定比例加入,搅拌溶解,再将需要的水泥倒入,搅拌2~3min。

(3)外掺剂的重量为水泥重量的5%-10%,缓凝剂的掺量占水泥重量的2%~3%。

(4)制备水泥浆或稀释水玻璃时,严禁水泥块或纸片进入浆液,放浆进入储浆桶时要用滤网过滤,以防止堵塞注浆泵。

(5)做好配置浆液的施工记录,并且在注浆过程中要做好注浆记录,为分析注浆效果提供依据。

(6)配置好的浆液存放在由低速搅拌器的储浆罐内,防止浆液由于存放时间稍长产生沉淀、离析等现象。

3、注浆

(1)安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆,浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。

(2)注浆材料:注浆材料为M20水泥浆。

(3)采用注浆机将砂浆注入管棚钢花管内,初压0.5~1.0MPa,终压2MPPa,持压15Min后停止注浆。注浆应满足设计要求,一般为钻孔圆柱体的1.5倍;若注浆量超限,未达到设计要求,应调整浆液浓度继续注浆,确保钻孔周围岩体与钢管周围空隙充填饱满。

管棚注浆顺序原则上遵循着“先两侧后中间”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则。注浆施工由两端管棚钢管开始注浆,跳孔进行注浆施工,向隧道拱顶钢管方向推进,开始时注浆的浆液浓度要低一些,逐渐加浓至设计浓度。这样做法有利于注浆的浆液向拱顶方向扩散,而且促进浆液的致密程度,利于防渗的要求。

孔号为偶数的管棚完成后,对这部分管棚进行注浆。长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内的土石设计,浆液扩散半径不小于0.5m,注浆采用分段注浆。

注浆控制要点

①为了保证管棚注浆施工作业顺利进行和保证管棚施工质量和安全,注浆前应做好止水止浆墙的施工:为防止注浆薄弱地段地下水涌出作业面及注浆时跑浆,注浆地段的起始处掌子面应喷射20CM厚混凝土(加单层钢筋网)。此后,每个注浆段终止处留出3米厚围岩作为止浆岩盘。

②注浆孔位要准确,定位偏差应小于5cm,孔底偏差不大于孔深的1%~2%。顶管施工作业过程中会使管内混入一些碎石和碎屑,在注浆施工前一定要用高压风水进行吹洗,如果管内仍有较大的碎石,应采用小于钢管内径的钻头,利用凿眼台车钻进将其钻碎,吹洗干净。

③拌浆时严禁纸屑等杂物混入浆液,拌好的浆液要过滤,未经过滤的浆液严禁进入泵体,以防堵塞。注浆过程中,要时刻注意泵口及孔口的压力变化情况,发现问题及时处理。双液注浆时,要经常测定混合气候的浆液的凝结时间,防止由于泵及管路故障,造成浆液比例改变而发生事故。注浆过程中,如发现孔口及工作面漏浆,要采取封堵,缩短凝胶时间及采用间歇注浆方式。做好钻孔、注浆记录,为分析注浆效果提供依据。注浆结束后,要彻底的清洗泵体和管路,以保证下次注浆安全顺利进行。

④注浆施工过程中如发现掌子面漏浆,应及时用麻布进行封堵。

⑤.注浆结束:进浆量小于20~25L/min;注浆压力逐步升高,达到设计终压后稳定10min以上;注浆结束后采用1:1水泥砂浆填充无缝钢管。完成长管棚注浆施工后,在管棚支护的保护下,按设计的施工步骤进行开挖。

4、严格注浆施工作业现场控制,保证注浆质量

注浆施工作业中,浆液注入的压力是一个最为关键的现场施工过程控制因素。根据流量计显示的孔口压力变化可以判断注浆施工的基本发展状况,并及时采取相应措施。

(1)压力逐渐上升,但达不到设计要求的压力。原因分析是:浆液浓度低、凝胶时间较长、浆液在碎石中形成劈裂脉或者是部分浆液溢出。此时应适度加大浆液浓度、小时间间隔注浆。

(2)注浆开始后压力不上升,甚至离开初始压力呈下降的趋势。原因分析是:表明浆液已经外溢。此时应该采取大浓度浆液和较低注入速度,如果情况无改变,则应先停止注浆。

(3)注浆压力上升后突然下降,表明浆液从注浆管周围溢走,或者是注入速度过大,扰动碎石岩层,或遇到空隙薄弱部位。此时应适度降低注入速度。

(4)压力反复升降,但总趋势呈上升态势。原因分析:由于注浆浆液的凝胶时间较短。此时应该是度调长浆液凝胶时间。

(5)压力上升很快,而注入速度上不去。原因分析:表明注浆岩层较为密实或者浆液的凝胶时间太短。

(6)压力有规律上升,即使达到容许压力时,注浆速度也比较正常,这表明注浆施工作业是成功的。

(7)压力上升后又下降,然而后来压力又再度上升,并达到设计的要求值。这可以认为该种情况的空隙部位已被浆液填满,此种情况也是成功的。

5、管棚注浆施工的结束标准

(1)单孔注浆结束条件。注浆过程中只要满足以下两个条件之一,即可认为单孔注浆达到设计的要求并可结束注浆施工。

单孔注浆结束条件:a、注浆压力达到注浆设计所规定的终压5.0MPa。b、单孔注浆量达到设计注浆量的80%以上。

注浆量的计算公式如下:

Q=A×β=л×R×L×β

式中:Q---总注浆量(M3);

A---注浆范围岩层体积(M3);

β---填充率,根据图纸及岩石地层的情况而定。

R---注浆半径(M);

L---注浆长度(M)。

(2)全地段结束条件:所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件,无漏注浆的情况。

六、劳动力组织

管棚施工由隧道专业架子队进行施工,严格执行标准化建设的1152管理模式,由队长和技术负责人主管主要负责,下设技术员、质检员、安全员、材料员、试验员各负其责,组织生产。

隧道管棚施工教程(隧道管棚施工工艺工法)(3)

七、材料要求

本线在首件认可的东胜隧道进出口明暗交界处设计超前Φ108大管棚,进口长30m,共46根;出口长25m,共46根。

设计参数:

(1)导管规格:外径108mm,壁厚6mm;

(2)管距:环向间距40cm;

(3)外插角:1~30为宜,可根据实际情况作调整;

(4)注浆材料:M20水泥浆;

(5)设置范围:拱部1200范围内;

八、设备机具及配置

隧道管棚施工教程(隧道管棚施工工艺工法)(4)

九、质量控制与检验

(1)管棚钻孔允许偏差及钢架安装允许偏差见标准见表3、表4。此外,长管棚应注意两次循环之间的搭接,大管棚长度不宜小于2m,两相邻接头不允许出现在同一断面内。

表2 管棚钻孔允许偏差

序号

项 目

允 许 偏 差

1

方向角

1ο

2

孔口距

±50mm

3

孔 深

±50mm

表3 钢架安装允许偏差

序号

项 目

允许偏差

1

间距

±100mm

2

横向

±50mm

3

高程

±50mm

4

垂直度

±2ο

5

保护层和表面覆盖层厚度

-5mm

6

钢架周边拼装

±3cm

7

平面翘曲

小于2cm

8

钢架节点焊接长度

大于4cm

9

钢架的混凝土厚度

不得小于4cm

10

钢架的混凝土表面覆盖层厚度

不得小于3cm

(2)顶进过程应随时注意防止堵孔、坍孔。

(3)注浆前,必要时对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚50~100mm 的砼封闭作为止浆墙。

(4)注浆过程应随时注意注浆压力的变化,压力达到设计值且注浆量也与设计相符后,即可停止注浆。

(5)注浆结束后,再钻孔检查注浆效果是否达到设计要求,如未达到应根据实际情况调整注浆参数进行补孔注浆。

(6)注浆后至开挖前时间的间隔,根据浆液种类控制在4~8h。在管棚相接处开挖时保留1.5~2.0m的止浆墙,以防止注浆时孔口跑浆。

(7)整个过程中做好记录,内容包括打孔的角度、间距、深度、钢管的长度、注浆压力、注浆数量、起止时间等,作为后续施工调整注浆参数依据。

十、安全及环保要求

1、安全质量保证措施

(1)安全保证措施

  • 加强全员安全意识教育;
  • 针对本隧道工程长管棚施工特点和要求,参照有关规范制订安全规章制度;
  • 加强对围岩进行动态监控量测,实行信息化管理,科学地组织施工;
  • 拆卸钻杆时,要有统一指挥、明确联络信号,扳钳卡钻方向应正确,防止管钳及扳手打伤人;
  • 钢管内注浆时,操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套;
  • 要有良好的照明条件。

(2)质量保证措施

  • 优良工程目标实现,项目部成立了创优领导小组,由项目经理、总工程师、工程技术及质量检测和物资设备等部门负责人组成,负责全项目的创优领导工作。
  • 建立创优责任制,强化工作管理监督、检查和奖惩机制,层层落实,建立逐级考核评比制度,奖优罚劣,优质优价,强化管理。
  • 项目经理部成立质量管理领导小组,成员主要是质检工程师、班组质检员,定期召开质量分析会,对发现的问题及时研究,制定改进措施。
  • 加强技术管理的基础工作,施工中认真执行“三检”,严把“五关”,即施工前、施工中、完工后检查,和技术图纸资料复核关、技术交底关、工程试验关,原材料进场关和隐蔽工程检查签证关。
  • 严格按照技术规范操作,严格按照监理程序办事。每道工序都要通过各施工班组自检、项目经理部复检,上报监理工程师检查认可后再进行下道工序,确保各工序质量优良。
  • 开展重点、难点工程技术攻关和群众性QC小组活动,通过工序控制和工艺控制,推行标准化作业,提高质量意识,杜绝各类质量通病,消除薄弱环节。
  • 提高质量意识。只有提高全体施工人员的质量意识,才能确保工程的整体质量,定岗定责,奖惩分明。

2、环境保护及文明施工

(1)环境保护措施

  • 环境保护做到全面规划,合理布局,综合治理,化害为利。
  • 隧道弃碴按设计碴场弃置,按设计要求用浆砌片石进行支挡防护。未设计支挡防护的坡面加土壤种植草皮、树木进行绿化。弃碴场进行复耕或绿化。
  • 水泥采用罐装或袋装运输。
  • 施工用的废水、生活污水,利用临时排水系统及永久性排水设施排至污水坑内,经处理达到允许排放标准后再进行排放。废弃物采用车辆运输的方法,整齐合理地堆放在图纸或监理工程师指定的地方深埋覆盖。
  • 工程用料根据具体情况,堆放在施工场地和征地线内,不影响农田耕种和污染环境。每道工序施工时做到工完料清,并对场地进行及时清理,保证施工场地整洁。
  • 在筑路材料和弃土弃碴的运输过程中,根据需要定时对施工便道洒水,以消除灰尘。

(2)文明施工保护措施

  • 按当地环保的要求精心设计,合理布署施工总平面,充分考虑环保,保护生态与环境。
  • 现场的临建房屋必须安全牢固,满足抗风防震要求;施工作业区和生活区有明显划分,有责任人管理生活区卫生工作,保持生活区卫生整洁。
  • 施工现场的生产房屋及设施布局合理,整齐化一;临时便道合理规划,尽量减少便道数量,路面平整,两侧排水通畅。施工场地置挂六牌一图,即:工程概况牌、安全纪律牌、安全标语牌、文明施工制度牌、质量措施牌、安全质量责任牌和施工平面图。
  • 开展文明施工,保证现场管理有序,有条不紊。场地布置统一规划,施工区材料堆放整齐,场地平整,道路畅通,排水畅通;施工快速有序,配合精密协调;各种物资材料储放安全并按GB/T28001-2001标准标识正确、醒目;场区内管线布置线条整齐化一、卫生、悦目。
  • 强化施工现场管理。严格包保责任制,明确分工,责任到人,奖罚分明,做到突出重点,分批落实,规范施工,注重实效。坚持施工人员挂牌上岗,现场施工统一着装,统一行动;施工现场设置鲜明的标牌,主要有责任划分牌、工艺流程牌、形象进度牌、质量标准牌、安全警示牌、环保警示牌、成本控制牌等。
  • 做到工完料尽、工完场清,建筑垃圾及时清除,暂不能清除的在指定区域堆放齐整。
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