大管棚超前支护技术在大连地铁施工中的应用

摘要：根据大管棚施工实践，对大管棚施工技术进行简要分析，并总结部分经验，希望有助于此项技术的进一步推广和应用。

Pick to: according to the construction practice for bassoon and tent, for bassoon and analyzes briefly the construction technology of the tent, and sums up some experience, hope to contribute to the further expansion of the technology and application.

关键词：大管棚、超前支护、软弱地层、止水加固。

Keywords: big tent, advance support, soft layers, stagnant water reinforcement.

中图分类号： TU7 文献标识码： A

1 概述

大连地铁学苑广场站1#风井的横通道拱顶位于强风化岩层中，且拱顶上部1m以上均为杂填土。拱顶上部覆土厚度为12m,横通道宽度为10m(净跨度9.4m)。竖井开挖施工完成后发现横通道拱顶上部井壁有大量地下水渗透流出，严重影响横通道的开挖施工。经与勘察、设计单位及地铁公司领导和有关专家共同研究，决定采用大管棚超前支护技术和注浆止水的方案进行施工。

2 工程及地质概况

2.1工程概况

学苑广场站位于学苑广场西侧黄浦路上，东西向布置。车站设计位置路段为西高东低的挖山段，高差约4.4米。南侧山体高3.5～7.4米。北侧西端为5.8米高的山台；中、东端近站处场地与路面高差不超过0.7米。车站中心里程为CK18+293.33。

车站南侧为有轨电车道、变电所、弘基书香园小区、大连水产学院公寓。东端建有一栋6层高的酒店及洗浴中心。车站中部现建有一座加油站。

沿车站方向的黄浦路路宽21米，双向6车道，无人行道。道路南侧设202有轨电车，北侧欣半岛酒店门前设有10路、22路公交线路。

车站范围内较大的管线有埋深1.45m管径DN1200、埋深1.3m管径DN500、埋深1.25m管径DN700的铸铁给水管，埋深1.7m管径DN700的铸铁管、埋深0.95m管径500砼管、埋深1.15m管径400砼管的排水管、埋深1.25m管径DN300，埋深1.1m管径DN500的钢燃气管线。

2.2地质概况

场区整体上呈西高东低形式。地面标高27.18～31.68m，属于剥蚀低丘陵。该场区位于复州-大连凹陷南部，四级构造单元在地层区划上属于旅大小区，除有太古界基底出露外，盖层以上为上元古界及古生界地层为主。中、新生界不发育。场区地质构造较复杂，盖层中有不同方向的脆性断裂，东西向、北东向逆断层以平移、扭性断裂为主，局部有环形断层及不明性质断层数条与线路斜交。场区地质构造已趋于稳定，勘察期间未发现活动构造存在。

地下水主要为基岩裂隙水，赋存于强风化及中风化板岩中，水量一般，开挖时有渗水现象，丰水期易形成水流及涌水。本次勘察期间地下水位埋深0.7～23.5m，水位高程-1.73～39.52m。

市区南部（统称南山）为基岩的丘陵区，大气降水直接渗入岩石裂隙并补给地下水，然后顺坡而下潜入市区的地下岩（土）层孔隙中，成为本线路中地下水的主要来源，局部有地表水的补给。

孔隙水主要赋存在第四系填土层、碎石及卵石层中。基岩裂隙水主要赋存在岩石强～中等风化层中。地下水总的径流方向为由北西向南东。

3 大管棚设计概况

为确保安全，顺利通过复杂地段，设计采用大管棚进行超前预支护。单循环设计管棚40根，环向间距30cm，外插角2°～4°,沿拱顶 120°范围布设单循环管棚长20～30m。管棚钢管规格:108mm 热扎无缝钢管，壁厚 5mm；管壁加工梅花状透浆孔。注浆浆液采用1：1纯水泥浆。注浆水泥则采用42.5R快硬水泥。

4 大管棚施工

经过对多种可以进行管棚施工设备的综合能力的分析，确定超前大管棚采用YG50型钻机进行施工。YG50型钻机为全液压驱动动力头式钻机。适用于水电、铁路、公路边坡大吨位预应力锚固孔、排水孔、隧道口管棚孔的施工，以及预防滑坡、岩石坍塌等地质灾害的治理工程。钻机主要技术参数为：

4.1搭设平台、安装钻机

4.1.1搭设好钻孔平台。钻孔平台采用钢管搭设，上面铺设木板。平台宽度根据钻机的大小确定，保证钻孔时有足够的工作面。

4.1.2钻孔前，仔细检查钻孔平台，确保平台稳固，钻机安装牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、摆动、位移、倾斜而影响钻孔质量。

4.2钻孔

4.2.1为了便于插管，钻孔直径比管棚设计直径大20～30㎜。

4.2.2岩质较好或围岩注浆固结得好，可以一次成孔；围岩局部注浆效果不好的钻进时产生塌孔、卡钻者补注浆后再钻。

4.2.3钻进中遇未注浆之岩溶严重流泥或地质复杂带而不能钻进成孔时，一般应补浆，待围岩固结后再钻进。也可采用一步钻孔法，即不取岩芯，不回收钻头，用异型接头把钻杆与钢管连接起来，并在钢管前端安装合金钻头钢管随进度逐根接长，直到设计位置。

4.2.4取岩芯钻进，每钻进2.5～3.0m取一次岩芯，以便分析判断岩质或围岩注浆固结情况；采用不取岩芯一步钻进法钻孔，可根据岩屑、钻速来分析判断岩质情况或注奖固结程度。

4.2.5钻机开孔时，要低速低压，待成孔1.0m后，压力可升至1.0mpa。遇软质围岩或流塑状粘土，改用低压钻进。

4.3安装管棚钢管

4.3.1根据设计，管棚采用108mm、壁厚5mm的热轧无缝钢管，每段6m，两段之间用丝扣连接。

4.3.2为满足管棚的受力要求：采用偶数根第一节3米，奇数根第一节6米；以后其余所有各节均为6米。相邻的接头之间应前后错开，避免接头在同一受力截面上。

4.3.3钢管上须钻注浆孔,孔径为12mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部3m不钻注浆孔作为止浆段。

4.4管内注浆

钢管安装好后，进行注浆（钢管上预先钻有梅花形孔）。插入注浆管，注入1：1纯水泥浆。

4.5注浆效果检查

4.5.1注浆终孔压力达到上述要求，且持续稳定5min以上，视为该注浆孔已满足要求。

4.5.2注浆完毕用铁锤敲击钢管，如响声清脆，说明浆液未充满钢管，需采取补注或重注；如响声低哑，则说明浆液已填满钢管。

4.5.3对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况。

4.6 注浆压力

注浆压力是了解浆液在地层中渗透情况的基本线索，可通过注浆压力的变化来判断注浆情况。几种注浆压力变化的异常情况分析见表—1。

表—1：注浆压力变化的异常情况分析

注浆压力变化情况 原因

注浆压力不上升或有所下降 1.浆液向地表溢出或流入地层大裂隙。

2.浆液被地下水稀释 凝胶时间变长。

压力上升后又突然下降且不恢复 1.注浆管周围堵塞,浆液流失。

2.注浆速度过快,破坏了地层原结构。

3.浆液流入软土层或土的大孔隙。

压力上升后突然下降 后又上升 1.浆液凝结堵塞了浆液通道,压力大到某一数值后冲破堵塞，压力有所下降；浆液压通道重新被堵塞或浆压重新凝结，压力开始上升。

压力不停顿地上升 1.土体密实,浆液不能注入。

2.浆液凝结时间过快。

3.注浆管堵塞。

另外，其理论注浆压力还可按照下式计算：

Pe=P1+1.015λγ1lυ2/2d+C（1）

式中：

Pe—容许注浆压力MPa；

P1—地下水压力，根据地下水位确定，MPa；

λ—沿程阻力系数；

γ1—浆液重度；，KN/m3；

l—注浆管长，m；

υ—浆液流速，m/s；

d—注浆管直径，m；

C—常数，可取0.3MPa~0.5MPa。

4.7 注浆量

大管棚理论注浆量可按照下式计算：

Q=e/(1+e)πR2hα(1+β)（2）

式中：

Q—注浆量，m3 ；

e—土体孔隙比，按照《建筑工程水泥—水玻璃双液注浆技术规程》（JGJ/T211—2010）表-3.0.2土的孔隙比和渗透系数取值：填土为0.7~1.0；

R—浆液扩散半径，m；

h—注浆段长度，m；

α—有效注浆系数，可按照表-2取值；

β—损失系数，可取0.3~0.5。

表-2：有效注浆系数α

5 经验总结

工程实践证明，大管棚工法在学苑广场站1#风井的应用是成功的。现其将其施工的成功经验总结为以下几点：

5 .1采用大管棚工法穿越软弱地层，可节约工程成本，缩短工期，安全度高。

5.2大管棚工法的固结效应，既能起到止水效果又加固了软弱地层，防止土层坍塌有效控制了拱顶上部土层的沉降。

5.3在拱顶上部进行止水加固注浆的同时亦应在竖井井壁四周进行注浆，在竖井四周以形成一个止水帷幕，否则很可能会把地层中的地下水排挤到马头门以外的其他竖井井壁处流出。

参考文献

1、中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术专业委员会编 《锚固与注浆技术手册》 中国电力出版社1999年出版

2、王珊 《地铁工程设计与施工新技术实用全书》 银声音像出版社 2004年出版

3、中华人民共和国住房和城乡建设部 《建筑工程水泥—水玻璃双液注浆技术规程》（JGJ/T211—2010） 中国建筑工业出版社 2010年出版