浅埋软弱围岩长大管棚施工技术

摘要：本文通过对林城三号隧道进口浅埋、软弱围岩地段的管棚施工，论述了长大管棚在隧道浅埋段的施工方法、质量控制及施工效果。

关键词：浅埋 软弱围岩 长大管棚施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

林城三号隧道为长昆客专引入铁路工程重点工程，全长1773.520m，按旅客列车设计行车速度200km/h，客运专线双线隧道设计。

林城三号隧道位于云贵高原溶蚀构造丘陵区，隧道覆盖层主要为第四系全新统人工填土（Q4ml）、坡残积层和坡洪积层，下伏基岩为侏罗系中下统自流井第三段（J1-2Z3）的灰系和三叠系中统杨柳井组（T2y）白云岩局部夹页岩。隧道进口段覆土厚度4～6米，断岩体节理较发育～发育，节理将岩体切割成大块状、块状。基岩浅部尚有较多风化、卸荷裂隙发育。

2 管棚施工特点

(1)管棚直径大，采用Φ108mm、厚6mm的热轧无缝钢管。

(2)管棚长，孔深达30m。

(3)钻孔施工难度大，成孔十分困难，而且钻孔施工中不能用清水和泥浆钻进，否则会导致 山体的不稳定，造成危险。

(4)钻孔较密，孔间距50cm，外插角仅1.2°；

一旦施工控制不严，将造成钻孔互相交错串通，管棚侵入隧道开挖轮廓线内，造成钢管报废。

3 施工工艺

3.1洞口开挖及坡面防护

(1) 明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行，应尽量避开雨季施工。

(2)边坡防护应与明洞开挖同步进行，及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。

(3)对边坡渗水要及时排引到坡面外，加强对坡面的防护。

3.2洞口导向墙施工

导向墙混凝土采用模筑法施工。导向墙采用C20混凝土，纵向长度1m，根据实际地形，嵌入土体 0.1m～0.2m,外露 0.8m～0.9m。导向墙内埋设3榀Ⅰ20b工字钢，按长管棚钢管设计位置预埋φ127钢管，作为长管棚钻孔时的孔口管。

(1)导向墙施工前进行测量放样，标定导向墙与暗洞开挖分界线。

(2)采用挖掘机两侧对称开挖洞口段土方，预留核心土，当开挖水平面低于设计长管棚最下一根钢管1m时，即停止开挖，利用开挖后的水平面作为施工作业平台。同时做好两侧拱脚的排水通道，避免拱脚被积水浸泡。

(3)清除导向墙两侧拱脚基底浮碴，在导向墙两侧拱脚处立模浇筑1.0m（长）×1.0m（宽）×1.0m（高）C20混凝土基础，在混凝土面上测量放样，各预埋两块25cm×25cm钢板，用于架设导向墙内钢拱架时的支座。

(4)架设钢拱架时，要严格控制拱架拱脚的标高、拱架中线、两拱脚之间的水平距离及拱架的垂直度。工字钢架之间用Φ25钢筋连接，环向间距1m。钢架与预埋的钢板焊接牢固。

(5)工字钢加固牢固后，按长管棚钢管设计位置在钢架上定出各孔口管位置，然后将φ127孔口钢管焊接在工字钢架上。孔口钢管安设时注意线路纵向坡度，避免长管棚钢管侵入隧道开挖轮廓内或远离隧道开挖轮廓线外边缘。

(6)模板安装及加固。内外侧模板均采用5cm木板。内外侧环向采用Φ22钢筋作为加劲肋，通过8号铁丝连接在工字钢上。导向墙外侧12cm×12cm方木按80cm×80cm 梅花形支撑，内侧用φ108钢管支撑于洞口边坡上，挡头模通过Φ22钢筋与焊接于工字钢架上的φ12拉筋固定。

(7)导向墙混凝土施工。混凝土由拌合站按施工配合比供应，混凝土中掺入早强剂。混凝土施工应两侧对称进行，人工入模，用振捣棒振捣密实。

3.3管棚施工

3.3.1管棚加工

长管棚采用外径φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长3m、6m。钢管周壁用台式钻床钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，呈梅花形布置。为便于导管插入钻孔内，钢花管前端加工成尖锥状，尾部焊φ6管箍，尾端1米范围不钻设注浆孔，作为止浆段。为提高导管的抗弯能力，在钢管内设置钢筋笼，钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋直径为φ18mm，固定环采用节长5cmφ42钢管，钢筋之间每1m间距用固定环连接。

3.3.2搭设平台，设备安装定位

(1)利用预留核心土，整平场地，作为钻机工作平台。

(2)钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪挂线，钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

(3)防止施钻时不均匀下沉、摆动、位移、倾斜而影响钻孔质量，钻机距工作面距离＜2m。

3.3.3钻孔

钻孔是长管棚施工的关键环节，能否保证钻孔精度、孔壁光滑以及不坍塌、不掉块都直接关系到管棚的支护效果。因此，施钻前须认真分析可能影响钻孔质量的各种因素，提前采取有效措施保证钻孔质量。

(1)钻孔前，钻杆按导向钢管位置就位。

(2)为了便于安装钢管，钻孔直径要比管棚外径大15mm～20mm ,孔深要大于管长0.5m以上。

(3)使用两台电动钻机施钻， 从高孔位向低孔位对称进行，经过几次接杆完成长管棚钻孔，钻孔时随着孔深的增长，要对回转扭矩、冲击力和推力进行控制和协调，特别是推力要严格控制。

(4)钻机开钻时钻速宜低，可根据地质情况逐渐调整钻速和风压，钻深20 cm后转入正常钻速。

(5)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，随钻杆钻进向前平移。

(6)在钻进中出现坍孔、卡钻情况时，要进行注浆后再施钻。

(7)在钻进时要注意做好对钻具、套管及钻杆接头的检查，以保证钻孔顺利。

(8)在钻进过程中要用测斜仪检测钻孔位置，并根据钻机钻进的情况及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的问题。

(9)认真做好钻进过程的原始记录，及时对钻出的岩屑进行地质判断、描述，可作为开挖洞身的地质超前预报，为指导洞身开挖提供依据。

3.3.4顶进钢管

钢管接头采用丝扣连接，丝扣长8～10cm，清孔后即利用钻机的钻杆顶进钢管特制管箍，逐节顶入，直到设计深度。若管顶到中途顶不进去，进行旋转顶进，仍然不行，就将已顶入的钢管拉出，重新清孔，再逐节顶入。

3.3.5清孔验孔

1)用长度不小于2.5mm的φ100的岩芯钻杆进行来回扫孔，以清除孔内碎渣和顺孔，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。

2)用高压气从孔底向孔口清理钻渣。

3)用测斜仪、全站仪等检测孔深、倾角和外插角。

3.3.6管棚注浆

大管棚安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，注浆材料采用水泥浆液，水灰比为1：1，具体浆液配合比根据现场实验调整，注浆压力宜0.6～1.0Mpa，终压2.0Mpa。注浆前，应根据洞口围岩情况喷射混凝土封闭开挖工作面，防止管棚注浆时发生漏浆。注浆前应对可能漏浆的部位及时处理，发生漏浆采取嵌缝、表面封堵、加浓浆液、降低压力、间歇注浆等方法处理。灌浆采用全孔一次灌浆法，为保证灌浆质量，防止浆液串孔现象发生，应对钻孔内的钢管进行编号，按跳孔顺序对钢管注入水泥浆加固围岩。灌浆施工从较低的一端开始，向较高的一端推进。低处孔灌浆时高处孔可用于排气、排水，当高处孔排出浓浆（接近或等于注入浆液的水灰比）后，可将低处孔堵塞，改从高处孔灌浆，依次类推，直至结束。灌浆因故中断时，应尽早恢复灌浆，如中断时间较长，则应重新钻开进行灌注。在规定的压力下灌浆孔停止吸浆后，延续灌浆10分钟，即可结束。灌浆结束后，应采用干硬性水泥浆将钻孔封填密实，孔口压平抹齐。

3.4 施工工艺流程图

4管棚施工组织与管理

4.1机械设备配置

4.2人员配置

施工人员配置按现场实际生产情况配置，本工程配置情况如下：领工员1人；技术人员4人；钻工6人；混凝土及注浆人员4名；焊工1名；电工1名；维修工1名；钢筋工2名，合计配置人员20名。

4.3施工组织与管理

根据生产需要，现场设立现场管理小组，负责管棚施工的指挥协调及安全、质量。

5质量控制

（1）精确测定导向钢管的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。

（2）钢架安装垂直度允许偏差为±2°，中线及高程允许偏差为±50mm。

（3）管棚钻孔方向角允许偏差±1°，孔口距允许偏差±30mm,孔深允许偏差±50mm。

（4）钢管采用逐节接长，一般按孔位编号偶数第一节用3m，奇数第一节用6m，以后各节均采用6m，以确保在每一个截面钢管接头数不大于50%。

（5）在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。管棚外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好，相邻的钢管不得相撞和立交。

（6）经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。

（7）掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。

（8）在遇到松散的堆积层和破碎地质时，在钻进中可以考虑增加套管护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。

6施工中存在问题及解决措施

(1)排屑困难：所钻钻孔基本上为水平孔，松散层的土比较潮湿，排出的岩屑多为泥团，当钻孔较深时，排屑十分困难，当钻进至设计孔深提钻时，发现严重岩粉卡钻。因此在钻进过程中，严格控制进尺，勤吹孔，必要时从钻具内和钻具与套管的环状间隙送水洗孔提钻。

（2）跟管钻进蹩钻事故：在跟管钻进过程中，当钻遇地下隐埋物如硬质石英砂岩或土石软硬不均时，会发生严重蹩钻，钻具无法正反转，遇到此种情况需拔出套管，取芯钻进后再跟管钻进。

（3）管靴脱落事故：在跟管过程中，主要是通过跟管钻具在给进破岩的同时利用管靴与钻头上的台阶拖着套管同步跟进。因此套管靴是主要受冲击振动的部位。当钻孔加深后，套管增长，摩擦力增大或后部套管被岩粉卡死后，套管管靴很容易被打脱。当管靴被打掉时，在拔出套管后，用公锥取出管靴，再继续跟管钻进。防止管靴脱落的主要措施如下：①在动力头与套管之间增加一个同步给进装置；②管靴与套管实行铆焊、点焊联接。

（4）管棚侵入初期支护：长管棚仰角设置必须考虑地质情况并严格控制。施钻时必须严格控制外插角和上仰角，避免产生过大超挖，控制与钢拱架外缘距离，在施钻过程中只要在开钻前期进行准确的定位和施钻中进行准确的测定纠偏即可控制。

7 结束语

现场开挖情况表明,水泥浆液充满了钢管周围围岩的缝隙,起到了固结围岩的作用,而管棚和后施工的初期支护形成一个统一整体,纵横交错,共同受力,减少了地表下沉，防止围岩坍塌，保证了后期洞内施工的稳定安全。

参考文献

[1]铁路工程施工技术手册 隧道. 北京：中国铁道出版社，2004.

[2]关宝树. 软弱围岩隧道施工技术.北京： 人民交通出版社，2011.

[3]程建军. 蝴蝶谷隧道浅埋偏压段长大管棚施工技术.山西建筑，:2010,12：305-306.