超前大管棚结合超前小导管在城市下穿暗渠的地下过街通道施工中的应用

摘要：以沈阳市某暗挖地下过街通道下穿沈阳市最大的排水暗渠为例，分析超前大管棚结合超前小导管在浅埋隧道下穿暗渠施工中的优越性。

关键词：大管棚 小导管 暗渠

中图分类号：F291.1 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

本工程暗挖通道长38.14m，穿过的地层主要为中砂、粗砂，通道下穿沈阳市东西向最大的3条2.2m*1.8m暗渠，埋深1.7米（见图1通道断面图）。暗渠结构底部距通道1.5m，影响长度7.8米。通道支护形式为：超前支护＋格栅钢架＋钢筋网＋300mm厚喷射混凝土。采用台阶法开挖，拱部环形开挖留核心土，台阶位置设置中隔板。为了降低通道上方暗渠的沉降和因年久失修造成的渗漏施工时采用φ108×5大管棚超前支护结合φ42×3.25小导管超前注浆预加固。

2管棚施工

2.1管棚参数

⑴管棚布设在圆心角为70°的隧道拱部；

⑵管棚环向间距为500mm；

⑶管心与隧道开挖轮廓线间距为600mm；

⑷倾角0°（不包含隧道坡度）；

⑸管棚施工误差为150mm；

⑹管棚长度为38m，热轧无缝钢管φ108mm×5，节长3m、6m；

⑺孔口管为无缝钢管φ127mm×6，节长600mm。

2.2工艺说明

管棚施工的主要工序有：孔口管施做；钻孔平台搭设及钻机就位；钻孔；清孔、验孔；安装管棚钢管；注浆；工艺技术要求高，工艺复杂，现分别叙述如下：

⑴孔口管施做：

作为管棚施工的导向管，在竖井开挖时便将孔口管提前施工完成，孔口管安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的施工质量。用全站仪在竖井侧墙壁上定出其平面位置，用水准仪配合坡度板定出其倾角位置，用前后差距法设定出其外插角。孔口管要牢固的焊接在竖井的拱架上，防止在喷射混凝土时使其移位。

⑵搭钻孔平台及钻机就位：

钻机平台采用枕木结合钢管脚手架搭设，钻孔由两台钻机同时由高向低对称钻进，可缩短移动钻机和搭设平台的时间，便于钻机定位；平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定，防止施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动位移等影响钻孔质量；钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须核定好钻机位置，采用全站仪、挂线、钻杆导向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。

⑶钻孔：

①为了便于安装，钻头直径采用φ115mm；

②地质较好的可以一次性成孔，钻进时产生坍孔、卡钻需补注浆后再重新钻孔；

③钻机开钻时可低速低压，待成口10m后可根据地层情况逐渐调整钻进速度及风压；

④钻进过程中经常使用测斜仪等仪器测定其位置，根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故；

⑤钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆进行钻进；

⑥认真做好钻进过程的原始记录及时对孔口岩屑进行判断、描述，作为洞身开挖的地质预报，为洞身开挖提供依据。

⑷清孔验孔：

①用地质岩芯钻杆进行配合钻头（φ115mm）进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止坍孔；

②用高压风从孔底至孔顶清除钻渣；

③用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。

⑸安装管棚钢管：

①钢管应在专用的管床上加工好丝扣，四周加工好φ8mm注浆孔（离竖井壁4-5m不钻孔），管头应形成锥形，便于入孔；

②管棚顶进采用大孔引导和管棚钻进机结合的工艺，即先钻大于管棚直径的引导孔（φ115mm）然后利用钻机的冲击力和推力低速推进管棚；

③接长钢管应满足手里要求，相邻两钢管的接头应前后错开，同一横断面的接头数不大于50%。

⑹注浆：

①注浆参数:水泥浆与水玻璃体积比为1:0.5，水泥浆水灰比1：1，水玻璃浓度为35Be′。

②采用kby50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0.5Mpa-1.0Mpa，终压2Mpa，持压15min后停止停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的2倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应立即调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准方可停止注浆。

3小导管施工

通道在整个开挖过程中采用小导管超前注浆加固的办法，但在开挖至暗渠影响的范围时采用两种长度不同的小导管：Ⅰ类为通道开挖由始至终使用的，Ⅱ类为只在暗渠影响范围内使用的。

3.1小导管参数

⑴小导管布设在圆心角为70°的隧道拱部；

⑵Ⅰ类小导管环向间距为300mm，每一榀（500mm）布设，Ⅱ类小导管环向间距为600mm，每四榀（2000mm）布设；

⑶Ⅰ类小导管长1800mm，Ⅱ类小导管长4000mm；

⑷外插角5°～10°（不包含隧道坡度）；

⑸小导管施工误差为50mm；

⑹Ⅰ、Ⅱ类小导管均为Ф42mm普通水煤气管。

3.2工艺说明

⑴小导管制作

小导管均采用Ф42mm普通水煤气管，注浆管一端做成尖形，另一端焊上铁箍，在距铁箍端0.5～1.0m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔200mm呈梅花形布设，孔位互成90°，孔径6～8mm。注浆钢管应沿隧道开挖轮廓线布置，外插角一般取5°～10°。纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度一般不宜小于1m。小导管加工见图2。

⑵超前预注浆浆材及配合比选择

为了应对施工过程中可能存在的各种情况，在浆材选择上准备了几种方案，开挖后如果无水，可考虑使用改性水玻璃浆，如果开挖土层含水，考虑使用普通水泥水玻璃浆液，并在水泥浆中加少量膨润土，以增加可灌性。总的原则是浆液要满足固结地层，防止涌水的需要。

①水泥水玻璃浆

普通水泥浆水灰比：1：1～1.5：1在施工中可依据现场情况适量调节；

膨润土掺入量（占水泥重量）：5%；

水玻璃浆浓度：30Be′；

水泥浆与水玻璃浆双液比：1：1～1：0.6施工中可以调节。

②改性水玻璃浆

水玻璃原浆浓度：35Be′；

改性剂的浓度：20%；

改性水玻璃浆的酸碱度：PH=3～4。

⑶注浆

①Ⅰ类小导管注浆前先挂网喷混凝土封闭掌子面以防漏浆，对于强行打入的钢管应先冲净管内积物，然后再注浆，注浆顺序由下向上，浆液用搅拌桶搅拌。注浆时将两种不同的浆液分别放在两个容器内，使用双液注浆泵按配合比分别吸入两种浆液，两种浆液在混合器混合后注入地层。初凝时间可用不同配合比和少量磷酸氢二钠来控制。

②Ⅱ类小导管注浆是在Ⅰ类小导管注浆完成之后开始钻眼打管注浆的，注浆工艺流程见图3。

1)钻孔：开钻前，严格按照施工布置图，布好孔位。钻机定位、钻杆角度要准确，要求孔位偏差不大于2cm，入射角度偏差不大于1°；钻孔前调整钻杆的角度并对准孔位后，钻机不得移位及随意起降。钻设第一个孔时慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数，并密切观察溢水出水情况，出现大量溢水时，立即停钻，分析原因后再进行施工，避免对地下管线造成破坏。

图3二重管无收缩注浆工艺流程图

2)配料：采用准确的计量工具，严格按照试验确定的配合比配料。两种浆液在注入前分别拌合均匀，并经常检查它们混合后的凝结时间是否符合设计要求。

3)注浆：首先用清水从注浆混合室的端点送出，确保畅通，将端点关闭进行横喷射切换。一般喷射速度8-20L/min。严格控制注浆压力，当压力突然上升或从孔壁溢浆，立即停止注浆，待查明原因后制定相应措施。每段注浆量严格按设计进行，跑浆时，采取封堵、间歇注浆等措施确保注浆量满足设计要求。

4)封堵：所有阶梯喷射完毕后，对注浆孔用止浆塞或砂布等措施封堵。

5)监控量测：在通道注浆施工过程中，对监控量测点加强监测频率，并及时反馈量测结果，修正注浆参数。设10mm/天为预警值，30mm/天为报警值。

6)动态调控注浆：在通道暗挖施工过程中，根据监控量测点的观测结果，当沉降超过警戒值的区域，即在该点处实施动态注浆，钻孔方向根据需要可在0～90°范围内调整。动态调控注浆可反复进行，始终将沉降控制在警戒值以内。

7)每道工序均要安排专人，负责每道工序的操作记录。

参考文献：[1]tlejgf-93-27岩溶隧道管棚支护工法北京：人民交通出版社，1993