管棚完整施工技术

管棚完整施工技术

——博克图隧道管棚施工技术总结

【内容提要】总结博克图隧道采用40m管棚超前支护的施工技术，并在参数确定、机具选择、进度情况与质量控制4个方面作了具体介绍。

【关 键 词】管棚 施工技术 参数确定 机具选择 质量控制 成本分析 1工程简介

1.1地理位置及地形地貌

博克图隧道位于内蒙古自治区牙克石市免渡河镇与阿荣旗交汇处。地理位置：东经122°1’～122°4’，北纬48°51’～48°52’，距博克图镇北东方向约13Km处，工作区内交通不发达，仅有一条国道301在拟建隧道南侧通过。

隧道区位于大兴安岭中南部中低山腹地，山体走向北东～南西，海拔标高900～1210m，构成本区二级夷平面，山势总体较平缓，坡角5～30°。地面相对高差300余米。

1.2隧道围岩分级

根据《公路隧道设计规范》（JTJ D70－2004）中的公路隧道围岩分级方案的规定，结合物探解译资料，综合考虑隧道底板标高以上三倍洞径范围内的围岩工程地质条件及岩土物理力学性质诸要素，对隧道围岩进行工程地质分级，见下表：

表1 博克图隧道围岩分级

1.3博克图隧道简介

博克图隧道平面采用分离式断面设计，纵断面方向采用单向坡，坡度均为2.15%，隧道内路面横坡坡度为1.5%。隧道左幅起点桩号ZK164+605，终点桩号ZK166+630；右幅起点桩号YK164+675，终点桩号YK166+630，左幅长2025m，右幅长1995m。隧道设人行横道和车行横道各两条，每个隧道分别设有40米长紧急停车带两处。

2管棚施工工艺

管棚简介：沿隧道衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管，并且在插入钢管后，再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙，使管棚与围岩固结紧密，以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构。

博克图隧道洞口段位置埋深均在7米左右，围岩较差，在洞口35m范围内为强风化、弱风化花岗岩，顶板为残坡积层，风化裂隙，发育具块状镶嵌结构，局部散体结构，围岩不稳定，易塌。，且左幅偏压现象明显，管棚施工技术难度较大，施工工艺的正确确定尤为重要。下图为博克图洞口段全貌：

图1左幅洞口段 图2右幅洞口段

2.1管棚施工工艺流程图

图3管棚施工工艺流程图

2.2管棚设计参数

1）钢管布设在圆心角为150°的隧道拱部；

2）钢管环向间距左洞隧道中心线左侧一米以左为30cm，剩余为40cm；右洞均为30cm； 3）管心与衬砌设计外廓线间距为40cm； 4）倾角：仰角1°（不包括路线纵坡）； 5）钢管施工误差：径向不大于20cm；

6）管棚长度为40m，热轧无缝钢管φ87mm，壁厚6mm，节长3m、6m；7）孔口管为无缝钢管φ127mm，壁厚6mm，节长2m。

2.3机具选择

管棚施工主要工序有开挖支护明洞边坡、仰坡；施作套拱；搭钻孔平台、安装钻机；钻孔；清孔、验孔；安装管棚钢管；注浆。工序技术要求高，工艺复杂，主要机具设备有：

◎潜孔钻机4台 ◎砂浆搅拌机2台 ◎双液注浆机2台

◎挖掘机2台，装载机2台，出渣车4台 2.3.1明洞边坡仰坡开挖支护

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。 2.3.2施作套拱

1）混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱在明洞外廓线以外施作，套拱内埋设2榀工字型钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体,孔口管长2米；

图4管棚套拱孔口管及背模安装

2）孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移；

3）背模安装及加固； 4）混凝土浇筑。 5）套拱拆模

图5管棚全景

2.3.3搭钻孔平台安装钻机

1）钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位；

2）平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量；

3）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，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。

2.3.4钻孔

1）为了便于安装钢管，钻头直径采用φ115mm； 2）岩质较好的可以一次成孔；钻进时产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进；

3）钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压；

4）钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并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；

图5管棚钻孔施工过程

5）钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进；

6）认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。

2.3.5清孔验孔

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

2）用高压气从孔底向孔口清理钻渣；

3）用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。 2.3.6安装管棚钢管

1）钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻φ8出浆孔（靠掌子面45m的棚管不钻孔）；管头焊成圆锥形，便于入孔；

2）棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔（φ115mm），然后可用10t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进；也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管；

3）接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。

2.3.7注浆

1）安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆后再施工无孔钢管，无孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。

2）注浆参数：水泥浆与水玻璃体积的比例为1∶0.5；水泥浆水灰比1∶1；水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数2.4；

图6注浆现场

达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆；

4）注浆结束后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。 2.4劳动力组织

管棚施工工序多，工种杂、技术性强、要求技术工人具有各方面独立操作能力，又能处理管棚施工中一般的故障，管棚施工的质量很大程度上取决于钻孔和注浆的质量。一台钻机三班作业劳力组织为：技术人员1人、机长1人、班长3人、修理工1人、电工1人、电焊工1人、钻工15人、合计23人。

3进度情况

博克图隧道左右幅管棚设计数量不同，左幅40根，右幅46根。每个洞口配置2台潜孔钻机，三组工班循环施工。左幅15天完成，右幅17天完成。

4质量控制

1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔进行编号；

2）钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20cm～30cm；

3）严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交； 4）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； 5）掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆；

6）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。

5结语

1）对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工工艺，提前发挥超前支护作用，增加了施工安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益；

2）在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌；

3）管棚钻孔可作为地质预探预报，地质资料可指导洞身开挖提供依据；

4）管棚施工工艺的正确运用，对隧道进洞后施工的安全、进度方面提供强有力保障。 参考文献

《公路隧道施工》，黄成光主编，人民交通出版社，2001年8月；

《公路隧道设计规范》 ，中华人民共和国交通部发布，2004年11月1日实施； 绥满国道主干线博克图至牙克石段高速公路两阶段施工图纸； 隧道网/

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