超前大管棚施工工艺控制

时间：2024-04-24

郭峰

（中咨工程建设监理有限公司，北京 100048）

超前大管棚施工是隧道施工中对隧道前方围岩进行超前预支护的主要措施之一，在软弱、破碎、溶洞等不良地质条件下的隧道施工中应用较多。北京地铁3 号线一期1 标工程因工期紧、进口段围岩地质条件差，在隧道进口浅埋段施工中，采用了40m 大管棚作为超前预支护体系，确保了北京地铁3 号线一期1 标工程顺利进洞施工。

1 导向跟管钻进打设管棚的方法原理

1）一般短管棚施工，用棚管代替钻杆，其最前端加装楔型导向钻头，后续棚管之间采用丝扣或焊接进行连接，利用管棚钻机，依据预设角度，将钢管依次打入土体中，其后再注浆；2）长管棚施工借鉴水平定向钻进技术发展而来。水平定向钻进是非开挖施工的一种方法，要旨在：钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向，利用能进行方向调节的导向钻头改变钻进方位，其后再进行扩孔、拉管等工序，完成地下管线的铺设。

2 超前大管棚施工

2.1 管棚加工

1）超前大管棚选用外径Φ108 壁厚6mm 的热轧无缝钢管，分别加工成3m 和6m 两种长度；2）钢筋笼主要是由四根主筋和固定环组成。主筋为HPB400 直径18mm 的钢筋，短环接头采用固定环，它与主筋焊接，在焊接过程中，要确保焊缝的宽度和长度。按1m 间距相隔布置。3）在导管上钻注浆孔，钻孔直径为10mm，呈梅花形交错布置，尾部留120cm 的不钻孔的止浆段。4）为了防止浆料从管道中回流，每个管棚的尾端用止浆阀和排气阀焊接。5）将管头加工成锥形，为保证接头质量，选用一根长40cm 的外径Φ121 壁厚6mm 的带丝扣壁厚无缝钢管连接。

2.2 施作导向墙

1）砼套拱作为管棚的导向墙，在明洞外轮廓线以外施作，导向墙纵向长1m，导向墙内埋设2 榀I18 工字型钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体；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。钢拱架支立完毕，用全站仪以坐标法在钢拱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。孔口管在钢拱架上焊接牢固，防止浇筑砼时产生偏移；3）导向墙砼浇筑。

2.3 钻孔

配备风动潜孔钻机，钻孔顺序先起拱线以上，后拱部，在钻孔过程中必须经常采用仪器测量其孔口的孔向是否正确，防止钻杆发生偏斜。钻孔开始时先低压低速钻进，钻进4m 后提高压力和速度，当遇到围岩软硬变化段、夹层或孤石时，钻头易跑位，必须减小钻速和顶进压力。在具体施工中由于地质、操作等各种原因，经常出现卡钻、掉钻等情况。当出现卡钻后，若卡钻较浅(小于20m），可试着用拔管机硬性将管拔出，操作时，注意对拉力的控制，防止出现安全事故。

2.4 安装管棚钢管

1）钢管安装前先将钢管管壁四周钻φ8mm 出浆孔，间距15cm×15cm，梅花形布置；管头焊成尖锥形，便于入孔。靠近孔口留不打孔的1.1m 止浆段；2）棚管顶进采用大孔引导和挖掘机顶进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔（φ135mm），然后用挖掘机推力低速顶进钢管；3）相邻钢管的接头应前后错开，钢管接头采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不小于30cm。同一横断面的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。

2.5 管棚注浆

为确保注浆效果，防止串浆，施工时每打一个注浆管，就应该及时注浆。设计的管棚环向间距为40cm，随着浆液的扩散，必须保证其扩散半径不小于0．4m。管道注浆结束标准:当注浆压力逐步升高并达到设计终压值过后，压力稳定10min;注浆量应不小于设计注浆量的80%;注浆速度为开始注浆速度的1/4。注浆机械选用挤压式单液注浆泵，注浆时一般总是先注无水孔，后注有水孔。无水地段从拱脚起开始注浆。

2.6 注意事项

1）先将孔位编号，编号为奇数的孔先进行下钻，注浆后再钻编号为偶数的孔；2）在施工过程中，钻机在钻进方向上必须准确，以确保孔向不会出现偏差，每钻完一孔过后，将钢管顶推到设计部位。由全站仪测量钢管的偏斜度，发现偏斜超过设计要求时，应及时纠正偏差；3）钢管连接处不能在同一截面上，以免产生受力薄弱面。

3 施工质量与效果评定

1）导向管外插角1°～3°，中至中间距40cm，满足设计与规范要求，为保证管棚的制作、安装精度创造了条件；2）管棚钻孔过程中无偏孔。根据下管记录，因卡钻等原因仅有4 根共计7.8m 未顶进。根据开挖所揭示的情况，管棚制作、安装达到了预计效果，在开挖线外面起了稳固的护拱棚架作用；3）管棚注浆过程中有浆液从掌子面的裂隙中渗出，说明洞口段的围岩裂隙发育，同时也表明水泥浆液已经扩散到围岩的裂隙中起到固结周边围岩的作用。