液压钻孔台车施作长大管棚工法

大管棚施工工法简介摘要本文以沪蓉西野三关隧道溶洞松散围岩为例介绍大管棚施工的方法和步骤关键词管棚施工方法、步骤一工程概况野三关隧道为分离式隧道，呈近东向西展布，左洞起止里程ZK103+110~ZK106+800,全长3690m，右洞起止里程YK103+125~YK106+790,全长3665m。

隧道进口右线YK103+972~YK104+088为一特大溶洞，溶洞长约106米宽约20~57米，高约10~25米，地下水不发育。

该段洞身位于溶洞错落岩体及溶腔掉落的堆积物内，范围覆盖整个洞身。

岩层为深灰色薄层细晶灰岩夹少量泥页岩，产状227°∠41°，Ⅱ类围岩，岩层松散破碎，无渗滴水。

（如下图）二施工措施根据堆积体中岩层松散破碎、岩层之间无胶结力、空隙较大的特点，采用拱部大管棚注浆、隧底小导管注浆对溶洞堆积体进行改良，在隧道周边3~4m范围内形成一个加固圈：一是提高溶洞堆积体的自承载力和稳定性，保证隧道施工安全；二是缓冲溶洞堆积体坍塌时的冲击力；三是改善隧道周围受力环境。

二、施工设备和管棚1、施工设备MGY-608分离式锚杆钻机、110型冲击钻头及钻杆、HBT60C-1816型地磅2、主要性能（1）MGY-608分离式锚杆钻机：钻进深度35~60米，适用管径90~150mm，钻速0~160转/分，利用油压转动钻杆，利用风压推动钻杆，利用水来冷却钻头，移动行程2000mm。

（2）110型冲击钻头及钻杆：钻头为偏心钻头，正钻最大孔径为130mm，反钻最小孔径为102mm，一旦卡钻可通过反转收回钻头。

钻杆每节长1.5米，采用丝扣连接（3）HBT60C-1816型地磅：最大理论输送垂直距离270cm、水平距离950cm。

液压系统压力32MPa，最大理论输送量低压71m3/h、高压43m3/h。

3管棚（1）管棚钢管采用φ108*6mm的无缝钢管，每节钢管长度4米和8米，节与节之间采用丝口连接。

隧道工程施工方案一、洞口工程（一）施工方案根据我集团公司多年隧道施工的经验及雁门关隧道出口位置的具体情况，经过经济性、安全性、可行性综合分析比较后，决定进洞前先完成地表排水系统，采取分层开挖，分层支护，自上而下，边挖边护的洞口加固处理方法：洞口仰坡、明洞边坡采用锚、网喷混凝土加固技术，明洞挖方在满足机械开挖的条件下，使用挖掘机开挖，装载机配合自卸车装运弃碴至指定弃碴位置，人工辅助修坡。

不能直接用机械开挖的次坚石采用定向弱爆破，人工辅助机械装运弃方。

进洞采用先施工作超前小导管，短进尺，弱爆破，快循环，早封闭的施工方案。

（二）施工方法洞口工程开挖及施工步骤见图7-1。

(1)首先开挖并施作洞口边仰坡截水沟，以截排地表水，截水天沟中国建筑工业出版社筑龙网合力打造距边仰坡开挖边缘不小于5m，沟底纵坡不小于3‰。

排水沟与路基排水系统相衔接。

(2)开挖洞口顶部及明挖部分土石方，开挖土石方均自上而下进行，能用机械直接作业的，均选用机械开挖，人工配合。

机械或人工不能直接开挖的土石方，采用浅孔台阶控制爆破开挖。

开挖形成的坡面按设计要求及时进行封闭防护，避免长时间暴露，造成坡面坍塌。

(3)沿开挖轮廓线打超前小导管（长3.5m）注浆，小导管间距40cm，并外露1m 以便于与钢格栅相连接。

(4)用Ⅱ类围岩的施工方法开挖暗洞2m，完成支护体系。

(5)定位放线，组装台车，绑扎钢筋，浇筑明洞及暗洞钢筋混凝土。

(6)混凝土达到设计要求时拆模，施做明洞防水层，两侧对称回填。

二、洞门施工雁门关隧道左线洞门为端墙结构，右线洞门为偏压式结构，设计有外装修，同时洞门及地表做了景观美化设计，因此在明洞施工完，安排合理时间进行左右线洞门施工，并做好景观设计。

同时恢复植被，搞好绿化。

三、正洞洞身工程（一）开挖作业隧道开挖作业根据不同围岩类别分别采取不同的开挖方法。

其中左线隧道开挖方法见表7-1；右线隧道开挖方法见表7-2。

左线隧道分段开挖方法表表7-1续表右线隧道分段开挖方法表表7-2（二）钻爆设计Ⅱ、Ⅲ类围岩段台阶法开挖爆破设计见图7-2；Ⅳ类围岩段全断面开挖爆破设计见图7-3。

隧道浅埋岩堆体ø108大管棚超前支护施工工艺编制:审核:彭酉项目经理部二00三年十一月三十日目录1.前言 (2)2.工程概况 (2)2.1概述 (2)2.2大管棚变更情况 (3)2.3大管棚超前支护方法 (4)3.施工工艺 (7)3.1测量放样 (7)3.2钻孔 (9)3.3配管 (11)3.4送管 (12)3.5下钢筋笼 (13)3.6管口封闭 (13)3.7注浆 (13)3.8沉降观测 (18)3.9事故预防和处理 (18)3.10机具设备和劳力 (19)4.安全措施 (20)5.结论 (21)6.相关知识点 (21)7.主要参考书目 (24)1.前言重庆市彭（水）酉（阳）二级公路A 标段下南城隧道全长772m(K2+423~K3+195)，但其进口处于破碎土岩堆地段长达182m(K2+423~K2+605),且最浅埋深仅2m,同时围岩含水量大，工程力学性质差，开挖后易坍塌，成洞困难。

为确保开挖稳定，进口K2+433~K2+488段55 m，隧道拱部120°范围采用ø108×8mm超前大管棚注浆支护辅助施工，共设两环，每环钢管总长度30m。

我公司施工类似大直径的长大管棚，并且达到两环以上（包括两环），这是第一次。

其施工工艺和方法尚无成熟的经验可以借鉴，需要进行摸索和研究。

因此有必要对ø108大管棚超前支护的施工方法、适用机械、劳动组织等进行研究和总结，以便更好地加以推广和应用。

将ø108大管棚超前支护的施工工艺，形成一整套操作性强、系统完整、详实准确、技术含量高、有推广价值的成果。

对于提高工程的科技含量，增强技术创新能力，全面贯彻“科技是第一生产力”，推动公司的科技进步和“科技兴企”战略的实施，都具有重大的意义。

2.工程概况2.1概述彭（水）酉（阳）二级公路A 标段下南城隧道位于重庆市彭水县城南郊下南城，隧道穿越下南城山，进口里程K2+423，出口里程K3+195，全长772m，路线设计纵坡-3%、-0.094%。

目录 (1)5.1设计概况 (2)5.2施工工艺流程 (3)5.3施工机具及原理 (3)5.4施工方法及精度控制调整方法 (4)5.5施工方法 (5)大管棚施工前需对地下连续墙破除，破除前应对地下连墙凿除采用专用钻孔取芯设备，在侧墙混凝土结构达到设计要求强度时，用直径145mm取芯机沿导向管方向进行取芯。

5.1设计概况新建暗涵下穿，现状下埋有多条地下管线，为控制道路沉降；在拱顶150度范围内设置ф108钢管棚，注浆浆液采用TGRM快硬注浆水泥，注浆压力0.3~0.5Mpa。

管棚规格：外径108mm，壁厚6.0mm，单洞布置29根。

采用常规的“送管”工艺，钻进过程中很容易出现卡钻、塌孔现象，成孔率很低，无法保证道路沉降。

而采用“跟管”工艺，导管与钻机钻头同时钻进，可以避免塌孔卡钻、钻不到设计深度的问题，大管棚施作采用“跟管”钻工艺。

5.2施工工艺流程5.3施工机具及原理 经过对多种可以进行管棚施工设备的综合能力的分析，由于导向跟管钻进能根据需要调节钢管的打设方向，可控制钢管按设计要求埋设。

一般情况根据管棚钻机类型、钢管类型及地层情况确定初始外扩角及钢管打设过程中钻头角度的变化。

本工程超前管棚采用志高90潜孔钻机，利用动力钻头实现内钻杆、大管棚同时跟进，冲击利用高压气动潜孔锤配偏心/对心扩孔钻头，利用高压气流将杂物吹出孔外。

潜孔钻跟管作业工作原理如下图：大管棚跟管施工工艺流程图 钻机就位 测量布孔 钻机大臂矫正 钻机固定 钻孔及接长钻杆 钻孔接长准备 管棚跟进 撤管棚机注浆材料准备 注浆机准备 清 孔 注 浆 钻杆分节退下 钢管准备 退 机 检 查图9-13 大管棚钻头示意图5.4施工方法及精度控制调整方法采用跟管钻进法，钢管安装和钻机进尺是同一过程。

钻头采用与钻管等径的楔型钻头，楔板回转半径略大于钻管半径，钻头前端有Φ10－15mm的孔，当钻头正常回转钻进时钻管沿直线前进。

当钻头由于某种原因偏离预定轨迹偏向某一方向时，就需要纠偏了。

长大管棚施工通过断层破碎带和软弱围岩带时，可采用长大管棚进行超前支护。

1.利用钻孔台车作为钻深孔机械，按设计孔位实施作业。

施钻深孔时，台车大臂顶紧在掌子面上，当第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，接长第二根钻杆，用联接套把两根钻杆连接牢固，继续施钻，直至钻孔达到设计深度（比管棚长0.5m以上）后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。

在钻孔时，要确保孔径比棚管外径大于15～20mm。

管棚钻孔工艺流程见图1。

图1 管棚钻孔工艺流程2.顶管施工先进行管件制作，采用Ф89普通钢管加工后作为棚管，把加工好的管节联接套安装在钢管两端。

然后将钢管安放在台车大臂上，对准已钻好的引导孔，低速推进钢管。

直至达到棚管设计长度。

用钻头掏尽钢管内残碴，进行棚管补强，即在钢管内注入水泥浆或水泥－水玻璃浆液。

顶管施工工艺流程见图2，管棚布置见图3。

图2 管棚顶管施工工艺流程四、帷幕注浆本标段张家沟隧道及郁山隧道涌水严重，岩溶水发育，施工采用帷幕注浆进行处理。

帷幕注浆具有堵水效率高、耐时久、兼有加固地层的作用，在防水要求高或富水软弱地层隧道施工中，帷幕注浆已经成为隧道围岩防水问题的必要手段。

1.注浆施工准备（1）注浆孔位布置及设计技术参数根据施工现场和水文地质、注浆材料、最大注浆压力和浆液质量稳定的技术要求，设计隧道全断面注浆孔位。

设计技术参数见表61。

（2）注浆施工机具钻机采用液压钻孔台车或YG100导轨式凿岩机、FJY27A型钻架配套设备。

注浆泵采用2TGZ-60/210双液浆注浆泵。

ZJ400型制浆机拌制预定水灰比的浆液，采用JS-100搅拌机储存和二次搅拌浆液，以防止浆液沉淀、离析，保证吸浆管进浆顺畅。

水玻璃用矿斗车或铁桶储存。

在双浆液注浆机两个出浆管头加设三通及阀门作为混合器，双浆液在混合器混合后注入钻孔中。

止浆塞由穿在注浆管上的胀塞组成，胀塞用加纤维材料合成的橡胶制成，可用机械方法或通过充气充水方法使其膨胀。

洞口大管棚施工工艺方法隧道洞口均采用超前管棚注浆加固，管棚是φ108×6mm 的热扎无缝钢管。

施工时，顶部钢管沿隧道周边以1o 向上外插角打入围岩，其环向布置间距42cm ，长度按设计施作。

1.施工工艺：导向拱施工→钻机就位→钻孔→管棚加工→下管→注浆，施工工艺见《大管棚施工工艺框图》。

大管棚施工工艺框图合格测量放线 钻 孔 掏孔检查 是否有坍孔、探头石 安装管棚 注浆 孔口处理 喷混凝土封闭 注 浆 注浆效果检查 进入开挖工序补 孔 钻机扫孔 注浆口防护 合格有 无 施做导向墙 不合格2.主要施工方法2.1架设导向拱a）、测量组根据隧道纵断面设计线、隧道洞轴线及明暗洞开挖轮廓线，放出隧道开挖轮廓线；施工队根据开挖轮廓线及测量技术交底，将上半断面轮廓线以外的土石方清除掉，要求清除面平整，圆顺；为了保证管棚施工，洞口预留长6米的核心土，顶宽度为6米，核心土的高度控制在管棚顶以下1米处；在紧靠核心土四周挖一条小沟，将掌子面的水从中间排出。

b）、测量组检查开挖断面合格后，放出洞口四榀钢拱架的具体位置、里程、高度，并布置好桩点、作好交底。

c）、施工队根据测量交底及现场桩点，安装洞口四榀18号工字钢拱架（九岭隧道为14号工字钢），间距为0.6m（具体施工尺寸见隧道长管棚设计图），焊接牢固，用锁脚锚杆锁定锚固。

用全站仪或经纬仪、水平仪将长为2米的φ133×5mm导向管按照设计1°的外插脚精确定位，并用Φ25连接钢筋与工字钢牢固焊接为一整体。

d）、导向管安装完毕后，经测量组复测，满足精度要求后，安装模板，按照规范要求浇筑25号混凝土套拱，并养生。

2.2钻机就位为加快施工进度，施工中配备两台MK-5型潜孔钻机平行作业，由中间向两侧方向施工，钻机距工作面距离不小于2m。

a）搭设作业平台钻机作业平台采用12×18cm方木按“井”字形搭设，并将核心土整平夯实，方木间用扒钉铆钉牢固，以利安装和固定钻机，防止施钻时摆动、移位倾斜等影响钻孔质量。

洞口超前大管棚施工方案一、洞口超前大管棚的作用及适用条件洞口长管棚适用于洞口V级围岩，无自稳能力或洞口段地表有重要建筑物。

其目的是加固周边一定范围围岩,与刚架组合成预支护系统，防止空口软弱围岩坍塌，创造进洞条件.本管段内隧道洞口表层为黄色黏土，自稳能力差，为确保安全顺利进洞，采取超前大管棚支护。

二、施工工艺及方法（一）洞口大管棚施工作业流程图(二)施工工艺及方法1、钻机平台开挖测量放线施作导向墙、安设导向管钻孔棚管安设棚管制作注浆注浆材料及机具准备洞身开挖及支护封闭工作面/作止浆墙钻机作业平台开挖首先根据钻机自身高度确定台阶的开挖高度,由原地面自上而下挖台阶，仰坡面需竖直开挖,以便管棚导向墙施作。

当挖至台阶底部时，形成管棚钻机施作平台。

考虑钻机平台高度不能满足导墙施作高度，需将开挖平台两侧以外的位置进行加深，具体开挖断面如图1—1所示。

开挖方法采用风钻打眼爆破，挖机挖装、汽车运输的方式进行。

图 1-1管棚作业平台开挖断面图6.982管棚钻机作业平台仰坡正面1:0.754.56导向墙1.01:0.754.562.392.56.9822、测量放线：1）首先复核线路中线、水平，根椐线路中心线控制桩及高程控制点在仰坡面标识出隧道中心线及外拱顶标高，并根据暗洞开挖轮廓线在仰坡面画出外拱弧，做为导向墙立模的依据，根据导向墙的里程控制好导向墙内外模的高度,并预留相应的沉落量.按设计图的要求导向墙的长度和厚度均为1。

0m 。

3、施作导向墙、安设导向管（1）立模导向墙内模采用钢模板,钢模板尺寸为1。

5米(长）＊0。

3米(宽）*0.05米（高),外模及端头模板采用3厘米厚木板加工制作而成。

由于导向墙的尺寸为1m(长度）×1m(高度）。

内模有0。

5米留在外面不承受载荷，内模安装前需架设2榀工字钢,钢模板支撑在I字钢上，工字钢间距为1.0米。

在工字钢下方搭设钢管架支撑，以便承受导向墙混凝土浇注荷载.工字钢架架设及模板安装采用人工进行，并保证工字钢架置于稳固的基岩上，2榀工字钢之间纵向采用φ22螺纹钢与钢架间焊接牢固，螺纹钢环向间距为1。

隧道长大管棚施工一、施工方法：管棚由钢管和钢架组成，并辅助锚杆和喷射砼，管棚直径为 80～180mm,一般采用108mm×4.5mm厚热扎无缝钢管,管与管的中心间距采用2.5～3 倍管径30～50cm,管棚长度不宜小于 10m,根据地质,机械设备及施工条件确定,长度一般为 10～40m,如需设置管棚段落过长,可分组设置,纵向两组管棚的搭接长度不小于 3.0m。

先施作好的超前管棚，在管棚的超前支护下，采用上半断面法掘进，上部开挖后及时安设拱部钢拱架和锚、网、喷等初期支护，钢架采用型钢拱架或格栅拱架，待完全作好拱部支护后，开挖下部，下部左右两侧交错施工，待一侧的钢架和初期支护施作完毕后，再开挖另一侧。

钢支架采用型钢或φ22格栅钢筋拱架,锚杆采用φ22钢筋,喷射砼采用 20 号砼,钢拱架的受力计算要承受2～4m 的松散岩体爱力,采用型钢拱架时,不计算喷射砼的受力(如施工图已有设计,按设计方案执行)。

二、施工工艺:1.施作工作室,工作室应比设计断面大 30～50cm(如在洞内施作长管棚)。

2.施工导拱,安装导管,导管长度为 2～2.5m,管径应大于管棚直径 20～30mm。

3.施钻工作平台,工作平台必须能承受钻机的活载能力,因此必须牢固可靠,在洞口段施工,最好设在地面上,即导拱只作一半(弧形部份)。

下一半在打完管棚后施作（即先拱后墙）。

4.钻机就位,施钻到设计位置。

（先施作有孔钢管，后施作无孔钢管）5.顶进钢管到设计位置。

6.管内注浆,注浆压力为 0.5～1.0MPa。

7.施作导拱下部墙,先作一边,再作另一边,防止拱下沉。

8.洞内开挖,洞内开挖一般采用半断面进行,即先挖上部,在作完锚杆胶喷射砼后, 再作下部。

（如是液压台车施工，可作全断面开挖，开挖进尺不大于 1.5m,一般为 1m。

挖完一次，作一次的锚杆喷射砼或安装钢支架，以此循环进行直至作完全部管棚段。

三、劳动力组织及进度指标：(指施作管棚一项)劳动力组织:电工 1 人机械工 1 人施钻工 1 人换钎工 2 人测量工 1 人(测量钻机及钻杆方向位置)共计 6 人。

长大管棚主要用于软弱砂砾地层或软岩、岩堆、破碎地带层，多用于隧道及其它地下导坑辅助施工，其支护原理是：在预计开挖断面外周，以一定间距、一定的外插角度，用钻孔方法先行设置钢管，通过管壁四周压浆孔，压入水泥-水玻璃单液浆，先行加固松散围岩体，边开挖边利用钢拱架喷锚等共同支护，对隧道开挖起到有效超前支护的方法。

超前长管棚，采用节长3米、6米Ф108*6mm垫轧无缝钢管，环向间距30cm，丝扣连接。

钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于30cm，平行路面中线布置。

要求钢管偏离设计位置的施工误差不大于20cm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头数至少须错开1m。

为增强钢筋的刚度，管内以30#水泥砂浆填充。

管棚布置见图1。

3.1、主要机具设备主要机具设备见表1。

主要机具设备表表13.2、确定管棚距开挖轮廓线间距浆液扩散半径设计为50cm，故取管棚距开挖轮廓线间距为43cm。

3.3、设置长管棚导向墙先行开挖明洞断面，在明洞衬砌外缘施作C25钢筋混凝土套拱（具体开挖见横断面图2）考虑钻进中的下垂，钻孔方向应较钢管设计方向上偏1度，为保证钻孔方向以及成洞面稳定，有明洞衬砌外设置了长工2.0m，厚60cm的25#钢筋混凝土套拱。

在套拱内按长管棚立面图中设ф150孔口管。

导向墙施工时，必须对称灌注，以避免钢筋骨架变形而影响孔口管的方向。

3.4、施钻钻孔顺序为先从两侧拱脚开始，对称向拱顶钻孔顶管，使下部注浆体有力地支托其上部钻进和顶管，既能防止坍孔，又便于顶管。

钻机结构见图3。

施钻时，将减速器升上限位置，把钻杆旋紧后，开启气动马达，待空载正常后，再慢慢开启推气缸，待钎头置于工作面上，关闭推进气缸，再开启冲击器，徐徐钻进，待钎头钻进100mm左右时，再以全风门冲击。

在钻进过程中，视进展快慢，慢慢开启或关闭推进气缸，使钻具始终保持一定推进力。

钻完第一根钻杆后，停止气动马达的转动，关闭冲击器停止钻进，将减速器置于下限位置，用叉子把钻杆固定在卡钎器内，反转减速器，使钻杆与减速器的接头脱开，然后将减速器升到上限位置装入第二根钻杆，连接牢固后，方可进行钻孔作业，直到设计深度。

长大管棚施工工艺一、编制目的明确隧道洞口长大管棚及洞身长大管棚的施工作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范长大管棚的施工。

二、编制依据《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）;《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设〔2005〕160号）;《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）;《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）;武广客运专线双线铁路隧道各施工参考图；武广公司下发的各隧道施工图纸。

三、适用范围适用于武广客运专线XXTJIII标的所有隧道的洞口长大管棚以及洞身长大管棚的施工。

四、施工工艺及方法（一）、管棚施工工艺框图（见图1）（二）施工方法为保证施工安全，本标段部分隧道进洞及浅埋地段洞身施工设大管棚超前支护，注浆加固后再进行开挖，各断面大管棚管棚钻机一次施工完毕。

管棚施工工艺框图（见图1）。

工艺方法：导向墙施工（洞口大管棚施工）：导向墙采用C20混凝土，截面尺寸1m ×1m，兼作止浆墙。

环向长度可根据具体工点实际情况确定，但要保证其基础稳定性，导向墙数量一般按拱部140°计算。

为保证长管棚施工精度，导向墙内设2榀I18工字钢架，钢架外缘设Ф140mm壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。

图1 管棚施工工艺框图管棚定位及钢管安装：充分考虑到上抬量和上抬角度后，正确算出各钻孔孔口位置，利用测量仪器定出钻孔的位置和倾角。

钻孔：利用管棚钻机钻到设计深度，每钻入一节续接下一节钻杆。

清孔：利用高压水将孔内余碴清洗干净，以防塞管时卡管。

装入钢管：管棚分钢管和钢花管，交错布置，先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，钢管连接注意接头质量，用小直径钢管插入后焊接牢固。

高压注浆：注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。

利用注浆泵将浆液压入孔内，通过钢管壁注浆孔来加固地层。

堵孔止浆：堵孔质量的好坏，直接关系到注浆效果。