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导向跟管钻进法在隧道中连续进行大管棚施工的方法一、前言隧道洞口位置的选择因受限于公路、铁路的类型、环保情况及城市发展等条件，使得洞口的位置、高度及覆盖地层厚度等均处于非理想情况。
但因地层、地质变化多端，隧道在开挖过程中总会遇到断层或软弱、破碎地层，常常引起工程问题。
因此隧道工程界试图发展一套能确实解决上述问题的工法。
经查目前国外以新奥法、国内近年较常采用的矿山法施工的隧道广泛使用超前支护大管棚工法，作为隧道洞口浅覆盖段及隧道内遭遇各种软弱地层的主要辅助工法。
近年来TMD法的使用越来越广泛，即使如此，大管棚也常常应用于盾构机入口处及一些较严重的破碎带做为超前支护方法。
目前国内外广泛采用的大管棚法均一次性施作较短距离，常常需在隧道内预先设置管棚工作室，影响工效和经济。
为解决上述问题，我公司近期经过探索、实验，设计出“导向跟管钻进法”进行长管棚施工，一次性打设超过120米的管棚。
在此基础上，研究了在隧道中如何高效进行大管棚的施工方法。
二、导向跟管钻进导向原理导向跟管钻进是由水平定向钻进发展而来的。
水平定向钻进方法是非开挖管线施工的一种方法。
该方法要求在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向。
根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的钻头（一般为楔型钻头）改变钻头的钻进方向，从而按设计要求完成各种管线的铺设。
钻头示意图如下：图一如图一所示：钻头内装有特制的传感器，传感器直接由15V直流供电。
显示屏显示钻头的倾角(水平角度)、面向角(导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面)。
打设角度如果偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝下，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。
受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。
同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。
如果角度合适，钻机匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。
所以导向钻头是上下纠偏的关键。
三、超前大管棚工法简介超前大管棚工法就是为了保证隧道开挖的安全，利用隧道管棚机在隧道拱顶区域钻设水平孔，埋设超前支护钢管，并进行注浆固结土层，使隧道拱顶预先形成一伞状保护环的大管棚。
水平导向钻进管施工方案水平导向钻进管施工方案是针对地下管道敷设中的一种有效施工技术。
该方案主要适用于需要跨越障碍物或在无法开挖的区域进行管线铺设的情况。
通过水平导向钻进管施工，可以实现快速、高效、节约成本的管道敷设。
1. 方案概述水平导向钻进管施工方案主要包括勘测设计、钻进施工、管道铺设等环节。
首先利用先进的勘测技术确定钻进路径，然后在地下使用专业设备进行钻孔，最后通过管道铺设完成管线建设。
2. 施工流程2.1 勘测设计在确定施工区域后，需要进行详细的勘测设计。
根据地形、地貌、管线走向等因素，制定钻孔路径和施工方案。
勘测设计的准确性直接影响后续施工的顺利进行。
2.2 钻进施工在进行钻进施工时，需要使用水平导向钻进设备，按照勘测设计的路径进行钻孔。
施工人员需根据设备指引准确控制钻孔方向和深度，确保管道的准确铺设。
2.3 管道铺设钻孔完成后，通过牵引装置将管道沿着钻孔逐步铺设到位。
在铺设过程中需要密切配合作业，确保管道的平稳铺设并避免不必要的事故发生。
3. 施工注意事项3.1 安全第一在施工过程中，安全始终是首要考虑因素。
施工人员需严格遵守操作规程，做好安全防护工作，确保施工现场安全。
3.2 环境保护在进行施工前后，需要认真对施工现场进行环境保护。
避免污染环境、破坏植被等行为，确保施工后地表恢复如初。
3.3 设备维护施工设备是保障施工顺利进行的关键。
施工人员需定期对设备进行检查和维护，保证设备的正常运转，降低故障发生率。
4. 施工效果评估施工完成后，需对施工效果进行评估。
评估主要包括施工质量、施工速度、施工成本等方面，以便为今后的管线建设提供参考依据。
结语水平导向钻进管施工方案作为一种高效、快速的管道敷设技术，在管线建设领域有着广泛的应用前景。
通过严格的方案设计、施工流程控制和施工效果评估，可以更好地保障施工质量和工程效率，为地下管道建设提供新的解决方案。
XX隧道跟进式管棚施工方案1.工程要求及施工条件本工程是采用超前大管棚的方法对xx隧道洞口段拱部进行预支护。
管棚长度40m,选用Φ159热轧无缝钢管、壁厚8mm。
钢管沿开挖轮廓线外放100mm，以外插角3度打设。
钢管内外注水泥浆，水灰比为1：1,注浆压力0。
4～0。
8Mpa。
2.施工难点及相应的技术措施2．1左右洞洞口为长15～20m宽15~18m比拱顶高2～3。
5m碾压平台，渗水丰富。
管棚套拱长度为2米.2．2 根据地质勘察报告，管棚施工部位主要为灰绿色及黄色强风化泥岩，可用合适的泥浆调配方法解决;2．3 如果地下水位高,可能在钻进时出现涌水导致孔壁坍塌,钻孔口需采取密封保压措施，并密切监视出浆量;2．4可根据工程需要,在掌子面下部左右两侧各打设２~３个水平降水孔,让作业区内的地下水自然流出,降低水位，以提高管棚打设及隧道开挖过程中的施工安全度。
3。
施工组织方案根据设计要求和现场特点,本次施工采用有线导向水平跟管钻进方法一次将钢管打进40m，钢管用丝扣连接。
3．1 主要施工设备A．HTG—100型水平定向钻机1台.全液压驱动，功率：55KW；顶进/回拖力:150KN；扭矩：6000NM。
B．SE－1型水平导向系统1套。
包括探头和监视器，导线连接。
可测钻头倾角及钻头斜面的面向角，探头发射的光束可监测左右偏斜.C．泥浆系统。
包括BW－250型泥浆泵2台，泥浆搅拌器2台，2KW污水泵1台。
D．BX1－500型电焊机1台。
E．H－3移动式钻机工作台架1套。
3．2施工用材料A．Φ159x6无缝钢管；B．注浆用水泥；3．3施工条件要求A．施工场地应平整坚固，高度适中(地平面往上距最低孔位80—100cm）,无积水,无影响钻机正常运行的障碍物，有工人进出场地的安全通道，不得有威胁施工安全的其他作业。
B．有设备及钢管水泥进出场地的安全通道及适当的吊装工具。
C．动力电100KW接至离掌子面30m以内。
D．水源接至掌子面30m以内。
⽔平导向钻进法施⼯⽔平导向钻进法施⼯1 概述⽔平导向钻进法是⼀种能够快速铺装地下管线的⽅法。
它的主要特点是, 可根据预先设计的铺管线路, 驱动装有楔形钻头的钻杆按照预定的⽅向绕过地下障碍钻进, 直⾄抵达⽬的地。
然后, 卸下钻头换装适当尺⼨的扩孔器, 使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔扩⼤⾄所需直径, 并将需要铺装的管线同时返程牵回钻孔⼊⼝处。
⽔平导向钻进的钻孔轨迹可以是直的, 也可以是逐渐弯曲的。
在导向绕过地下管线等障碍物,或穿越⾼速公路、河流和铁路时,钻头的⽅向可以调整。
钻孔过程可在预先挖好的发射坑和接收坑之间进⾏, 也可在地表发射, 以⼩⾓度直接从地表钻进。
⼯作管或导管的铺设通常分两步进⾏。
⾸先是沿所需的轨迹钻导向孔, 然后回扩钻孔加⼤孔径以适应⼯作管的要求, 见图1。
图1 ⽔平导向钻进施⼯⽅法在复杂地层条件下、或孔径需增加很⼤时, 可采⽤多级扩孔的⽅法将孔径逐步扩⼤。
坑内发射钻机固定在发射坑中, 利⽤坑的前、后壁承受给进⼒和回拉⼒。
地表发射钻机将钻机锚固在地⾯上。
多数⽔平导向钻机采⽤钻进液润滑钻头、输送钻屑回⼯作坑和稳定孔壁, 也有些钻机采⽤⼲式钻进。
⼲式钻机施⼯导向孔时采⽤钻头上的⾼频⽓动锤钻进。
⽔平导向钻进法的优点主要表现在：特殊设计的回程扩孔器和泥浆混合泵, 保证新铺管线不受损坏；根据施⼯现场条件, 可以不挖掘⼯作井,能铺装直径为51mm～1000mm 的各种材质的管线；钻进设备采⽤集成式设计, 安装速度快；钻进系统适⽤各种地质, 不会出现卡钻情况；特殊设计的楔形钻头可随时调整钻进⽅向, 绕避障碍；⼀体式钻杆可为钻进各种地质提供⾜够的强度和韧度；钻杆⾃动装卸系统,可使操作效率更⾼, ⼯作更安全；导向定位系统可测⾄30 多⽶的深度, 确保施⼯路线准确⽆误；导向钻进长度可达600m。
⽔平导向钻进过程受三维控制, 它通过钻杆和⼀个特殊设计的楔形钻头的旋转钻进完成线性前进, 当需要改变前进⽅向时, 只需暂停钻杆的旋转并将钻头的楔形固定在相应的位置上即可。
隧道长大管棚水平导向跟管钻进法施工工艺曾厚丰（中铁二十一局三公司思剑高速第五合同段）摘要：省思南至剑河高速公路第五合同段观音岩隧道右线剑河端存在淤泥、富水地层等软弱地质，采用水平导向跟管钻进法施工40m长的大管棚，成功解决了淤泥地质不易成孔的难题，很好控制地表沉降，确保了隧道开挖的安全进洞。
本文重点介绍水平导向跟管钻进法施工工艺。
关键词：淤泥地质长大管棚水平导向跟管钻进法一、前言近年来随着各种隧道工程数量的大幅增加，各种支护手段相继出现，而对于在软弱、松散、富水地层中的支护问题,目前国普遍采用超前加固的工法已得到岩土工程界的广泛认同和应用。
在隧道洞口段，一般采用大管棚施工，如果洞口地质为软弱破碎岩体、流塑状粘土、岩溶充填流泥或流沙等不良地质地段，由于围岩自稳能力极差，采用普通的潜孔钻冲击成孔送管法施工时出现涌水导致孔壁坍塌，钻进时容易坍塌，甚至突水涌泥，给施工带来极大的困难，使工程耗资大，施工时间长，管棚施工质量无法达到设计要求。
省思南至剑河高速公路第五合同段观音岩隧道左线剑河端施工中遇到流塑状粘土，并与地下水、地表水贯通，多次发生突水涌泥。
在严重困难、施工受阻的情况下，经分析对比，决定采用水平导向跟管钻进法施工，使隧道管棚成功解决流泥地质不易成孔的问题。
二、工艺特点1、施工适应性强此方法施工不需要开设管棚工作室可在很多狭小复杂的隧道中进行施工作业；2、方向可控性导向跟管钻进法的钻头是楔形的，在钻机水平顶进所产生反力的作用下改变方向；3、一次性打设深度较大可超过100m；4、成本低、效率高由于限定了水泥浆注入围，相对注入量大幅减少，每施工速度比深孔注浆提高2 倍～3 倍，周期缩短；5、效果好具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重效果。
三、适用围管棚水平导向跟管钻进施工工艺适用于围岩自稳能力极差(发育的石灰岩溶带、软弱流泥富水地层、软弱破碎松散岩体)的各种类型的山岭隧道和地下工程。
四、 水平导向跟管钻进施工工艺4.1 导向跟管钻进原理导向跟管钻进是借鉴水平定向钻进技术发展而来。
隧道长大管棚水平导向跟管钻进法施工工艺
曾厚丰
（中铁二十一局三公司思剑高速第五合同段）
摘要：贵州省思南至剑河高速公路第五合同段观音岩隧道右线剑河端存在淤泥、富水地层等软弱地质，采用水平导向跟管钻进法施工40m长的大管棚，成功解决了淤泥地质不易成孔的难题，很好控制地表沉降，确保了隧道开挖的安全进洞。
本文重点介绍水平导向跟管钻进法施工工艺。
关键词：淤泥地质长大管棚水平导向跟管钻进法
一、前言
近年来随着各种隧道工程数量的大幅增加，各种支护手段相继出现，而对于在软弱、松散、富水地层中的支护问题,目前国内普遍采用超前加固的工法已得到岩土工程界的广泛认同和应用。
在隧道洞口段，一般采用大管棚施工，如果洞口地质为软弱破碎岩体、流塑状粘土、岩溶充填流泥或流沙等不良地质地段，由于围岩自稳能力极差，采用普通的潜孔钻冲击成孔送管法施工时出现涌水导致孔壁坍塌，钻进时容易坍塌，甚至突水涌泥，给施工带来极大的困难，使工程耗资大，施工时间长，管棚施工质量无法达到设计要求。
贵州省思南至剑河高速公路第五合同段观音岩隧道左线剑河端施工中遇到流塑状粘土，并与地下水、地表水贯通，多次发生突水涌泥。
在严重困难、施工受阻的情况下，经分析对比，决定采用水平导向跟管钻进法施工，使隧道管棚成功解决流泥地质不易成孔的问题。
二、工艺特点
1、施工适应性强此方法施工不需要开设管棚工作室可在很多狭小复杂的隧道中进
行施工作业；
2、方向可控性导向跟管钻进法的钻头是楔形的，在钻机水平顶进所产生反力的作
用下改变方向；
3、一次性打设深度较大可超过100m；
4、 成本低、效率高 由于限定了水泥浆注入范围，相对注入量大幅减少，每施工速度比深孔注浆提高2 倍～3 倍，周期缩短；
5、效果好 具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重效果。
三、适用范围
管棚水平导向跟管钻进施工工艺适用于围岩自稳能力极差(发育的石灰岩溶带、软弱流泥富水地层、软弱破碎松散岩体)的各种类型的山岭隧道和地下工程。
四、 水平导向跟管钻进施工工艺
4.1 导向跟管钻进原理
导向跟管钻进是借鉴水平定向钻进技术发展而来。
水平定向钻进是非开挖管线施工的一种方法，要旨在：钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向，据此确定钻进轨迹同设计轨迹的差异，利用能进行方向涮节的导向钻头(一般软土层中用楔型钻头)改变钻进方位，从而按设计轨迹钻通铺管孔道，其后再经扩孔、拉管等工序，完成地下管线的铺设。
导向钻头构造示意图如图1所示如下：
图1 导向跟管钻进原理图
导向钻头内装有特制的定位传感器，传感器通过信号线穿过钻杆连接孔外的显示器。
显示器显示导向钻头的倾角和面向角(显示器上有一角度指示钟，导向板斜面朝下时为12点)。
导向钻头钻进角度如果偏下，可以把导向钻头调到12点，即导向板斜面朝下，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大，受到一个向上的托力，导向钻头轨迹就会朝上运移。
同理，在6点时纠偏可以使钻头钻进轨迹朝下，9点、3点时分别为左、右纠偏方向。
如果角度合适，钻机匀速旋转钻进，导向钻头的钻进轨迹是平直的。
4.2 施工方法
管棚施工中，用棚管代替钻杆，其最前端加装如上所述的导向钻头，后续棚管之间采用丝扣进行连接，利用水平定向钻机将棚管依次打人土体中。
在钻进过程中，依据导向钻头内置的定位传感器传出的角度信号，对钻进角度进行调节，使棚管按设计轨迹钻进。
当棚管打进至设计深度后，撤回定位传感器，随后立即向管内注浆。
同传统大管棚施工方法相比，导向跟管钻进方法有如下优点：
(1)能有效控制棚管打设方向，精度高；
发光体装置信号线
钢丝绳支撑水眼
导向装置
(2)管棚施作距离长，工效高，一次性施作可超过100m；
(3)将钢管作钻杆直接打入，不扩大孔位，注浆后地面沉降接近零；
(4)孔底注浆，孔口返浆，必要时封口注浆，可硬化管外土体；
(5)能按特殊要求的轨迹钻进，在隧道内打设管棚无需预设管棚工作室。
五、施工实例
5.1工程概况
贵州省思南至剑河高速公路第五合同段观音岩隧道右线剑河端设计采用长40m管径为Φ108*8mm，间距为400mm的大管棚。
该洞口开挖边仰坡后，发现存在淤泥等软弱地质。
在大管棚施工时，采用普通的潜孔钻冲击冲孔送管法时出现涌水导致孔壁坍塌，无法保证管棚质量达到设计要求，采取水平导向跟管钻进法施工40m长的大管棚，成功控制地表沉降，确保了隧道开挖的安全进洞。
经后期隧道开挖显示，管棚施工质量合格。
本文重点介绍水平跟管钻进法施工工艺。
5.2工艺流程
5.3 施工机具设备及方法
5.3.1 施工准备
(1)管棚制作：大管棚采用6～9m的管节，钢管上钻中15mm孔，间距为300mm，呈梅花形布置。
(2)移动钻机至钻孔部位，调整钻机高度，将钻具放入导向管中，使导向管、钻机立
轴和钻杆在一条直线上，并用悬吊式量角器量测这一条直线的角度，使管棚的外插角等符合设计要求。
5.3.2 钻孔
跟管钻进采用单动双管回转钻进工艺，具体施工钻具：外管由注浆套管与主动钻杆组合，内管由小钻头与主动钻杆共同组合而成。
钻进过程碴土由内外管环空问隙通过复合接头处排除，当钻进进尺缓慢，套管内充填碴土较多排除不完全时，用内管钻具回转钻进排除套管内的碴土，完毕后接上外管钻具重新回转钻进，注浆套管用电焊机焊接牢靠，防止因钻具扭矩过大丝扣产生滑丝而脱扣现象，导致后续套管再无法接上。
如此循环钻进直至注浆套管下至设计深度，退出内管钻具即可。
5.3.3 孔口密封
(1)用带连接注浆管的钢板与管棚钢管焊接牢固(注浆连接管可采用阀接式；亦可采用
插接绑扎式，但绑扎必须牢固，以防注浆压力较大时崩脱)。
(2)将管棚钢管与钻孔环形空间用于硬砼料封堵密实，封堵环形空间前必须用压力风
将孔口部位砼墙面上的泥土及浮尘清理干净。
5.3.4 注浆
(1)由于采用间隔施工大管棚，为了避免先期注浆结石影响后期成孔(主要是渗入地层
中的水泥结石极易造成钻孔偏斜，诱发孔内事故)，大管棚第一次注浆压力不宜过大，待周围管棚施工完成后加大注浆压力再次注浆。
(2)为了确保注浆质量，再次应向孔内压注水泥浆
注浆压力控制在0.2～0.4MPa，注浆量控制在1.5～2.0倍理论裸孔容积，然后向孔内压注水灰比0.6的水泥浆，当压力达到0．6MPa并稳定后停止注浆。
5.4 施工效果及评价
为了检查管棚支护技术的施工效果，保证隧道施工安全，在管棚和注浆孔施工结束后，必须施工检查孔，对施工效果进行检查。
检查孔沿隧道掘进方向自中部向上左右两帮各施工一个。
从取心钻探结果看，取出的岩芯如实反映了各土层的加同情况，水泥浆液扩散凝固效果较好，钻孔在取芯检查深度范围内出水甚微，满足预期设计要求。
隧道施工后地表
沉降较小，拱顶沉降较小，都在允许范围之内。
渗漏水不明显。
管棚排列较整齐，施工精度较高。
六、结论
实践证明，导向跟管钻进技术对打设大管棚是有效的，但具体施工工艺仍需进一步完善。
今后要重点在以下几个方面做改进工作：
(1)定量计算，确定各种具体条件下的大管棚设计参数，如管径、间距、长度、注浆量和压力等；
(2)加强数控导向管棚钻机的研制，以提高工效；
(3)土质为可塑状态时，可以试用无缝钢管代替直缝焊管，壁厚也可适当减小，材料成本可降低，且仍能满足管棚设计强度要求。
(4)不能将管棚施工单纯地看作一种隧道施工的超前支护手段，而应作为超前支护、超前探测和施工监测的综合手段，形成新的管棚设汁与施工理念。
参考文献：铁道部第二工程局.铁路工程施工技术手册·隧道.北京;中国铁道出版社.1995。
