长大管棚在隧道浅埋段的施工技术
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+ J, Z# v. Y2 ^7 \陈荣典 林爱芬3 k) G/ `' a) C" Q4 N* J
: G4 \. ~# E, n5 U7 y9 \2 w3 O7 x（福建省第一公路工程公司，福建泉州362000）
8 Z; W. d; u- P摘要：介绍福建省首例采用40 m长大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、质量控制与成本分析5个方面作了具体介绍。9 [% ^& k2 m0 T
关键词：长大管棚；施工技术；参数确定；机具选择；质量控制；成本分析
9 O- F @( u# |) I5 y7 y3 [$ ^# q" d1 O1 工程概况. p. P5 J3 F6 p' F! J2 I) x8 z6 e, w% _
杨梅岭隧道设计为上下行分离式4车道高速公路隧道，隧道左线长1 365 m，右线长为1 340 m。全隧道按新奥法设计和施工，进口左洞和出口右洞洞口浅埋段最薄覆盖层分别为367 m、405 m，在洞口35 m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。福建省首次采用40 m长大管棚对洞口段进行超前支护。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。- z. @; E- v! J% l1 S6 N6 B
2 施工工艺/ b+ n1 E% i$ h; b
2.1 施工工艺流程
0 W8 k3 I( C: E4 ~6 O# k施工工艺流程略。5 L$ t3 U, | b2 m3 W+ Q6 `5 D" c. R
2.2 管棚参数' U" c3 ?+ t3 w: c+ P$ b( W
(1)钢管布设在圆心角为150°的隧道拱部； a) k4 {- S0 s- t
(2)钢管环向间距为50 cm；
: l1 V- }$ O; B4 u; z; ^) ], t" J; e(3)管心与衬砌设计外廓线间距为40 cm；9 K% [' F# X6 ?8 @, J, x
(4)倾角：仰角1°(不包括路线纵坡)；# `+ R0 u" i ?
(5)钢管施工误差：径向不大于20 cm；/ A- ]. @" H/ q$ b/ X8 K7 p. E
(6)管棚长度为40 m，热轧无缝钢管Φ 108 mm，壁厚6 mm，节长3 m、6 m；3 {- D6 |9 J) P- {, \. h. \
(7)孔口管为天缝钢管Φ 127 mm，壁厚6 mm，节长2 m。
5 X* b# L) U% x$ S- b! m: A8 o2.3 机具选择
8 t" T6 ]& E4 r! Z2 z" @6 N机具选择如表1所示。9 K* h4 `, V; y1 u3 V
表1机具选择表& b2 K! ]6 C* W
管棚长度（m）〖〗管棚机型号〖〗管棚机参数8～16〖〗KSZ100型〖〗钻杆外径50 mm16～40〖〗MK5型〖〗钻杆外径80 mm K! @5 n* A5 |& k+ @' y: L, a# I
2.4工艺说明
/ u+ X" y0 ~; c& K4 z) s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，现分别叙述如下。, X! \$ ~0 b- H2 ~
2.4.1 明洞边坡仰坡开挖支护+ E9 {8 a! v& u8 v, A n+ Z
(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 i* ?5 g$ H* \% Y7 ^, b
(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。
$ j! O5 P7 M3 [: ~) r(3)对边坡渗水要及时排、引到坡面外，加强对坡面的防护。7 w5 w8 X: h: Q+ n: p
2.4.2 施作套拱
3 v% c) V9 i/ @; c3 b- C(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4榀工字型钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体。2 i, i7 ~' g7 g7 s
(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。
1 }# p8 }2 A" I* }! f2.4. 3搭钻孔平台安装钻机
- h0 t7 J- S9 s(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。, m3 `' T% E$ y
(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。
( ?& Y, C* R, D$ a8 v, g, m# e(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。
. V4 E, @, v. q2.4.4 钻孔, r. @6 c) R% z1 i- t, {
(1)为了便于安装钢管，钻头直径采用Φ 115 mm。7 Q, m: K" O* D; N9 W% T) N7 [* Y
(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。
1 t1 ~: D: n, s- T6 C(3)钻机开钻时，可低速低压，待成孔10 m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。, ?3 M2 Y+ E) C1 ]% H* D
(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。
4 s/ n9 L0 I) `: ~( K(5)钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
4 i% R7 y6 s9 e1 K+ s(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。* S$ G' a/ D& d, I; S! p! W; C$ w
2.4.5 清孔验孔 E" x6 W! U8 z9 j( g$ r! j0 I6 y
(1)用地质岩芯钻杆配合钻头(Φ 115 mm)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。5 F' `% w* Y+ L) d
(2)用高压气从孔底向孔口清理钻渣。8 {6 c U, Z5 c# ?
(3)用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。5 g6 `) f5 l$ Z- W
2.4.6 安装管棚钢管, E6 R0 d# ^* l
(1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻Φ 8出浆孔(靠掌子面45 m的棚管不钻孔)；管头焊成圆锥形，便于入孔。; P) i' j+ k4 C! ^# |
(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(Φ 115 mm)，然后可用10 t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。 L" @( z* J5 I9 J- s; B- q
(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1 m。
" O9 ?6 N4 l+ h* L# q2.4.7 注浆
/ Z% E( a* p/ d5 Y) `* v(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。
$ z n& O* e0 m. L4 S% h6 b(2)注浆参数：水泥浆与水玻璃体积的比例为1∶05；水泥浆水灰比1∶1；水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数24。) c1 _, S1 C! ]2 H+ a$ D; D
(3)采用KBY50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压05 MPa～10 MPa，终压2 MPa，持压15 min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的15倍，若注浆量超限，未达到压力要求，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。9 g V8 [$ O4 _3 x% y
(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。: Z4 `5 |+ A2 B' O& v- u2 i2 ~
2.5 劳动力组织
+ }# u& N" T. v/ W: N, Y; A X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。
6 ]$ S; ?& V& g! M4 I: @3 `3 进度情况
0 B, N2 i/ p- O8 N6 |钻机就位、加固：钢管47 h/t0 |+ k7 v5 J7 Q5 q
钻进：钢管95 h/t3 h* d+ v4 f' c& H9 A( h5 i
扫孔、顶管：钢管11 h/t# s. }6 N7 D6 d' f# w2 A
注浆：钢管55 h/t
( W8 V0 o) ^4 C( W2 c( ]5 y4 质量控制* x5 C) F1 G2 Q9 ^( }( U( d0 ~
(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。
$ ?6 ?* ^9 y5 \7 n2 _(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°～15°，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20 cm～30 cm。
/ t' c+ a% }" S6 f+ d6 [; {(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。
8 A% @" y5 K6 i4 B( K(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。( z& H* _% l4 a- f
(5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
1 R' n" t& Y* a4 \* c! `8 i(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。" d h+ e/ ?& e# O8 l* I
5 管棚费用评价
- q: l y4 l8 ]$ ?管棚费用主要包括管棚的套拱费用、管棚施工的人工费、管棚施工的机械台班费、管棚施工的材料费4大部分。现以福宁高速公路杨梅岭隧道进口左洞40 m 管棚（沿拱顶150°范围内布设33根长度各为40 m 注浆钢管，管棚的钢管总重量为21 t）为例，分析管棚在现场施工中的实际费用。+ _ K( q2 c' E
5.1套拱费用
* T; m! G: s+ [（1）套拱Ⅰ18工字钢：1567 5 t×6 000 元/t=9 405元；
! x8 x( L- t: h8 r; u' ^0 j N$ @（2）孔口管（Φ 127×4mm无缝钢管）：0800 58 t×5 000 元/t=4 0029元；# x- p; x* S" x- A0 `$ u
（3）固定钢筋（Φ 25钢筋）：0457 38 t×4 000 元/t=1 8295元；# X5 m; w g! \3 M4 H8 ~
（4）普通混凝土（C 25）：4126 m3×400 元/m3=1 650 4元。
: b' M' a+ Y& L8 I- ^5.2 人工费7 X, s/ o) h* Z8 ]' N
（1）加工管棚钢管：2145 工日×40 元/工日=8 580 元。包括割、焊钢管锥形探头，钢管施钻Φ 8 mm出浆孔等；
' H' o$ N8 q$ B( w9 M（2）加工钢管丝扣接头：20 元/个×231 个=4 620元；" d _! d6 t7 h4 L% O8 e I
（3）搭工作架、布设水、电、气管路等准备工作：18 工日×40 元/工日=720 元；! k7 i n \8 u! F J8 ]
（4）钻机就位、钻孔、扫孔、顶管、注浆：5 1576 h×4 元/h=20 6304 元。% ^5 M, a3 G" `
5.3 机械台班费; t/ L) M: o% e, w1 B# v
（1）地质潜孔钻机：5376 台班×432 元/台班=23 22432 元；
' r. O& {2 T$ H（2）电动空压机（20 m3/h）：5376 台班×674 元/台班=36 23424 元；
. X1 v* ~2 [5 d* L$ _! q- B（3）压浆机（50 L）：1449 台班×36 元/台班=52164元；
, @ m5 l' B I0 V$ X（4）拌浆机：1449 台班×20 元/台班=2898元。4 X3 y1 U! O0 K( `
5.4 材料费8 p% Q G* P* d( T& t
（1）锯木：352 m3×800 元/m3=14 080 元(按两次摊销)；- N& G# ]6 r( C7 \3 J7 c
（2）钢管：21 t×4 200 元/t=88 200 元；. d3 z5 O2 M$ P& s' _
（3）砂浆（30#）：10 m3×240 元/m3=2 400 元；" B2 Q4 U6 v6 Y' q8 G
（4）水泥（325级）：4371 t×330 元/t=14 4243 元；3 }; Y% X. @% j4 ] Y" |
（5）水玻璃（35波美度）：3848 t×900 元/t=34 632 元；$ ~) r" Z+ K4 J$ c/ Z4 M/ }: e2 s
（6）磷酸氢二钠（缓凝剂）：088 t×4 600 元=4 048 元。
5 W8 B5 a1 j4 h6 P Y4 y5 Z; f# p4项费用合计：284 3461元；! f9 ~4 }4 g% R& v) X8 |0 {
管理费与税收按15%计：42 65191 元；
- \* {0 M. V, t7 r: W& d管棚费用按每吨钢管计：
' v' W, C9 ?* H9 X, J（284 3461+42 65191 元）/21 t- H: a& r2 E: |8 e3 w/ o/ T% k
=15 57133元/t。8 i2 s5 o; U: |, o
按隧道延米计：
: r' X+ @! C/ o! b, u% D（284 3461+42 65191 元）/40 m1 O: T0 R8 V# D' }+ x3 Z5 V
=8 17495元/m。7 F! J( j, q( K- z: D
6 结语
$ _( E S/ {; |% G$ A1 c6.1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。
7 N! H8 q. o) w, O6 ]6.2在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。: u7 `' {/ H7 D8 O
6.3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。$ C4 n8 s& X" f8 U
6.4管棚施工工艺的引用，对福建省隧道施工技术的探索迈开新的步伐。" |8 s1 ~7 D! \* \
参考文献
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[2]福建省高速公路施工技术规范福建省高速公路建设总指挥部，1999
( y% }8 w+ W6 \* a8 z3 [[3]TLEJGF—93—27 岩溶隧道管棚支护工法北京：人民交通出版社，1993
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2 }1 L* J( q \- h$ a& N[ 本帖最后由 ssyaaa 于 2007-4-14 10:55 编辑 ]
