管棚支護的新方法

1、管棚支護的新方法導向跟管鉆進法1、前言近年來隨著各種隧道工程數(shù)量的大幅增加，各種支護手段相繼出現(xiàn)，而對 于在 軟弱、松散、富水地層中的支護問題，目前國內(nèi)普遍采用超前加固的工法已 得到巖土工程界的廣泛認同和應(yīng)用，超前支護工法目前主要有超前小導管注漿、大 管棚、深孔注漿、水平旋噴樁、水平攪拌樁和水平凍結(jié)等而就一次性支護深度來說 大管棚是首屈一指的，目前國外以新奧法、國內(nèi)近年采用礦山法施工的隧道已廣泛 采用超前大管棚支護工法，盡管年來TMD法的使用越來越廣泛，即使如此，大管棚 也常常應(yīng)用于盾構(gòu)機入口處以及一些較嚴重的破碎帶作為超前支護方法，可想而知 大管棚的認可度就不言而喻了。但就傳統(tǒng)的管棚工法而言

2、也是具有很多局限性的， 比如支護 作業(yè)因受施工環(huán)境如場地狹小、土質(zhì)較差等條件的制約，目前廣泛采用的 大管棚工法均一次性施作距離較短或者施作深度較大時往往偏差太大不能滿足設(shè)計 要求而美中不足，往往在隧道內(nèi)管棚施工時進行分段打設(shè)并要在分段開挖口處預先 設(shè)置管棚工作室，這種傳統(tǒng)的管棚施工方法既費時費工又費料且回填時施工困難， 北京就出過因工作室回填引起地面道路起鼓高500直徑6米的事故。為了滿足市 場需要和提高在同行中的競爭力，我公司近期經(jīng)過在理論上的探索和運用中的實 踐，總結(jié)出一套新方法，此方法能解決目前大管棚連續(xù)施工時設(shè)立管棚工作室分段 施工的大難題，在黃莊實驗施工時，一次性打設(shè)深度超過100米

3、并取得了非常理 想的效果。在此基礎(chǔ)上，我們深入研究了這種高效進行大管棚的施工方法，并針對 北京地鐵施工的特點和要求制定了這套指導管棚施工的新工法-“導向跟管鉆 進法”。2、特點施工適應(yīng)性強此方法施工不需要開設(shè)管棚工作室可在很多狹小復雜的隧 道中進行施工作業(yè)；方向可控性導向跟管鉆進法的鉆頭是楔形的，在鉆機水平頂進所產(chǎn)生反 力的作用下改變方向；一次性打設(shè)深度較大可超過100米；成本低、效率高由于限定了水泥漿注入范圍，相對注入量大幅減少， 每施工速度比深孔注漿提高2倍3倍，周期縮短；效果好具有提高復合土體強度、防滲、抗滑、預支撐等多重效果。3、實用范圍a）管棚一次性打設(shè)深度較大（50米以上）b）施工

4、場地狹窄無管棚工作室4、工藝原理此方法是根據(jù)一種非開挖水平定向鉆進技術(shù)引申而來的。該方法要求在鉆進 過程中每鉆進一段距離后測一次方位角并通過方位角進行糾偏。我公司根據(jù)這 一特點并結(jié)合本公司在導向儀器研發(fā)方面的優(yōu)勢引申出利用方位角進行導向并控 制鉆頭沿著預先設(shè)定的軌跡鉆進，此方法直接用工作鋼管作為鉆桿，在鉆頭部 位安裝有線導向儀器，根據(jù)鉆頭在鉆進過程中的位置和方向同設(shè)計軌跡的差異， 利用能進行調(diào)節(jié)方向的楔型鉆頭改變鉆頭的鉆進方向。鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感 器，傳感器通過有線線纜同管外的顯示屏連接。顯示屏顯示鉆頭的傾角、面向 角，把鉆頭設(shè)在12點時，導向板朝下，鉆機直接頂進后，由于此時導向板底板 斜面

5、面積大，在土體摩擦力作用下，鉆頭軌跡向上運動。同理在6點位置糾偏 可以使鉆頭朝下鉆進，9點、3點分別是為左、右糾偏方向。當鉆機勻速旋轉(zhuǎn) 鉆進時，鉆桿軌跡基本是平直的。所以利用顯示屏反饋的信息來控制導向鉆頭在 施工過程（控制原理見下圖）中的方位就是此工法的關(guān)鍵所在。5、工法介紹本工法根據(jù)上述原理設(shè)計鉆桿鉆進軌跡，要求是在設(shè)計軌跡與初期管棚搭接 部位前2米左右位置處交匯后將角度逐步下調(diào)，在一定范圍內(nèi)回歸到管棚打設(shè) 中心線 后水平鉆進。（見下圖）A設(shè)計各種打設(shè)數(shù)據(jù):a根據(jù)施工環(huán)境找出管棚打設(shè)的限制數(shù)據(jù)。主要數(shù)據(jù)有四個:1通常以初支厚度再加上開挖線至初期管棚的底邊線距離作為導 向跟管鉆進法的垂直控制距

6、離我們將其設(shè)為H;2總搭接長度M （一般 5米）；3管棚位置中心線與鉆進軌跡頂點距離N4鉆桿的直徑D半徑d;b根據(jù)限制數(shù)據(jù)計算施工步驟的具體數(shù)據(jù)，包括打設(shè)的初始方位角8、第 一次直線鉆進的長度即鉆桿在土中第一次拐向時的深度L1 （一般為6 米） 鉆進過程中每L段端點鉆頭所距開孔口中心點的垂直距 離H1H2Hn、L段端點鉆頭的角度8 1 8 28 n、具體打設(shè)的方 位控制數(shù)據(jù)（Ln、hn、8n、）軌跡頂點到最后方位角調(diào)回水平時的 投影K等等；數(shù)據(jù)設(shè)計的基本原則是在保證M=5米的前提下，通過H的值設(shè)計鉆頭運 動軌跡，使N的值嚴格控制在300mm以內(nèi)。B工藝流程C主要施工過程:1）組裝鉆具（見下圖）

7、O1取位置安放探棒；02安裝焊接泥漿系統(tǒng)單向閥03焊接楔形板（通常與鉆桿角度為20）04安裝焊接水眼板（水眼為8mm）2）鉆進作業(yè)a、鉆機就位后放出開孔中心線;b、安裝孔口管管長1米直徑通常為大于鉆桿直徑5cm目的在于防止孔口因鉆桿摩擦和泥漿的沖刷下坍塌；c、按照初始角0勻速鉆進L1后，鉆頭調(diào)在6點位置以0 1角度勻速頂進L2，此時鉆頭的位置為h2；d、測出h2時的各種數(shù)據(jù)與設(shè)計在該位置的數(shù)據(jù)比較，根據(jù)兩者之差在下一步鉆 機勻速鉆進L3時加以調(diào)節(jié)并作為下一孔位的施工參數(shù)；，e 按照h2與設(shè)計數(shù)據(jù)的差調(diào)整后勻速鉆進到設(shè)計數(shù)據(jù)h3點；f、按照cde過程循環(huán)進行，鉆頭在N的設(shè)計值處調(diào)到0并按設(shè)計將角

8、度調(diào)到負值；g、繼續(xù)循環(huán)調(diào)整在hn點時鉆頭再次被調(diào)為水平此時可按照普通施工方法進行 施工，需要提醒的是在鋼管彈性作用下以后的勻速鉆進必定會造成鉆頭運動 軌跡始終向下因此每隔3米還要進行一次糾偏；注：實際施工過程中我們?yōu)榱耸┕と藛T便于操作將0用百分比來替換即x%（當鉆桿以某一角度鉆進時每鉆進100米h值為1米）L值控制要求嚴格時可根據(jù)實際情況將勻速鉆進改為原地旋轉(zhuǎn)一段 時間后繼續(xù)頂進。3）注漿卸掉鉆桿與鉆機的連接后將預先設(shè)置在鉆桿內(nèi)與探棒信號線綁在一起的鋼絲 繩回拖，回拖時應(yīng)每10米在進行一次測量檢驗實際的軌跡與設(shè)計相差數(shù) 據(jù)。注漿注漿原理是混合漿液通過注漿口特制的節(jié)門后，在壓力作用下流經(jīng) 鋼管

9、、管外環(huán)裝空隙，將管內(nèi)空氣擠壓排出并將環(huán)裝空隙充填密實的過程（見下圖）。注漿步驟：a漿液配制攪拌均勻（漿液采用水泥膨潤土混合漿，嚴禁注漿過程中加 水加料）；b開始注漿，注漿量以混合漿液從環(huán)裝空隙口流出為準；c停止注漿，7小時后卸除管口節(jié)門。注漿材料：水泥，優(yōu)質(zhì)膨潤土配比(質(zhì)量比)：水：水泥：膨潤土( 1： 1： 0.03 )注漿壓力：0.6-1.0MP ；6、主要設(shè)備選型7、質(zhì)量要求開孔孔位偏差W士 50mm，若須移位，應(yīng)調(diào)整開 孔角度進行回歸；開孔位置不允許向內(nèi)偏斜。設(shè)計向外偏角(放射角)偏差在0.10.2。范 圍內(nèi)；管棚的終端最大偏差控制在士 200mm以內(nèi)；鉆頭頂進過程中每一 L的端點h

10、值與設(shè)計偏差必須W 1%；為了保證鋼管連接的同軸性，每根鋼管都必須加車4mm絲扣，采用絲扣連 接。絲扣連接一定要擰緊、到位，然后加焊；終孔后，管棚的注漿壓力要控制在0.8 -0.8 MP之間，注漿壓力不宜邊 大。注漿量以出漿口流出水泥漿為準。管棚打設(shè)長度與設(shè)計長度誤差不得大于200mm；8、工程實例1）工程名稱：北京地鐵十號線（萬柳一勁松）花園東路站一八達嶺高速站區(qū)間 工程2）打設(shè)環(huán)境：隧道進深約13米內(nèi)已用傳統(tǒng)的管棚方法作了支護，初期管棚底邊 線在距開挖線約300mm處，初支厚度約350mm即h = 650mm場地不具 備開管棚工作室的條件（詳見正、側(cè)視圖）打設(shè)總長度分別為40m、 53m,

11、用“導向跟管 鉆進法”打設(shè)要求MW5米,NW300mm。3）數(shù)據(jù)設(shè)計（下圖）:a原始數(shù)據(jù)：h = 650mm, m = 5米，N=300mm,D=108mmb 數(shù)據(jù)設(shè)計：6=9% 61= 7 % 02=5% 63 = 3% 04=0L1=6 米 L2=3 米 L3 =2 米 L4=3 米！_5=2 米 L6=3 米 L7=2 米 L8=4K=9m4）管棚打設(shè)步驟設(shè)計: 步驟1：埋設(shè)孔口管步驟2：勻速鉆進L1=6米（下圖）早蜂現(xiàn)步驟3：頂進L2=3米（下 圖）步驟5：按照步驟3、4鉆到Hn點后鉆頭向下鉆進（下圖）管尷置中心埸一H酬步驟6：鉆到K=9m,角度=0o時鉆機勻速鉆進（下圖）管脆置瞄物新步驟7：每鉆進3米測量一次方位角并加以調(diào)整直至設(shè)計深度注：實際施工時由于此地段土體摩擦阻力較大鉆機直接頂進3米比較困難，我們 改為以每5m為一個控制斷，每個控制斷的角度下調(diào)標準為3%,每頂進3m +鉆進2m改為：每頂進1米再鉆進1米循環(huán)，施工的原理方