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管棚施工工藝工法(上)

管棚超前支護法是近年發展起來的一種在軟弱圍岩中進行隧道掘進的新技術。管棚法作為隧道施工的一種輔助方法,在軟岩隧道施工中穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層,湧水、湧砂層發揮了重要作用。管棚是利用鋼管作為縱向支撐,鋼拱架作為橫向環形支撐,構成縱、橫向整體,不僅沿隧道縱向具有梁結構的作用,在橫斷方向還具有拱形結構支護效果。由于其剛度較大,因此能夠很好的阻止和限制圍岩變形,并能提前承受早期圍岩壓力。

工藝工法概況

目前,管棚在隧道工程中較常采用,尤其是洞口位置處,圍岩多風化破碎,岩質較差,為保證其進洞安全,常采用管棚作為超前支護。對于一些松散破碎的軟弱圍岩,采取常規的管棚施工工藝,成孔困難,套管推進不到位,管棚施工質量無法保證,可采取跟管鑽機對于軟弱圍岩管棚施工。

管棚施工工藝工法(上)

管棚的成孔方式主要有兩種:一是管棚引孔頂入法,當鑽進地層易成孔時,一般采用先鑽孔、後插管得方法,即鑽孔完成經查合格後,将管棚連續接長,由鑽機旋轉頂進将其裝入孔内;二是管棚跟管鑽進法,當地質狀況複雜,遇有砂卵石、岩堆、漂石或破碎帶不易成孔時,可采用跟管鑽進工藝,即将套管及鑽杆同時鑽入,成孔後取出鑽杆,頂入管棚,拔出外套管。

工藝原理

管棚支護結構,一般按松弛荷載理論進行設計。根據圍岩地質條件和施工條件進行力學計算。鋼管直徑多選用80~180mm,鋼管中心距離一般為30~50cm。鋼管長度視軟弱破碎圍岩的厚度而定,一般為10~45m。鋼管以較小的仰角沿岩面打入,形成了一個梁結構來承擔圍岩的壓力。鋼管采用内注水泥漿、化學漿液或細石混凝土、勁性骨架來增加鋼管剛度。

管棚施工工藝工法(上)

工藝工法特點

(1)在管棚超前預支護的作用下開挖,可以防止地表下沉和圍岩坍塌,以保證施工過程中的安全。

(2) 管棚一次超前量較大,支護過程中搭接較少,節省材料。亦可減少安裝鋼管次數,并減少與開挖作業之間的幹擾。

(3) 施工速度快,支護效果好。

管棚施工工藝工法(上)

工藝流程及操作要點1施工工藝流程

管棚施工工藝工法(上)

2管棚施工序操作要點開挖管棚工作室

(1) 工作室确定

工作室應選擇設置在圍岩穩定地段,盡量接近加固地段,以縮短管棚長度;在軟弱圍岩中開挖工作室,要加強支護,必要時進行混凝士襯砌。

(2)工作室尺寸

為便于架設鑽機,安設鋼管,工作室斷面應挖至隧道開挖線以外1~1.5m,最低鑽孔以下1m。工作室長度應滿足設備施工需要。

鑽孔施工工藝

(1)準備工作

首先,在開挖輪廓線以外施作混凝土套拱作為長管棚導向牆。澆注前,應在套拱内按設計仰角安設孔口管起導向、固定作用。孔口管的直徑應大于長管棚直徑。導向管由定位筋焊接固定在鋼拱架上。

(2)鑽機就位

鑽機就位處的土層應進行夯實,确保在鑽進過程中,鑽機不發生傾斜或滑動。鑽機的底坐應用水平尺或水準儀将其調平。鑽臂的仰角與設計仰角相同。

管棚施工工藝工法(上)

(3)鑽進

①施鑽時,鑽機大臂必須頂緊在掌子面上,以防止過大顫動,提高施鑽精度。

②鑽機開孔時鑽速宜低,鑽深20cm後轉入正常鑽速。

③換鑽杆時,要注意檢查鑽杆是否彎曲,有無損傷,中心水孔是否暢通等,不符合要求的應更換以确保正常作業。

④由于軟弱圍岩的厚度,無法準确的判定,有時達到了設計深度,可岩質仍然比較差。因此,在鑽進過程中應注意對石粉的收集分析,根據鑽進深度對石粉取樣,作好記錄。

頂管施工工藝

(1) 準備工作

頂管前,應根據管棚長度,對鋼管進行下料,保證鋼管接入後接頭不在同一斷面上。為接管施工方便,應搭設施工台架。

(2) 頂入施工

鋼管頂入時,一般采用人工,也可借助于挖掘機、手動液壓千斤頂、鑿岩機、液壓鑽的沖擊力等機具輔助進行頂入施工。采用機具頂入時,應緩慢,穩妥,并随時掌握好方向,防止硬頂,将管頂彎,至使施工中斷。

管棚施工工藝工法(上)

(3) 連接

采用焊接連管時,應将第二根管固定在施工台架上,并保證兩根管中心在同一直線上,接口處應嚴密,并檢查鋼管仰角與設計是否相同。

注漿施工工藝

(1)注漿順序

管棚注漿順序遵循“先兩側後中間、由稀到濃”的原則。注漿施工由兩端開始施工,向隧道拱頂方向推進,開始時注漿的漿液濃度要低一些,逐漸加濃至設計濃度。

(2)漿液拌制

漿液的拌制要均勻,具有良好的流動性和粘稠度。如要求摻入水玻璃時,應先漿水泥漿拌制好,按配比稱量出水玻璃的質量,徐徐加入,并随加入随攪拌,攪拌工作不能停止,一直至注漿完畢為止。

管棚施工工藝工法(上)

(3)注漿壓力與注漿量控制

有設計要求時應按設計壓力施工,無說明時應根據現場試驗來确定。實際注漿量應大于理論計算的注漿量。為防止注漿時跑漿,在掌子面應噴射20cm厚混凝土,孔口管與鋼管端部應用較粘的素水泥漿封堵嚴密,待其凝結硬化後方可開始注漿。注漿時應徐徐加壓,達到壓力後,表示已注滿,注滿後,漿液有時會從封口處均勻溢出,有時也會從周圍的岩隙裂縫處溢出。注漿完畢後,應把注漿量與理論數值相比較,當注漿量小于理論數值時,說明管内未注滿,此時應停止注漿查明原因後再進行壓注。

問題及解決措施

(1) 排碴困難

由于岩層比較松散潮濕,所鑽鑽孔排出的岩碴多為泥團, 當鑽孔較深時, 泥團容易堵塞管孔, 排碴十分困難, 當鑽進至設計孔深, 開始退出鑽頭時, 發現管内岩碴嚴重卡鑽。因此在鑽進過程中, 須嚴格控制進尺, 勤吹孔,必要時從鑽杆内向鑽杆與套管的環狀間隙内送水洗孔, 然後退鑽。

(2) 鑽頭脫落

在鑽進過程中經常發生偏心鑽頭脫落事故, 經分析主要原因是偏心鑽頭橫銷材質較差,易斷。當事故發生後,先拔出套管,然後用筒狀岩芯管取芯鑽進取出鑽頭。重新鑽進時再重新選用軸承鋼加工橫銷。

(3)跟管鑽進蹩鑽

在跟管鑽進過程中,當鑽頭遇地下隐埋物,如硬質石英砂岩或土石軟硬不均時,鑽進過程會發生嚴重蹩鑽,導緻鑽具無法正反轉,遇到此種情況需及時拔出套管,取芯鑽進後再跟管鑽進。

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