密排长大管棚施工技术应用

梁 敏 上海铁路局质量安全监督站

1 前言

随着我国高速铁路发展规模日益扩大，地质条件日趋复杂，标准化的要求不断提高，铁路隧道施工技术要求也就越来越高。一般情况下隧道洞口位置的地质情况较差，主要不良地质表现为覆盖层薄、土质松散、边坡失稳，围岩体结构承载力差，沿线山高坡陡谷深，各处水文地质条件差异较大。若处理不当易发生塌方、冒顶、边仰坡塌滑风险事件。汤村隧道是金温铁路的重点工程之一，其洞口地段就属这类情况。

2 工程概况

金温铁路扩能改造工程汤村隧道起讫里程为DK14+380～DK24+025，全长9645m，隧道设3个斜井，总体呈NW-SE向展布。

对于现地状态监测单元和上位机系统之间信息的连接与通信，往往需要通信设备进行连接。由于水轮发电机组状态监测系统的结构是分布式的，加上总体结构的性能与通信系统密切相关，因此需要根据实际情况选择适合的通信网络方案，以确保各单元信息和数据之间更好的传递。

大学生学业指导是指高校在大学生学业方面提供的指导和帮助，切实为大学生的学习、生活、工作多方面提供引导。充分利用社会资源、学校资源、家庭资源，从学生角度出发，针对不同的学习态度、学习背景、学业规划，更有效地引导学生找到适合自己的发展规划，全面提升自己的综合素质能力。

MS，之前又被称作MSP（maritime services portfolio，海事服务集），自2018年10月末在伦敦IMO总部召开的HGDM 2次会讨论之后，更名为MS，其定义为“具有协调统一格式的海上相关信息及数据的供应和交换（HGDM 2/10 4.1.1）”。最新定义大大拓展了MS可能涉及的领域，一切与海上信息相关的服务，都有可能成为一种MS。而目前，MS已确定的服务有16种。如表1所示。

隧道通过区域属低山区地貌，山顶海拔一般100～500m，最高可达553m，最大埋深可达440m。隧道地表植被发育，出口段多处为茶林。地貌以构造剥蚀中低山为主，植被主要为乔木及灌木，局部为人工种植果树，低矮平缓处常被开垦成农田、旱地。山间沟谷发育，山脊线无明显优势走向。

金华地区属亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛，降水主要集中在2～9月间，多年平均降雨量1400mm，4～9月份为汛期，10月至次年3月为枯水期。由于位处山区，狭谷地形，管区受台风影响较小，极端风力八级左右。

隧道洞身范围岩体主要是火山喷溢岩，岩性为侏罗系上统（J3）流纹斑岩，侏罗系上统（J3）西山头组岩屑凝灰岩，紫红色～灰紫色，岩质较坚硬，岩体较完整，节理裂隙较发育。隧道以凝灰岩、球泡流纹斑岩为主。

（7）外插角：0°；

3 施工工艺

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程主要有以下几个步骤：①施作管棚工作室、加工管棚；②放样、定位；③钻孔；④清孔顶管；⑤清孔、安装止浆阀；⑥注浆。

3.2 管棚参数

（1）钢管布设在圆心角为150°的隧道拱部；

（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举行，可收缩移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位。

（5）钻进历程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进,发现偏斜，岩心管扫孔检查，发现孔斜超过允许范围时则停止钻孔，注水泥浆充填，凝固后重新钻孔。

（3）管心与衬砌计划外廓线间距为40cm；

（4）钢管施工偏差：径向不大于20cm；

（5）孔口管为天缝钢管φ177mm，壁厚6mm，节长2m；

（6）钢管规格：热轧无缝钢管及钢花管，外径159mm（壁厚6mm），每节钢管长度3～5m，两端均加工成内丝扣，丝扣长度6cm；

沿线山高坡陡谷深，各处水文地质条件差异较大，雨量充沛。区内构造发育，局部岩浆侵入作用，岩体节理、裂隙发育，为地下水的运移提供了有利条件；地下水类型主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水、构造裂隙水。

（8）钻孔直径：177mm；

（9）注浆材料：水泥、水灰比：1：1。

3.3 机具选择

机具选择如表1所示。

表1 机具选择表

3.4 管棚工作室施作

管棚的工作室长度10m，净空扩大0.75m，其中过渡段2m（共计使用3榀钢架），采用每榀钢架半径扩大0.25m，净空段8m（共计使用13榀钢架），详见图1。在管棚工作室施作之前，做好超前小导管的支护，并注浆。对工作室底部进行了基底硬化，喷射20cm砼，并对掌子面进行喷射砼封闭。

管棚施作完毕以后，立即对工作室进行二次支护。

图1 管棚工作室纵断面图

3.5 搭钻孔平台布置钻机

（2）钢管环向间距为40cm；

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（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1m。

（3）钻机定位：钻孔务求与已设定好的孔口管偏向平行，必须准确审定钻机位置。采用全站仪、挂线、钻杆导向相结合，重复调解，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线重合。

3.6 钻孔

（1）为了便于布置钢管，钻头直径采用φ177mm。

（2）岩质较好的可以一次成孔；钻进时容易发生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。

（3）钻机开钻时，可低速低压，待成孔1m后可凭据地质情况逐渐调解钻速及风压。钻进过程中，必须沿钻机位确定的基线钻孔，随时检查钻孔方向的准确度，并根据地质情况的变化,选择不同的钻头。当遇到坚硬孤石不能钻进时，应采用冲击钻头，当把岩石击碎为普通稍软岩石或土质时，则采用合金管钻进行钻进。钻进过程中岩土对管壁的阻力较大，前段开孔采用170mm钻头，后段根据钻进需要使用孔径略小一点的钻头，以使钢管容易顶入，钻进过程中遇特殊复杂地层,如不能钻进或难以成孔时，必要时可采用跟管钻进的办法。钻进采用一次成孔法用异型接头把钻杆与钢管连接起来，钢管前端安装合金钻头，钢管随进度连续接长，直到设计位置。钻孔采用特制精密水平陀螺仪检测偏斜，随测随调整。

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（4）为减少因钻具漂移或下垂引起的钻孔偏差，钻机立轴方向必须控制准确，钻进过程中要经常采用测斜仪或地质罗盘量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求应及时纠正或调整。

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（6）认真作好钻进历程的原始纪录，实时对孔口岩屑举行地质坚定、形貌。作为开挖洞身的地质预探预报，作为引导洞身开挖的依据。

3.7 清孔验孔

（1）用高压气从孔底向孔口整理钻渣。

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（2）用全站仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。

3.8 布置管棚钢管

（1）钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管周围钻φ8出浆孔(靠掌子面4～5m的管棚不钻孔)；管头焊成圆锥形，便于入孔。

（2）管棚顶进采用大孔引导和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于管棚直径的引导孔(φ177mm)，然后可用10t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进；也可使用钻机的打击力和推力低速顶进钢管。

（2）平台支撑要着实地，连接要牢固、稳固。通常在施钻时钻机容易发生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。

3.9 注浆

（1）注浆采用后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备有出气管与进浆管，由阀门来控制开关。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。

（2）布置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。

（3）注浆参数：水泥浆与水玻璃体积的比例为1∶0.5；水泥浆水灰比1∶1；水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数2～4。

3.10 劳动力配置

管棚施工工序多，工种杂、技能性强，要求操作工人既具有各方面独立操作本领，又能处理管棚施工中常见的障碍，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构造为：技能职员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。

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4 单台钻机进度情况

钻机就位、加固：钢管4h/孔

钻机钻进：7～10h/孔

扫孔、顶管：钢管 4～5h/孔

注浆：钢管 1～2h/孔

我静静地坐在沙发上翻阅着手中的书，阳光透过玻璃窗，照射在我的脸上。当我看完书中《因为我是班长》这篇文章后，却久久不能平静。

5 质量检验

（1）检查开挖断面的中线及高程，开挖轮廓线应符合设计要求。

（2）钢架安装垂直度允许误差为±2°，中线及高程允许误差为±5cm。

（3）在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，其外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好。孔深为60m，一般不小于58m。孔径比管棚钢管直径大10～20mm，钻孔环向中心间距视管棚用途而定。

（4）将钢管打入管棚孔眼中。管棚钢管外径宜为159mm，长度宜为4～6m。接头应采用厚壁管箍,上满丝扣，丝扣长度不应小于15cm。接头应在隧道横断面上错开。

（5）当需增加管棚刚度时，可在管棚中注入水泥浆液。封堵塞应有进料孔和出气孔，在出气孔流浆后，方可停止压浆。

（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。

6 总结

（1）管棚钢管的间距应根据地质条件、管棚长度及水平钻孔弯曲量的精度而定。按经验，钢管间距多采用管径的2～3.5倍，此次隧道穿越广佛高速公路采用159mm管棚超前支护，环向间距40cm，这个间距接近经验值上限。管棚的支护效果是因围岩与管棚形成一体，使有效面积扩大、土压均匀达到的。因此，过大的间距会削弱这种效果，为永久性制服本次大面积塌方,应做保守设计,在施工中可缩小间距,加密管棚。

（2）管棚施作过程中，应对周边围岩进行锚喷支护、封闭。在隧道开挖外轮廓形成拱形刚性体,减轻传到开挖工作面和支护上的荷载，控制开挖引起的围岩松弛。

（3）在软弱围岩中，断面及时封闭是极为重要的。长大管棚钻孔结束后，立即注浆，使浆液有效扩散半径重叠，形成合理的棚架受力结构。

7 几点建议

（1）管棚工作室不能扩太高，以免产生安全隐患和增加回填量。

据说人类迟早要被人工智能控制，而电子产品是人工智能派来的先遣小分队。在我看来，如果非得拧巴着不做“低头族”，和这支小分队誓死对抗，不但反人性，还反智性，显然是没有胜算的，不如缴枪算了。

（2）施作导向墙（立2榀钢架，焊接50cmφ140钢管），以减小管棚钻孔误差。

（3）施作止浆墙的喷射混凝土厚度应达到设计要求，以免注浆时从掌子面返浆。

（4）钻机平台应比最低孔位低1m，以保证钻机能施钻最低孔位。

这时候，兔妈妈正巧回家了。她把狐狸赶跑后，追上老母猪，怒不可遏地痛斥：“你这个老而不尊的东西，良心坏透了，居然见死不救，幸亏还是老邻居！”

（5）现场施钻人员应做好钻孔记录，判断前方大致围岩情况，为下一步的开挖提供超前地质预报。

（6）钢花管应事先在洞外加工，以便于及时的安装使用。