潜孔锤成孔送管管棚施工技术在隧道施工中的应用

杨猛

【摘 要】本文以晋宁隧道下穿昆玉高速公路，管棚超前支护施工的技术控制为例，着重阐述了隧道下穿高速公路，潜孔锤成孔送管管棚施工技术在隧道管棚施工中的应用，希望能对今后同类工程施工有一定的参考价值。

【关键词】隧道施工；潜孔锤成孔；管棚

1.工程概况

1.1工程设计

晋宁隧道全长2025米，进口里程D2K42+930，位于晋宁县昆阳镇渠东里村，出口里程D2K44+955，位于晋宁县上蒜镇三多村。隧道所处位置属滇中高原丘陵-中低山区剥蚀、溶蚀地貌，地形略有起伏，丘槽相间。

隧道于D2K43+295～D2K43+355段下穿昆玉高速，该处隧道埋深46m，采用双侧壁导坑法施工，设一环Φ159mm高精度定向大管棚（壁厚8mm）超前支护，钢管长度60m，钢管环向间距0.4m，共43根。该段采用全环I22b工字钢钢架加强支护，钢架纵向间距0.5m；隧道于D2K43+375～D2K43+405段下穿S102省道，该处隧道埋深43m，设计采用双侧壁导坑法施工，设一环Φ159mm大管棚（壁厚8mm）超前支护，钢管长度40m，钢管环向间距0.4m，该段采用全环I22b工字钢钢架加强支护，钢架纵向间距0.5m。

1.2工程地质

该段岩层为，黄褐色、灰白色薄～中层状泥质板岩夹炭质板岩，弱～强风化，局部呈砂土状；节理裂隙发育，岩体破碎、松散，层间结合差，层面节理面上有铁质侵染，掌子面稍湿，围岩完整性、稳定性差。岩层产状St=95°∠43°。

1.3现场施工情况

晋宁隧道进口掌子面里程D2K43+295，隧道进尺340m，仰供里程D2K43+276.5，进尺321.5m，二衬里程D2K43+254.5，进尺299.5m，仰供距掌子面距离18.5m，二衬距掌子面距离40.5m。

现场已按设计完成管棚工作室及管棚工作室加强支护工作。

2.施工方案

根据现场地质条件，该管棚施工宜采用潜孔锤冲击成孔后再送管的施工方法，即利用风动力驱动潜孔锤冲击器震动冲击，利用水平钻机及特制钻杆先打设水平孔，水平孔形成后，，再将管棚钢管送入孔内达设计长度，然后进行注浆加固围岩的施工方法。

2.1 潜孔冲击钻进方法简介

用φ73钻杆为钻具，前端装有潜孔冲击器和潜孔锤头，潜孔锤冲击器后紧跟3米长的φ146钻杆（φ146钻杆起扶正器的作用，防止水平孔往下坠），φ146钻杆后面跟φ73钻杆，φ73钻杆与回转动力头联接，如下图所示，用空压机排出的压缩空气使潜孔锤头产生锤击振动，将钻杆依次打入，直至达到设计长度。

2.2 送管方法简介

水平孔打设完成后，将φ73钻杆及潜孔锤头拔出，把φ159管棚钢管钻头做成20度斜口，管棚钢管之间采用丝扣连接，管棚钢管通过变径与回转动力头连接，如图所示，钻机将管棚钢管依次送入水平孔中，将单根管棚所有钢管送入孔内后利用有线导向仪进行测斜，保证管棚钢管不侵入开挖线，若发现水平孔进入了开挖线，则已送入的管棚钢管拔出注浆后重打，且根据前面的打设数据调整水平孔的入孔角度。

3.施工工艺流程

三通一平 → 人员设备进场 → 铺设“H”钢轨道 → 设备组装调试 → 空压机安装调试→ 调试钻机（方位、倾角）→ 钻具组装进孔 → 钻进 → 回次加尺 → 钻进 → 直至设计深度→ 回取钻具、锤头 →送管棚钢管测量→回次加尺 →送管棚钢管测量→ 直至设计深度→终孔管内及环状间隙注浆 → 移至下一孔位。

4.管棚打设工法

4.1施工现场准备

根据现场情况，应将三个台阶分别平整，钻机安装在第二个台阶，油泵、泥浆泵、搅浆桶等安装在第三个台阶，其他材料应堆放在第三个台阶。钻机安装平台长度不得低于5m，为保证钻机稳定，场地应硬化。因钻机距离掌子面较远，因此应在第一个台阶（最高台阶）处安装2—3个三角架，架设准备打设的管棚钢管。

为确保施工安全，两个台阶之间的坡面应喷锚支护。

4.2设备组装前的准备工作及钻机设备安装

4.2.1设备组装前的准备工作

（1） 设备检查。检查是否有缺件及好坏程度；电机、空压机、钻机、泵等测试，运转是否正常，所有部件是否完好；空压系统是否通畅泄漏，密封完好度；

（2） 检查所有焊接部位是否有开焊、牢靠，有则补焊；

（3） 各种部件是否有变形，有则进行校正。

4.2.2钻机设备安装

（1） 钢垫板规格 = 长×宽=250×250mm；胀管螺栓直径 = φ16mm；钢垫板与基础固定要牢，强度要高；

（2） H型钢轨找平误差<3mm；

（3） 底盘对角线找方误差±3mm；

（4） 斜拉筋需绷紧，交叉拉力基本相等；

（5） 四柱对角误差±5mm；

（6） 升降系统：卡瓦等上紧，加强整体性；

（7） 所有螺母必须拧紧，发现溢扣者必须换掉；

（8） 丝杠、顶杠要顶紧、有效，安装要牢固，确保不因震动而松动或脱落。

4.2.3调试钻机（方位、倾角）

（1）钻机入孔的方位角及倾角，必须在测量队提供的可靠的测量数据上进行；

（2） 根据现场情况，钻机距离掌子面较远，对孔位时必须拉线对孔，保证孔位精度。

（3）孔位确需移动时，须设计与监理同意，并且计算回归角度；

（4） 根据试验确定开孔方位和倾角，在施工经验积累的基础上，确定开孔方位和倾角是否增加纠偏角，并以书面形式通知机台；

（5） 计算倾角时应将隧道坡度考虑在内，钢管打设时原则上不允许向内偏斜。

4.2.4钻具组装

（1） 锤头旋转直径φ≤180mm；

（2） 钻具前部的潜孔冲击器，必须经检验，保证质量合格，性能可靠，安装齐全。

4.2.5空压系统连接

（1） 空压机使用前要经过全面检修，通气管连接要可靠；

（2） 在通气管的端头另外安装一小气管，随时清理钻杆内孔；

（3） 连接一水管并配起雾装置用于降尘。

4.2.6钻进

（1） 钻进前应对钻机定位情况、方位、倾角情况，孔口管对中情况，空压机情况进行全面复检，确认正常后进行试钻；

（2） 钻进前须先开气，待压缩空气流通正常后，方可钻进；

（3） 钻进时，空气压力应控制在0.6-1.0MPa，泵量为15-20L/min为宜。保持中低压力，匀速中速钻进；

（4） 现场须及时进行数据记录和钻具前端长度及每次加管长度详细记录；

（5） 每钻进一定距离须排一次沙土以防抱钻。

4.2.7回次加尺

（1） 每根管在下坑前必须进行质量检查。管材不得有弯曲，丝扣四周壁厚均匀，丝扣完好合格。管材内的铁屑、赃物及锈皮等必须清除干净。下坑时避免与硬物相碰，以免损伤管扣；

（2） 钻进中，每次加尺时要观察丝扣连接是否可靠.如果较松须拎紧后加焊。

4.2.8锤头回取送管及终孔注浆

（1）水平孔打设完成后，下管棚钢管时要勤测量，若发现水平孔侵入了开挖线，则终止送管棚钢管，或拔出已送入的管棚钢管，注浆重打水平孔；

（2） 单孔打设验收合格后，通过管内压注水泥浆，对管内及管外环状间隙进行充填；

（3） 单孔验收合格后，在现场立即办理验收合格签证，再转入下一孔位施工。

4.2.9施工主要难点

（1） 本区地层为泥夹孤石状填充物，夹泥可塑，，不易成孔，易卡钻；

（2） 冲击时会产生大量的粉尘，影响施工人员健康。

（3）因现场没有管棚工作室，为保证管棚质量，钻机不宜安装在距离掌子面最近的台阶，而是安装在第二个台阶上，这样，露在孔外的钢管比较长，给施工造成较大难度。

4.2.10施工顺序

为探明地层情况，应先施工连拱连接处的管棚，该处管棚施工完毕后待地质情况了解好即施工中拱顶部管棚，由此向两侧施工。注浆后土体强度很大，不利再进行潜孔冲击钻进作业。

5.总结

晋宁隧道施工中过程中通过应用潜孔锤成孔送管管棚施工技术，最大程度的满足现场施工需要，减少了工序，节约了工期，保证了隧道施工的安全，取得了成功。通过实践证明，在特殊情况下使用潜孔锤成孔送管管棚施工，实现对管棚钻进方向的可控性，准确性，施工精度更高，减少了隐患的发生。对以后类同工程施工有一定的参考价值。

参考文献：

[1]史越倩.张成喜.姜楠楠.水平定向钻穿越工程技术探讨.中国土木工程学会城市燃气分会输配专业委员会2007年会论文集

[2]钟桂彤.铁路隧道.北京：中国铁道出版社，2000

[3]铁路隧道施工规范.（TB10204-2002）[s]