高精度大管棚超前支护在隧道下穿公路中的应用

庄国昌

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350）

麒麟隧道为昆明市安宁市工业园区铁路专用线工期控制性工程，全长2240m，隧道洞身下穿安禄公路，洞身埋深厚度最浅处仅为9m，隧道下穿公路段为V级围岩，自身稳定性差，且在前期开挖过程中围岩揭示情况为：岩层破碎，自稳性差。安禄公路为安宁至禄脿的交通要道，车流量大，且多为重车，对隧道开挖施工影响极大。为有效的控制地表下沉，保证洞内施工及地表行车安全，在施工完成洞内管棚工作室后，一次性施作50m长的φ108高精度大管棚，对围岩进行预加固。

1 高精度大管棚施工方法

高精度大管棚采用φ108热轧无缝钢管，壁厚8mm，环向间距400mm，在开挖完成洞内管棚工作室并完成洞内管棚导向墙后，沿导向墙布置，见图1所示。

图1 高精度大管棚施工方法

考虑到隧道下穿安禄公路段覆盖层薄，外插角过大，注浆施工可能会对既有公路产生影响，因此外插角控制在1-2°，采取6m长水平定向钻机，控制每节跟管长度6m。

采用“有线仪器定向，一次性跟管钻进法”施工，即成孔和埋设管棚一次完成。该方法要求在钻进过程中能准确测定钻头在岩层的位置和方向，根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，修正轨迹后完成超前管棚的施作［1］。

钻机钻头内装有特制的传感器，通过信号线穿过钢管并连接孔外机器上的显示器，显示器显示钻头的倾角及面向角（导向板的方向），及时调整管棚钻孔的方向。钻孔机器的导向板就像一个手表面，有3点、6点、9点、12点4个方向，钻孔方向通过导向板面进行调节。例如，钻孔角度出现向下的偏差，就要将钻头钻进方向朝面板12点方向调整，同理可得出钻头向上偏差需向面板6点方向调整，钻头向左偏差需向面板3点方向调整，钻头向右偏差需向面板9点方向调整。如果钻进角度合适，钻机在岩层中会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹是平直的，不需要纠偏，所以导向钻头及导向面板是上下纠偏的关键［2］。

2 施工工艺流程

施工管棚工作室并施作导向墙→人员及钻孔设备进场→搭设钻机平台并铺设型钢轨道→设备组装并调试→钻具组装试钻孔→正式钻孔导向钻进→跟进钢花管（丝扣连接）→孔斜测量→直至设计深度终孔→回取探头盒并封堵钻孔→管内注水泥浆→钻孔下一孔位［3］。

3 设备安装及施工控制要点

3.1 钻机平台安装

潜孔钻机进场前，应先进行钻机平台的搭设，采用钢垫板加地脚螺栓的连接方式，将钻机平台牢牢地固定，安装钻机平台时要严格控制平台的水平及竖向误差，为钻机提供一个稳固的操作平台。在测量放样的基础上根据计算后的数据进行钻机入孔的方位角及倾角调整，钻机入孔钻进后，发现偏差及时调整。钻头直径应小于导向墙导向管直径（导向管采用A152热轧无缝钢管），钻头与钻杆的角度不应过大，以≤20°为宜，泥浆眼直径以8～10mm为宜，钻具前部的导向钻头、探头，必须经检验合格后方可使用，此外探头后部应加装灯光用以进行钻孔的测斜。

3.2 泥浆系统

（1）泥浆配合比根据地层情况确定。泥浆需经充分搅拌，均匀配制而成。配制时，必须严格执行配比。

（2）泥浆必须先配制好后再使用，使用过程中严禁加水、加料。

（3）在施工过程中，应根据不同地层，合理调节泵压、泵量，避免因泥浆不足引起通道堵塞，经过试验最终确定使用低压、中量泥浆。

3.3 导向钻进

（1）导向钻进前应对钻机定位情况、方位、倾角情况及导向仪显示情况进行全面检查，确定无误后方可进行钻孔。

（2）钻进前须先开泵，待冲洗液流通正常后，方可钻进。

（3）钻进时，泵压应控制在0.6～1.0MPa，泵量为10～3L/min。保持中低压力，匀速的进行钻进。

（4）为防止孔内岩层坍塌，控制公路沉降，必要时需采用孔内保压措施。要始终保持回水量小于进水量。

（5）现场机械操作人员及现场技术人员钻机钻孔过程中应全程旁站，时刻观察钻机钻进及钻头角度情况，角度偏差＞0.3°时，应及时纠偏。当纠偏无效、偏差＞0.6°时，应停止钻进，查明原因并有纠偏的方法后再施工。现场技术人员应及时进行导向数据和钻具前端长度及每次加管长度进行详细的记录。

（6）钻孔内泥浆不正常时，应停止钻进。

3.4 接管和焊接

每根管在接管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、脏物及锈皮等必须清除干净。接管时避免与硬物相碰，以免损伤管扣。钻进中，每次加尺后，须先钻进后进行棚管丝扣接缝焊接（即先钻后焊），以免钻进时的扭力造成开焊。要求每个接缝焊接进行检查，保证焊接质量。

连接的电线符合国家规定的产品性能要求。接头处要用两层热缩套管套好，用热吹风机吹烤贴牢。

3.5 探头盒取回及终孔注浆

用预置的φ8mm钢丝绳将探头盒取出，取出时每10m测量一次孔斜情况。

单孔验收合格后，通过管内压注水泥浆，对管内及管外环状间隙进行充填。大管棚上钻孔注浆，孔径10～15mm，孔间距10～15cm，呈梅花型布置，尾部留有100cm的不钻孔止浆段。施工过程中控制注浆压力保持在0.5～1.0MPa间，现场注浆配合比应经过现场试验人员及技术管理人员共同确认并试拌使浆液性能符合要求方可使用。

3.6 管棚施工注意事项

高精度管棚施工精度要求高，一次施作长度长，施工难度大。为保质量、保工期并顺利完成，必须严把质量关，并认真执行以下质量标准：

（1）施作洞内导向墙时严格控制导向管间距，严格控制孔位偏差，保证孔位偏差≤±50mm。

（2）严格控制洞内管棚工作室导向墙A152导向钢管的角度。

（3）管棚的偏斜应控制在5‰以内，终端最大控制间距为300mm。

（4）为保证管棚钢管相互连接的同轴性，每根钢管都必须加工丝扣，采用丝扣连接，丝扣连接一定要拧紧、到位，确保管棚钢管连接的稳定性。

（5）终孔后，管棚的注浆压力控制在0.4～0.8MPa，注浆压力不宜过大，注浆量以出浆口流出水泥浆为准。

（6）管棚打设长度与设计长度误差应控制在200mm。

（7）注浆量不应小于设计注浆量且管棚注浆应采取隔孔注浆的方法。

4 结束语

开挖下穿公路段围岩时未出现侵限割管等情况，开挖面水泥注浆痕迹清晰，大管棚很好的加固了公路下方的地层，同时及时施作仰拱及二次衬砌，最大限度的保证了路上车辆及洞内施工人员的安全。项目部还通过改变施工工法（将两台阶开挖法改为三台阶加预留核心土开挖的方法），进一步减少了爆破施工对公路下围岩的扰动，最终公路面布置点的沉降值均小于15mm，取得了很好的控制效果。

事实证明应用高精度大管棚注浆对于下穿体上方的构造物能起到很好的保护作用，尤其对覆盖层薄的下穿体效果更好，相信随着国内建设的日益增多，高精度大管棚的应用会越来越多。

［1］ 周佳俊. 下穿高速公路隧道施工稳定性研究及支护结构监测分析［D］. 东北大学，2013.

［2］ 李留玺. 隧道下穿高速公路时超长大管棚支护技术及其变形规律研究［D］. 河南理工大学，2011.

［3］ 曹虎. 大管棚超前支护在隧道下穿高速公路中的应用［J］. 山西科技，2011，26（01）：110-111.