管幕施工技术在超浅埋大断面隧道中的应用

孟庆一

摘要：本文结合福州市工业北路延伸线工程南段（工业路-梅峰路段）文林山隧道的主线暗挖隧道出口超浅埋段施工实例，详尽的论述了管幕法施工技术的工艺特点、工艺原理及适用范围、施工工艺流程及操作要点、设备材料的配置、质量与安全措施等内容。由于该项施工工艺简捷明了，在实践中收到了十分理想的效果。

Abstract： Combined with the construction example of the super shallow buried section at the exit of the main line of Wenlinshan Tunnel in the south section （Gongye Road-Meifeng Road section） of the Gongye Road Extension Project in Fuzhou City， this paper discusses in detail the process characteristics， process principle and application scope， construction process and operation points， equipment and material configuration， quality and safety measures， etc. Because the construction technology is simple and clear， it has received very ideal effect in practice.

關键词：管幕;浅埋;隧道;应用

Key words： pipe curtain;shallow buried;tunnel;application

中图分类号：U455.49                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）27-0098-02

1  工程概况

福州市工业北路延伸线文林山隧道为双线8车道，左线长1176m，右线长1140m。左线和右线出口为超浅埋暗挖段，覆土厚度1.9～8.5m。管幕支护长度90m，施工总长度13500m。管幕钢管外附带？准42*4mm注浆管，沿管幕钢管纵向布设并焊接，作为管幕施工和隧道开挖沉降补偿注浆措施实施载体。现场安装两台管幕管排钻机，一次施工钢管长度12m，同时顶进2根钢管。

左、右线隧道围岩以全风化、砂土状强风化、花岗岩和碎块状强风化花岗岩为主，开挖中地下水受地表水直接影响，雨季时呈淋雨状或涌流状出水，围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉（陷）或塌至地表，围岩级别为Ⅴ级。

2  管幕施工技术的特点

①支护强度高、施工精度高、地层扰动小、整体造价相对较低。②不需进行道路、管线的改建，不影响地面正常交通。③对既有建筑物及既有线不会产生不良影响。④不用降水，地面沉降很小。⑤无噪声、无振动，可24小时连续施工。

3  管幕施工技术的原理及适用范围

3.1 管幕施工技术的原理

针对不同地质进行管幕施工试验段，采用螺旋出土套管顶进工艺，确定对应参数，严格控制管幕设备螺旋钻杆的旋转动力和套管的顶推力，当遇到地下构筑物（如遇到挡墙及回填块石等区域）时钻头的规格型号对纠偏导向及沉降控制的影响。通过对试验段数据的归集，对长管幕施工流程、工艺、纠偏导向、监控沉降等方面进行总结分析。

3.2 管幕施工技术的适用范围

优化了国内隧道长管幕施工技术，拓展了管幕施工在下穿景区的运用实践，适用于下穿公路、铁路、结构物、机场等下穿工程、一些特大断面隧道、浅埋隧道等的施工建设。

4  管幕法施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

施工准备→钢管锁扣焊接→设备安装调试→管排拼装→钢管或钢管排对位→钻机及钢管或管排轴线调整→坡度调整→钢管排顶进及轨迹监测→钢管排焊接及循环进尺→顶进结整回拔钻杆→移机至后续孔位直至所有孔位顶进结束→封孔注浆。

4.2 管幕施工操作要点

4.2.1 施工准备

锁扣焊接，管幕设计采用？准299*10mm无缝钢管，锁扣采用45*45*6角铁通过二氧化碳保护自动焊接加工，管幕钢管母扣角铁上方固定安装？准42*4mm注浆管（如图1）。

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4.2.2 设备安装调试

根据施打位置布置拼装好钻机支架，将钻进设备中心调整至初始位置，检查管幕设备状态，接口连接严密、准确、牢固，确认设备状态良好后可进行施工。

4.2.3 管排拼接

在锁扣加工区采用吊车配合人工将两根已安装锁扣的钢管互为滑移的轨道穿入拼接，并将螺旋钻杆置入钢管中。

4.2.4 钢管或管排对位

用吊车将钢管或管排运送至钻机顶进槽内，调整钢管内钻杆与钻机连接就位;管幕设备底部配有可以水平移动的行走轨道，根据提前放好的管幕钻孔点位，通过手拉葫芦微调管幕设备，使之轴线位置准确。

4.2.5 钻机与钢管或管排轴线调整

螺旋钻杆内部中心位置放置光源设备，照射至尾部经纬罗盘，以此测设顶进轴线是否偏移。钻进过程中若发现钢管或管排有轴向偏移，此时根据偏移的方向调整两根钢管的钻进速度，若向左偏移，则将左边钢管钻进速度调大;若向右偏移，则将右边钢管钻进速度调大，直至偏移调整完成后继续保持两根钻杆以相同得到速度钻进。

4.2.6 坡度调整

顶进钢管前，使用水准仪对管头和管尾的标高精确测量，调整管头高度，使钢管整体坡度满足设计要求。顶进过程中在母扣上方注浆管内穿入塑料细管，即水平测量管，测量管口固定在注浆管最深处，测量与钢管顶高差，管尾部固定于顶进设备后部标高控制显示区，外部滴水入管，待平衡时，通过连通器原理实现管头标高同步至标高控制县市区，实时观测钢管前端上下位置变化，及时调节钻头与钢管间的相对位置来进行上下纠偏。水平测量管见示意图2。

钢管前端设置坡口型管头，坡口角度为60度，在钢管向下偏移时，调节钻头位置，使钻头位置在坡口的后方，达到先顶进后钻进的效果，通过坡口角度自然调节钢管向上偏移;在钢管向上偏移时，调节钻头位置，使钻头位置在坡口的前方，达到先钻进后顶进的效果，故在钢管顶进过程中，钢管前端土体由于先钻进而松散，钢管前端自动沉降并向下偏移。此纠偏方法通过对比试验控制向上偏移的大小相同，为1cm，钻头超前的距离分别为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm，得知在钻头超前距离为30cm时，纠偏速度最快。

4.2.7 钢管排顶进及轨迹监测

钢管顶进时均已锁扣为相互制约的轨道，因此首根钢管顶进的位置和方向就决定了后续管排施工的准确度。因此对该导向管施工轨迹的监测尤为重要。

竖向位移监测：顶进前在注浆管内安装水平测量管，顶进过程中通过设备后部标高控制显示区反映钻头的标高，测量管内部水水位的上升或下降即为管头上下位移情况。

水平位移监测：在钻杆钻头内安装光源，通过经纬仪测量偏差后跟轴线作对比，得出水平位移角度。

4.2.8 钢管排焊接及循环进尺

实时观测钢管或管排的水平及竖向位移，及时纠偏，保证钢管或管排顶进偏差在设计范围内，每顶进完毕一组后将下一组钢管或管排吊装至钻机位置对位安装，保证轴线一致，固定牢固后进行焊接，检验合格后，继续顶进，循环作业直至该组钢管或管排顶进至设计长度。

4.2.9 顶进结束，回拔钻杆

一组钢管顶进至设计长度后停止钻进，回拔钻杆，按节拆分钻杆后将其吊送至锁扣加工区进行清洁存放，循环作业至钻杆回拔完毕。

4.2.10 移机至后续孔位，直至所有孔位顶进结束

将管幕设备移动至下一组孔位，按照上述作业流程循环作业至所有孔位顶进结束。

4.2.11 封孔注浆

管幕钢管顶进到位后，在入口处焊接钢板进行管口封闭，封闭板预留注浆孔和透气孔;管内填充通过管口焊接的？准25mm水管注浆，注浆孔安装在管口端面上部，透气孔安装在钢管侧面顶部，水平方向为注浆口，垂直方向为排气口兼观察孔。注浆导管端头焊接注浆管接头并安装阀门，导管内注入水泥浆，注浆与相邻管幕施工隔开3～5个孔位，根据沉降监测及时对钢管内充填水泥浆，管内填充与施工间隔8～10个孔位，注浆压力小于0.2MPa。

5  材料與设备

5.1 材料要求

管幕钢管：为试验检测合格的？准299无缝钢管，钢管外观质量良好，表面无锈蚀。角钢：为试验检测合格的角钢，角钢外观质量良好，表面无锈蚀。小导管：为试验检测合格的？准42无缝钢管，钢管外观质量良好，表面无锈蚀。水泥：选用试验检测合格的P·O42.5级普通硅酸盐水泥。

5.2 设备配置

采用的机具设备见表1。

6  质量保证措施

①管幕施工采用的原材料必须检验合格后才可以使用，严禁出现未检先用的情况。②管道顶进设备尾部需安装标高监控量测，及时准确报送测量数据。③对作业人员进行交底，熟悉施工措施和应急控制。④禁止将螺旋钻头超出管口50cm以上长时间旋转出土，防止土体坍塌。⑤禁止通过钢管或钻具向地层内注入大量清水，防止土体流失。

7  安全控制措施

①施工区域应设警示标志及安全操作规程展板，严禁非工作人员出入。②施工中应对机械设备进行定期检查、养护、维修。③为保证施工安全，现场应有专人统一指挥，并设一名专职安全员负责现场的临边和支架安全工作，高空作业要系安全带，坚持班前进行安全教育制度。④须同步地表第三方沉降监测，如有预警需停工检查原因整改后再进行施工。⑤注浆时需有专人对地表情况进行观察，如有浆液溢出及时停止注浆。⑥管幕施工中，制订合理的作业程序和机械车辆走行路线，现场设专人指挥、调度，并设立明显标志，防止相互干扰碰撞，机械作业要留有安全距离，确保协调、安全施工。

8  结束语

管幕施工为超浅埋隧道进出口支护较为先进的结构形式，随着社会城市化进程的快速发展，对如何做好下穿工程中管幕施工是建设领域研究的热点之一，管幕施工的过程控制，对提高管幕工程质量和节约施工成本，具有较高的经济价值和现实意义。

参考文献：

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范[S].

[2]GB50236-2011，现场设备、工业管道焊接工程施工规范[S].

[3]JTG F80/1-2017，公路工程质量检验评定标准[S].

[4]GBJ01-90-2004，市政基础设施工程质量检验与验收统一标准[S].