超长管棚在矿山法隧道小净距下穿既有地铁中的应用

中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北 武汉 430000

近年来，我国各大城市开始修建地铁以缓解交通压力，在地铁建设过程中，经常遇到下穿既有线路的问题。为保证施工顺利进行和既有线路正常运营，这就要求在施工时采用一系列措施，包括管棚、管幕、超前注浆等措施，而比较常用的就是管棚施工，文章通过结合广州市轨道交通22号线矿山法隧道利用超长管棚小净距下穿既有3号线的实际经验进行全面分析，希望能够起到参考作用。

1 工程线路概况

广州市轨道交通22号线番祈1#竖井至番禺广场站共55.2m（DK35+009.400～ZDK35+064.600），下穿地铁既有3号线（如图1所示）。两条隧道净距为2.7m，22号线设计为单洞双线，隧道宽度为14.3m，高度为11.988m，采用CRD法施工，初支采用35cm厚的C25喷射混凝土，二次衬砌采用厚度为60cm的C35混凝土，拱顶采用Φ108mm管棚进行超前支护，管棚间距为30cm，辅以WSS注浆，确保拱顶地层稳定。

图1 线路交叉示意图

为保护既有运营3号线，下穿3号线区间采用Φ108mm超长大管棚一次性穿过，其中由番禺广场往竖井方向施作管棚50.2m，结合WSS全断面注浆及其他初期支护措施，对下穿3号线区间进行加固，通过这些措施使得负荷能够均匀分布，减少土体发生沉降或者变形的概率，有助于提高建筑整体稳定性，减少轴线偏差，确保隧道施工及既有运营3号线的安全性。隧道施工支护参数如表1所示。

表1 隧道施工支护参数表

2 超前大管棚施工技术原理、施工流程及技术要点

为保护既有运营3号线，下穿3号线区间采用Φ108mm超长大管棚一次性穿过，其中，由番禺广场往竖井方向施作管棚50m，由竖井往广场方向施作管棚6m，搭接1m，将3号线整体加固。并结合WSS全断面注浆及其他初期支护措施，对下穿3号线区间进行加固，使负荷能够均匀分布，减少土体发生沉降或者变形的概率，有助于提高建筑整体稳定性，减少轴线偏差，确保隧道施工及既有运营3号线的安全性。为确保施工精度，超前大管棚打设采用有线仪器定向钻进技术，先定向钻孔后送管的工艺进行施工。管棚施工采用非履带式钻机，规避履带式钻机现场操作时因发生晃动而造成管棚偏位严重。

2.1 技术原理

有线仪器定向钻进施工工法是由钻杆进行导向，并根据需要使用导向仪，钻头内含有传感器，可以传输信号，进而在工作人员控制的显示器上显示，因此可以实现对钻头钻进方向、深度以及进度的全面控制。为了达到最佳钻进效果，需要结合打设长度设计合理的钻进轨迹，在钻进过程中，可使用相应的导向系统进行监测。钻进时，主要利用高频振动对岩体进行冲击，达到钻进效果，钻进过程中产生的渣土可以经过高压风管冲出，钻进过程中要根据需要对钻进方向进行纠正。

2.2 施工流程及技术要点

（1）施工导向墙、导向管。超前大管棚施工前测量放线出管棚施工轮廓线，定好管棚施工位置，以既有地连墙作为导向墙施工，在地连墙上钻芯取孔，将其作为导向管，导向管孔径为150mm，外插角度为0.5°。

（2）搭设移动平台。在管棚的施工建设过程中，为了实现最佳的施工效果，需要根据具体情况移动钻机，不仅如此，还要根据施工需要对钻机高度进行调整。为了确保钻机的有效工作，必须在相应位置搭建稳定的操作平台和移动平台，实现升降功能。

（3）钻机安装就位。将钻机施工平台搭建完成后，将钻机移动到操作平台，并根据施工需要将其移动到对应的操作位置，为后续施工打下基础。在施工过程中，可以根据管棚位置、钻具长度和高度等因素合理确定相应的孔位，在这个过程中必须保证钻机的精准定位，确保施工的有效性。

（4）预设钻进轨迹。根据工程施工方案预设相应的钻进轨迹，在这个过程中，必须充分考虑相关因素，例如当地的地理地质条件、管棚长度等，进一步确保钻孔的有效性。

（5）导向钻进。要科学确定施工顺序，一般按照间隔两个孔位的规律进行。进行钻机施工前，工作人员必须对套管管位及其角度进行检测，确保其符合相应标准，误差较大时及时进行调整。开孔定位前必须做好调试，调试工作一般由专业人员负责实施，还要做好相关检测。施工过程中根据需要选择相应型号的钻机，钻孔前，科学测定其位置、角度和方向，确保钻进的科学性，并对每个钻孔编号。

（6）导向控制与纠偏。第一，控制上下偏移。钻进过程中，钻头受到自身质量的影响，钻具前段很容易发生下垂，为了有效处理这种情况，减少纠偏成本，避免环状间隙的进一步扩大，在管棚中心距离隧道初支结构开挖150mm处，使用水平导向仪以及钻机探头控制器进行调整，从而保证钻进的有效性，确保钻进工作满足工程需要。针对管棚的横向偏差，可以通过对初始段的轴线方向进行控制。施工必须保证钻机的横向稳定，还要严格控制孔内的环状间隙。一般按照顺时针方向进行，在这个过程中会产生右旋力，但是其偏斜幅度较小，一般比较容易控制。开孔定位可以进行科学控制，以满足施工要求。第二，方位偏移控制。施工人员要准确控制钻进的倾角，通过远程显示器进行控制，严格把控钻头倾角偏差，如果出现较大偏差，必须对其进行调整。为了保证轨迹的精度，一次性钻进还要利用钻杆实现导向。即钻进前利用经纬仪测定钻杆的轴线方向，在此基础上按照方向进行钻进。第三，加强过程监控与纠偏。在钻进施工前，需要结合当地实际科学确定具体的钻进位置，保证钻机的钻杆线与预期的设计线路吻合。要避免钻进方向的偏移，做好记录，根据钻进情况及时做好调整工作，确保整体钻机施工效果。

（7）管棚送管。在钻进完成后送管前，重新洗孔，确保孔径和长度满足要求后才能送管。管棚钢管采用分节安装，两节之间用丝扣连接，丝扣螺纹段长大于150mm。为了提高管棚的抗压性能，相邻棚管接缝应错开，缝距不小于1.0m。注浆钢管上钻注浆孔，孔径为10mm，孔间距为200mm，呈梅花形布置。钢管尾部（孔口段）2.0m不钻花孔作为止浆段。

（8）管棚注浆。管棚送管停止后，安装钢筋笼，并做好孔口的密封工作，开始注浆。一般选择水泥浆，还要严格按照相关标准进行水泥浆制作。注浆过程中，水泥浆会通过管棚实现扩散。要合理控制注浆压力，一般控制在0.5～1MPa。根据单孔内具体情况合理控制泵压，泵压需要控制在0.2～0.4MPa。注浆完成后，要进行检查，保证各个间隙被充满，达到良好的密实性效果。要实施针对性的保压措施，这是达到最佳施工效果的前提和基础。

3 结束语

在岩溶隧道的工程施工过程中，相关工作人员要科学应用相关技术，对施工现场进行全面准确探测，结合工地具体情况选择相应的钻进方法，只有这样才能获得准确的地质预测结果，从而为后续顺利施工打下基础。