長(zhǎng)大管棚泥漿護(hù)壁法施工技術(shù)

汪樹(shù)生

(中鐵四局集團(tuán)有限公司，合肥 230022)

1 工程簡(jiǎn)介

瀏陽(yáng)河隧道起訖里程為:DⅡK1560+785～DⅡK1570+900，全長(zhǎng)10 115 m，是武廣客運(yùn)專線的控制性工程，也是本線最長(zhǎng)隧道，隧道穿越湖南省長(zhǎng)沙市，起于瀟湘西路南側(cè)，在穿越京珠高速與長(zhǎng)永高速公路牛角沖互通立交后，通過(guò)星沙開(kāi)發(fā)區(qū)的廠區(qū)密集群、高地學(xué)校區(qū)與民房區(qū)后下穿瀏陽(yáng)河，終于機(jī)場(chǎng)高速公路南側(cè)。

本文主要介紹隧道進(jìn)口人工填土層大管棚施工技術(shù)，進(jìn)口段為素填土、雜填土，堆積時(shí)代較新，結(jié)構(gòu)松散～稍松，標(biāo)貫擊數(shù)為4～17擊，工程性質(zhì)差且不穩(wěn)定，埋深8～10 m。

2 設(shè)計(jì)支護(hù)措施

自地表沿隧道中軸線方向，在洞身開(kāi)挖輪廓線外40 cm處布置1排φ80 cm鉆孔樁，鉆孔樁縱向間距1.2 m，防護(hù)范圍90 m。洞口段拱部1400范圍內(nèi)采取超前長(zhǎng)管棚，長(zhǎng)度40 m，環(huán)向間距40 cm，向上傾角為1°～3°，共計(jì)45根，管棚為φ108 mm熱壓無(wú)縫鋼管，壁厚6 mm，絲扣連接，注水泥漿液，注漿壓力0.5～3 MPa，長(zhǎng)管棚設(shè)置C20混凝土導(dǎo)向墻，內(nèi)置 φ140 mm鋼管導(dǎo)向，超前大管棚布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 洞口大管棚布置(單位:m)

3 成孔工藝方案比選

3.1 引孔頂入法

引孔頂入法為鉆孔、清孔、頂管、注漿［1-3］，選取拱部25號(hào)、28號(hào)孔進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，采用普通管棚鉆機(jī)鉆孔，由于該地層為人工填土層，結(jié)構(gòu)松散，鉆孔時(shí)發(fā)生塌孔、卡鉆、縮徑等現(xiàn)象，無(wú)法成孔，最大鉆進(jìn)8 m。

3.2 跟管鉆進(jìn)法

采用大直徑外鉆頭連接φ108 mm無(wú)縫鋼管，管棚鉆機(jī)采用小直徑合金鉆頭和沖擊器在φ108 mm無(wú)縫鋼管內(nèi)鉆進(jìn)，帶動(dòng)鋼管前進(jìn)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)位置［4-7］，本隧道在引孔頂入法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況，選擇了30號(hào)孔進(jìn)行了跟管鉆進(jìn)法工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，由于土層松散，基本無(wú)反壓力，管棚鉆機(jī)沖擊成孔時(shí)不能完全擊碎土體，大顆粒碎渣充填φ108 mm無(wú)縫鋼管內(nèi)，導(dǎo)致卡鉆，鉆桿回轉(zhuǎn)困難，每鉆進(jìn)3 m左右需退出鉆桿，高壓水或高壓風(fēng)沖洗φ108 mm無(wú)縫鋼管管體，成孔速度極慢，30號(hào)孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)共用時(shí)2 d，工效低、成本高。

3.3 泥漿護(hù)壁法

采用地質(zhì)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，利用鉆孔樁正循環(huán)原理，循環(huán)泥漿護(hù)壁的方法成孔［8-12］，選擇了23號(hào)孔進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆進(jìn)速度、塌孔、卡鉆等情況進(jìn)行了分析比較，不斷地優(yōu)化和改進(jìn)泥漿的性能，掌握了合理的泥漿拌制參數(shù)。按照改進(jìn)的泥漿，通過(guò)24號(hào)孔的施工，大大提高了鉆孔速度和成孔質(zhì)量，24號(hào)孔從開(kāi)鉆到頂管結(jié)束用時(shí)7 h。

4 泥漿護(hù)壁法施工工藝

4.1 工藝流程(圖2)

4.2 泥漿拌制

泥漿的拌制采取在現(xiàn)場(chǎng)就地挖泥漿池的施工方法，同時(shí)設(shè)置臨時(shí)儲(chǔ)漿池，泥漿池用作拌制新泥漿，儲(chǔ)漿池用作鉆孔過(guò)程的泥漿循環(huán)。

圖2 泥漿護(hù)壁法施工工藝

泥漿采用黏土和水配制，本文介紹的泥漿各項(xiàng)指標(biāo)不同于鉆孔樁，其使用的環(huán)境不同于鉆孔樁，其目的是在水平鉆孔中達(dá)到泥漿護(hù)壁的作用，在鉆孔樁泥漿參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要控制和優(yōu)化調(diào)整泥漿的比重、粘度、含砂率、膠體率四項(xiàng)指標(biāo)。

(1)泥漿比重

借鑒鉆孔樁施工經(jīng)驗(yàn)，初步確定泥漿比重為1.1～1.3，隧道管棚施工一般均為水平鉆孔，水平鉆孔時(shí)泥漿在孔內(nèi)快速流失，泥漿比重過(guò)低護(hù)壁效果差，不易成孔，根據(jù)23號(hào)孔的泥漿護(hù)壁效果，最終確定泥漿比重為1.4，拱頂孔位鉆孔外插角大，泥漿比重適當(dāng)加大，拱腰孔位近似水平鉆孔，泥漿比重適當(dāng)減小。在施工過(guò)程中根據(jù)鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度和回轉(zhuǎn)情況適當(dāng)調(diào)整泥漿比重。

(2)泥漿粘度

橋梁鉆孔樁施工時(shí)，泥漿粘度越高，其攜帶鉆屑、護(hù)壁能力越強(qiáng)、泥皮厚，管棚施工要充分利用泥漿這一性能，提高護(hù)壁、攜帶鉆屑能力，同時(shí)形成適度的泥皮，泥皮過(guò)厚影響后期注漿效果。鉆孔樁松散易坍地層一般黏度為19～28 s，考慮到水平鉆孔泥漿流動(dòng)性的特性，并根據(jù)23號(hào)、24號(hào)孔成孔效果和注漿效果驗(yàn)證，泥漿黏度一般控制在40 s。

(3)泥漿含砂率

泥漿的含砂率高，會(huì)降低泥漿粘度，增大泥漿密度，造成泥皮松散，護(hù)壁性差，泥漿拌制是要嚴(yán)格控制泥漿的含砂率，泥漿含砂率越小越好，現(xiàn)場(chǎng)配制的泥漿含砂率嚴(yán)格控制在＜4%以內(nèi)。

(4)泥漿膠體率

泥漿膠體率高是泥漿具有良好流變性和失水特征的保證，現(xiàn)場(chǎng)泥漿的膠體率不小于95%。

4.3 鉆孔

鉆孔前先檢查鉆機(jī)各部位運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，對(duì)非正常部位進(jìn)行更換，開(kāi)啟泥漿泵，勻速鉆進(jìn)，做好鉆進(jìn)速度、卡鉆、塌孔等記錄，及時(shí)調(diào)整泥漿性能，確保成孔效果。

4.4 管棚安裝

由于該地層為松散的人工填土，雖然采取了泥漿護(hù)壁，但不及時(shí)安裝管棚同樣會(huì)出現(xiàn)塌孔、縮徑等現(xiàn)象，因此成孔后要及時(shí)頂進(jìn)鋼管，管棚鋼管利用鉆機(jī)動(dòng)力頭頂進(jìn)，鋼管間為絲扣連接，安裝時(shí)用自由鉗人工旋緊。

4.5 清孔

清孔工序安排在管棚安裝完成后進(jìn)行，在管棚孔口安裝注漿管和止?jié){閥，用注漿泵和自來(lái)水進(jìn)行高壓沖洗，盡可能地沖破泥漿壁，提供注漿條件。根據(jù)23、24號(hào)孔注漿量與設(shè)計(jì)注漿量的對(duì)比，每個(gè)孔沖洗時(shí)間不少于20 min。

4.6 注漿

注漿初期采取低壓力、中流量注入，注漿過(guò)程中壓力逐步上升，流量逐漸減少，當(dāng)壓力升至注漿終壓時(shí)，繼續(xù)壓注5 min，終止注漿。為確保漿液固結(jié)松散土層，注漿分兩次進(jìn)行，第二次注漿在第一次注漿完成待水泥初凝后(約4 h)進(jìn)行。注漿壓力控制在0.5～3.0 MPa。

注漿結(jié)束后及時(shí)清除管內(nèi)漿液，并用M15水泥砂漿充填，增強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度。

5 效果評(píng)價(jià)與結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)瀏陽(yáng)河隧道進(jìn)口超前大管棚成孔施工方法的比較，在人工填土地層中，地質(zhì)鉆機(jī)泥漿護(hù)壁法成孔工藝成孔速度快，成孔質(zhì)量高，洞口45根管棚(每根長(zhǎng)40 m)用時(shí)8 d。同時(shí)地質(zhì)鉆機(jī)耗電量小，不需大型供風(fēng)設(shè)備，施工周期短，節(jié)約了工程成本。

通過(guò)本隧道超前大管棚施工工藝的研究，超前大管棚泥漿護(hù)壁法可以有效地解決軟弱地層破碎帶、堆積體、人工填土層等隧道超前支護(hù)的施工難題。

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