導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)技術(shù)在隧道大管棚支護(hù)中的應(yīng)用

何 倩

(山西晉城路橋建設(shè)有限公司，山西晉城 048000)

0 引言

因區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和圍巖工程性質(zhì)的變化，隧道在掘進(jìn)過(guò)程中常會(huì)遇到斷層或軟弱破碎帶，易引起隧道拱頂圍巖失穩(wěn)、漏頂?shù)裙こ虇?wèn)題。在隧道施工過(guò)程中，一旦出現(xiàn)類(lèi)似險(xiǎn)情后，大多采用大管棚超前支護(hù)的施工措施。本文針對(duì)某隧道塌方段具體情況，經(jīng)多方研究，最后選用了大管棚的“導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)技術(shù)”進(jìn)行管棚施工，在施工中得到了成功應(yīng)用，并取得了明顯的效果。

1 工程概況

某隧道左線LK21+830～LK22+355，長(zhǎng)525 m，地質(zhì)狀況為全、強(qiáng)風(fēng)化片麻巖層，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，礦物成分以石英、長(zhǎng)石、云母為主，巖層分化強(qiáng)烈，圍巖穩(wěn)定性差，側(cè)壁經(jīng)常小坍塌，處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生大坍塌，屬中透水層。進(jìn)口明洞20 m，出口明洞8 m，Ⅴ級(jí)淺埋122 m，Ⅳ級(jí)圍巖295 m，Ⅲ級(jí)圍巖60 m，進(jìn)出口洞門(mén)采用端墻式洞門(mén)。右線RK21+862～RK22+340，長(zhǎng)478 m，地質(zhì)狀況為弱風(fēng)化巖，青灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，礦物成分以石英、長(zhǎng)石、云母為主，巖體較完整，圍巖穩(wěn)定性較好，屬弱透水層，雨季時(shí)有滴水現(xiàn)象。進(jìn)口明洞5 m，出口明洞12 m，Ⅴ級(jí)淺埋171 m，Ⅳ級(jí)圍巖250 m，Ⅲ級(jí)圍巖40 m，進(jìn)出口洞門(mén)采用端墻式洞門(mén)。

該隧道在施工到距離洞口110 m處，由于該地連降暴雨，在左線LK22+245～LK22+258范圍洞頂發(fā)生了坍塌。透頂區(qū)域山頂沉陷寬度7 m，長(zhǎng)度13 m，由于當(dāng)時(shí)撤離及時(shí)，無(wú)任何損失。

塌方發(fā)生后，施工單位積極聯(lián)系設(shè)計(jì)單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)進(jìn)行勘察，該處屬貧水段，工程地質(zhì)較差，塌方土體總體松散，無(wú)自穩(wěn)能力。經(jīng)多方研究，采用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)的方案，管棚鉆機(jī)采用“導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)技術(shù)”。

2 大管棚的導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)原理及布設(shè)

導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)是用管棚代替鉆桿，在其最前端加裝自制導(dǎo)向鉆頭，鉆進(jìn)過(guò)程使用導(dǎo)向儀能準(zhǔn)確測(cè)定鉆頭在前方的位置和方向，據(jù)此確定鉆頭軌跡。同設(shè)計(jì)軌跡相比較，利用能進(jìn)行方向控制的楔形鉆頭改變鉆進(jìn)方位，從而按設(shè)計(jì)軌跡鉆通孔道，來(lái)保證后續(xù)開(kāi)挖隧道的平面位置和縱向坡度不受影響。

管棚連接采用內(nèi)絲扣進(jìn)行接長(zhǎng)，利用水平定向鉆將管棚分節(jié)依次旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)圍巖中。當(dāng)管棚在定位傳感器指引下打至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，安裝加工好的鋼筋籠，再進(jìn)行注漿、封閉等工序作業(yè)。

3 大管棚施工順序

1)施工準(zhǔn)備。施工準(zhǔn)備主要是施工作業(yè)人員和機(jī)械設(shè)備的配置和調(diào)試。根據(jù)需要每臺(tái)鉆機(jī)配置5名操作工人。鉆機(jī)采用500型專(zhuān)用鉆機(jī)，管棚鉆用導(dǎo)向儀采用200型管棚專(zhuān)用導(dǎo)向儀，配備有線數(shù)據(jù)棒，另外配置一臺(tái)250型注漿泵和兩臺(tái)灰漿攪拌機(jī)，為管棚打設(shè)后進(jìn)行注漿加固。

2)測(cè)量放線。按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)對(duì)大管棚孔位進(jìn)行測(cè)量放線，按照33 cm間距進(jìn)行布設(shè)，并對(duì)每個(gè)孔位進(jìn)行編號(hào)，做好孔位標(biāo)記。

3)鉆機(jī)就位調(diào)試。安裝管棚鉆機(jī)采用3 t倒鏈作為提升動(dòng)力，采用焊接的方式把鉆機(jī)和導(dǎo)向拱架焊接牢固。調(diào)整鉆機(jī)高度，將鉆具與孔位對(duì)中，使孔位、鉆機(jī)立軸和鉆桿在一條直線上。

4)鉆頭安裝。采用φ108 mm管棚制作楔形鉆頭，中部安裝有線數(shù)據(jù)棒作為鉆頭。

5)導(dǎo)向孔的打設(shè)。按測(cè)量放線時(shí)所標(biāo)的大管棚孔位，采用鉆機(jī)自帶淺孔沖擊器打設(shè)導(dǎo)向孔。

6)鉆孔作業(yè)。導(dǎo)向孔施工完畢后，即可安裝鉆頭進(jìn)行鉆孔作業(yè)。在鉆孔中，如果發(fā)現(xiàn)管棚有下垂現(xiàn)象，可以把楔形鉆頭調(diào)到斜面朝下，直接頂進(jìn)，此時(shí)由于楔形鉆頭底板斜面積大，從而受到一個(gè)向上的托力，偏移的楔形鉆頭軌跡就會(huì)朝上轉(zhuǎn)移。同理可以調(diào)整其他方向的偏移。如果角度合適，鉆機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，其鉆頭的鉆進(jìn)軌跡就是平直的。當(dāng)管棚打至設(shè)計(jì)深度后，回撤定位有限數(shù)據(jù)棒。終孔位置大約抬高0．3 m～0．5 m，滿足施工要求。

7)安裝鋼筋籠。管棚鉆進(jìn)到位后，使用鉆機(jī)頂進(jìn)加工好的鋼筋籠。鋼筋籠的頂部要做成尖狀，以滿足鋼筋籠送進(jìn)時(shí)起到導(dǎo)向作用。前一節(jié)鋼筋籠與后節(jié)鋼筋籠采用焊接連接，焊接時(shí)要牢固。送鋼筋籠切記不可蠻送，如果遇到異物無(wú)法頂進(jìn)時(shí)，就應(yīng)把鋼筋籠來(lái)回緩慢活動(dòng)一下，無(wú)阻礙時(shí)方可繼續(xù)送入。

8)孔口密封。用帶注漿管的鋼板與管棚端頭焊接牢固，注漿連接管可采用閥接式，必須焊接牢固，以防漿液壓力較大時(shí)崩脫或漏漿。將管棚與鉆孔環(huán)形空隙間用砂漿封堵密實(shí)，封堵環(huán)形前必須用高壓風(fēng)將孔口部位混凝土墻面上的浮塵清理干凈。

9)注漿。管棚全部打設(shè)完畢后，即可對(duì)管棚進(jìn)行注漿作業(yè)。為確保注漿質(zhì)量，首先向孔內(nèi)壓注水灰比為1∶1的水泥漿液，注漿壓力控制在0．2 MPa～0．6 MPa，進(jìn)漿量控制在 1．5 倍 ～2．0 倍理論裸孔容積，當(dāng)注漿壓力達(dá)到0．6 MPa并穩(wěn)定后停止注漿。關(guān)閉注漿閥，同時(shí)封堵注漿管。

4 導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)方法的優(yōu)點(diǎn)

1)能有效控制棚管打設(shè)方向，精度高，外插角可預(yù)設(shè);

2)管棚施作距離長(zhǎng)，一次性施作可超過(guò)50 m;

3)將鋼管作鉆桿直接打入，不擴(kuò)大孔位，注漿后地面沉降接近零;

4)孔底注漿，孔口返漿，必要時(shí)封口注漿，可擴(kuò)大管外土體注漿;

5)能按特殊要求的軌跡鉆進(jìn)，在隧道內(nèi)打設(shè)管棚無(wú)需預(yù)設(shè)管棚導(dǎo)向墻。

5 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)技術(shù)在某隧道長(zhǎng)管棚支護(hù)中的成功應(yīng)用，很大程度上滿足了施工現(xiàn)場(chǎng)的施工需要，減少了工序，節(jié)約了工期，取得了很好的效果。通過(guò)施工實(shí)踐，在特殊施工條件下使用“導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)技術(shù)”進(jìn)行大管棚施工，實(shí)現(xiàn)了對(duì)管棚鉆進(jìn)方向的可控性，鉆進(jìn)精度有所提高，從而減少了隧道隱患的發(fā)生。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］單慧強(qiáng)．淺談軟弱圍巖管棚施工技術(shù)［J］．山西建筑，2011，37(13):179-180．