青島地鐵長大管棚超前支護施工技術(shù)

趙 艷 慧

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001)

青島地鐵長大管棚超前支護施工技術(shù)

趙 艷 慧

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001)

以青島地鐵2號線長管棚施工為例，通過對其工程地質(zhì)條件的分析，采用自進式長管棚一次長孔的超前支護方式，論述了該施工技術(shù)的具體工藝流程，并對施工中存在的問題及其解決措施進行了研究探討，以保證隧道施工安全。

自進式管棚，超前支護，地鐵，隧道

1 長管棚施工原理

自進式管棚是將管棚鋼管加工成鉆桿，鋼管前端焊接管棚等徑的楔形鉆頭，通過水平鉆機直接鉆入巖層后注漿填充形成的超前支護剛性體。

管棚打設(shè)精度靠安設(shè)在管棚內(nèi)的專用導(dǎo)向儀進行控制，同時為使管棚具有超前性，作為鉆具的鋼管通過同軸的絲扣連接，必要時進行焊接。管棚鋼管不設(shè)溢漿孔，鉆頭前端有φ12 mm～φ15 mm的水眼，注漿時漿液先填充管棚內(nèi)部，再通過水眼溢出，填充管棚外部，使其整體更具剛度。

2 工程簡介

五四廣場站至南京路站區(qū)間(以下簡稱五南區(qū)間)起自五四廣場站(該站已于青島地鐵3號線先期施作，為青島地鐵2號線與3號線換乘站)，沿香港中路東行，至香港中路與南京路交叉口處南京路站。在靠近南京路站前，區(qū)間左、右線下穿家樂福地下過街通道，其中在區(qū)間里程Y(Z)SK31+006處家樂福地下通道上方存在一3.4 m×1.5 m暗渠，與隧道方向垂直。

家樂福地下通道(麗人街)商鋪密集，人流量較大，是連接香港中路南北側(cè)重要通道。在南京路站前端，區(qū)間隧道下穿家樂福地下通道，該地下通道呈“V”字形，其中與區(qū)間垂直交叉的為通道1，與區(qū)間斜交的為通道2，通道2上方存有一3.4 m×1.5 m雨水暗渠，與通道2夾角為64°，暗渠與隧道呈垂直相交。五南區(qū)間與家樂福地下通道1豎向距離最小約1.68 m，與通道2豎向距離最小約1.8 m。

3 工程地質(zhì)

家樂福過街通道主要位于細砂層、粉質(zhì)粘土層及粗砂層，結(jié)構(gòu)底板主要坐落于強風(fēng)化花崗巖上亞帶，局部位于粗砂層中。該通道施工時，地層富水量較大，易出現(xiàn)涌砂。五南區(qū)間隧道洞身主要位于強風(fēng)化花崗巖，局部地段拱頂位于粗砂層中，圍巖等級為Ⅵ級，局部夾雜微風(fēng)化花崗斑巖，下穿設(shè)計范圍存在一條PS-WN01破碎帶(ZSK31+000，YSK30+990)，寬度約3 m，根據(jù)家樂福地下通道施工經(jīng)驗，該段圍巖呈高富水性，圍巖整體性差，強風(fēng)化花崗巖多呈粗顆粒狀。

4 施工方案

4.1 管棚孔位設(shè)計

ZSK30+955～ZSK31+042段和YSK30+955～YSK31+015拱部150°范圍內(nèi)均布設(shè)一環(huán)φ127長管棚，間距40 cm，單線19根；左右線一次性打設(shè)長度分別為93 m，65 m，如圖1，圖2所示。

4.2 管棚參數(shù)

管棚采用壁厚8 mm的φ127 mm熱軋無縫鋼管，鋼管每節(jié)長度為4 m～6 m，管棚施工角度左右線均為0°～0.5°；管棚連接采用公母扣絲扣連接，公扣采用壁厚8 mm的φ121無縫鋼管，長度123 mm，與管棚鋼管做內(nèi)外套管絲扣連接。

4.3 注漿

注漿采用超細水泥漿，水灰比W/C=0.8～1.0，注漿壓力0.5 MPa～1.5 MPa，注漿方式為一次注漿。

5 施工工藝

5.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖3。

5.2 施工工藝

5.2.1 管棚工作室開挖

隧道開挖輪廓線外環(huán)向0.6 m擴挖管棚工作室，長度為8 m，管棚入孔在開挖線外0.3 m，開挖輪廓線下2 m預(yù)留實心土以支撐導(dǎo)向墻內(nèi)模。

5.2.2 施工導(dǎo)向墻

掌子面設(shè)置1.0 m長導(dǎo)向墻，其環(huán)向強度以保證導(dǎo)向墻兩側(cè)基礎(chǔ)穩(wěn)定為原則，根據(jù)地形、現(xiàn)場地質(zhì)條件確定，導(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)兩榀22a工字鋼，在其中布設(shè)φ146×6 mm導(dǎo)向管。待工字鋼架設(shè)完畢后，導(dǎo)向管與工字鋼焊接成整體，并用Φ22鋼筋固定牢固。為了便于施工，導(dǎo)向墻采用C25噴射混凝土。

5.2.3 鉆機平臺組裝

鉆具工作平臺為確保足夠的穩(wěn)定性，組裝前施作20 cm厚臨時仰拱。平臺由Ⅰ22工字鋼組成，連接采用高強螺栓通過墊板固定，鉆機通過手動葫蘆在底軌上左右移動，在立柱上下移動。

管棚采用導(dǎo)向跟管鉆進施工方法，一般地質(zhì)可采用水循環(huán)鉆進，如遇到砂層則需要采用膨潤土護壁鉆進工藝。

5.2.4 鉆孔

鉆孔要按照現(xiàn)場技術(shù)人員標示的孔位及角度進行鉆頭就位。鉆孔順序由下而上進行施工，隔孔施工，采用導(dǎo)向一次性成孔。第一、二號孔作為試驗孔，通過施工試驗孔來驗證鉆孔角度、鉆速、偏差糾正等設(shè)計參數(shù)，確定適用于本地質(zhì)條件情況下的施工參數(shù)。

鉆機調(diào)試完成后，安裝管棚鋼管以及有線導(dǎo)向儀器來進行鉆孔定位，按照設(shè)計要求角度(一般入孔角度為1°,終孔角度0.5°)調(diào)整入孔方向，入孔時可以采用水平尺和導(dǎo)向儀互檢辦法精確施工角度。

管棚鋼管前端安裝φ130 mm楔子板合金鉆頭，鉆孔時從上到下進行施鉆，隔孔施鉆，開孔時，低速低壓，待入孔2.0 m后，適當(dāng)加壓。

角度監(jiān)測。家樂福通道正下方段每鉆進1 m，非正下方段每鉆進3 m，必須使用導(dǎo)向儀器進行施工角度檢查，如果發(fā)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，立即采用楔形鉆頭進行角度糾正。

鋼管連接。按設(shè)計角度完成第一根入孔鋼管施工后，進行第二根鋼管連接，連接時確保絲扣到位，無錯臺現(xiàn)象，可將絲扣連接縫焊接牢固。

5.2.5 管棚注漿

超前注漿漿液采用超細水泥漿，水灰比W∶C=0.8∶1.0，注漿壓力為0.5 MPa～1.5 MPa，漿液配合比和注漿壓力需根據(jù)現(xiàn)場試驗進行調(diào)整。

管棚按設(shè)計角度施工合格后，端口焊接法蘭盤和連接注漿管，為保證過街通道安全，打設(shè)一根后立即對管棚進行注漿。

注漿前設(shè)備調(diào)試完好和材料準備到位后，將注漿管與管棚尾端的法蘭盤連接牢固，然后開始注漿，注漿壓力達到1.0 MPa后停止注漿。

注漿結(jié)束標準:

1)注漿壓力逐步升高至設(shè)計終壓，并繼續(xù)注漿10 min以上；

2)注漿結(jié)束時進漿量小于5 L/min；

3)檢查孔滲水量小于0.2 L/(m·min)；

4)檢查孔鉆取巖芯，漿液充填飽滿；

5)漿液有效注入值大于設(shè)計范圍。

5.2.6 管棚技術(shù)要求

1)管棚打設(shè)長度與設(shè)計長度誤差不得大于200 mm；管棚進孔位置偏差±50 mm。

2)管棚傾角根據(jù)隧道坡度確定，打設(shè)成管角度偏差控制在5‰以內(nèi)。

3)管棚外插角根據(jù)技術(shù)交底要求施工，外插角偏差控制在3‰以內(nèi)。

4)管棚注漿壓力穩(wěn)定在0.5 MPa～1.0 MPa，持續(xù)時間不小于30 min。

5)管棚施工過程中要求及時進行管棚注漿，嚴格控制地表沉降。

6)在管棚鉆進到管線位置處時必須核對鉆進角度，計算并核對管棚位置偏差。

6 施工難點及解決措施

6.1 管棚打設(shè)精度控制

1)根據(jù)設(shè)計圖紙和隧道坡度，確定理論施工控制標準值；

2)現(xiàn)場先進行試驗孔施工，根據(jù)地層地質(zhì)、長度等進行適應(yīng)性數(shù)據(jù)采集，與理論標準角度進行對比分析；

3)使用專用有線導(dǎo)向儀進行角度監(jiān)控。施工中每進尺3 m進行一次角度測量(關(guān)鍵位置可按米測量)，指導(dǎo)施工；

4)發(fā)現(xiàn)角度偏離，應(yīng)立即采用楔形板進行糾偏校正，直至滿足設(shè)計要求；

5)如果角度偏轉(zhuǎn)過大且無法進行糾偏，應(yīng)拔出管棚鋼管，回填注漿該孔，待48 h后，重新施工，直至滿足設(shè)計要求。

6.2 施工沉降控制

1)長管棚打設(shè)過程中，需要控制出碴和出水量，實際值不能大于理論值的1.5倍；

2)當(dāng)實際出水出土量遠遠大于理論數(shù)值時，應(yīng)采取保壓施工工藝或者進行注漿預(yù)處理；

3)每根管棚施工完畢后，應(yīng)及時封閉管口和四周孔壁，防止突水涌泥事故造成沉降過大；

4)一定數(shù)量管棚施工完畢后應(yīng)及時注漿，保證管棚孔內(nèi)充盈固結(jié)。

6.3 保壓施工措施

1)保壓施工條件。

a.富水砂層(粉砂、中粗)進行管棚施工鉆孔，存在突水涌泥危險因素的地層；

b.圍巖裂隙承壓水。圍巖裂隙水的流失會導(dǎo)致地層內(nèi)形成空腔，產(chǎn)生負壓地層損失導(dǎo)致施工時地表產(chǎn)生沉降變形。

2)富水地層施工方法。

a.注漿封閉，鉆孔施工。通過孔口管側(cè)面的卸壓閥觀察孔口處地層壓力的具體情況,判斷涌砂、涌泥的可能性。決定是否進行孔口加固注漿,注漿時用泥漿泵給地層中注入水泥漿或化學(xué)漿液,待注漿體凝固后二次重新開孔和下管；

b.單向閥控制。在管棚鉆頭處安裝單向閥,可以正向從鉆桿內(nèi)通入泥漿,在不供泥漿時,單向閥自動關(guān)閉,避免地層中的水土逆向涌出,從而防止正常鉆進涌水、涌泥。

3)孔口安裝密封裝置。

施工孔口先安裝孔口管，在孔口管四周植四根鋼筋，與孔口管焊接連接并加固，孔口管上安裝密封裝置，能夠與管棚鋼管緊密包裹，密封裝置后方安裝大球閥，可以在拔出鋼管時關(guān)閉鉆孔通道；管棚施工在密封裝置內(nèi)進行，能夠有效保證地層內(nèi)壓力平衡和減少水土流失。

7 結(jié)語

五南區(qū)間下穿家樂福過街通道長管棚施工均達到設(shè)計長度(左線93 m 19根，右線65 m 19根)，施鉆成功率達100%。通過本工程實踐表明，自進式管棚具有以下優(yōu)點：

1)自進式長管棚工法打設(shè)的鋼管長度較大，角度通過專用導(dǎo)向儀精確控制管棚鋼管鋪設(shè)的軌跡線，精度高。

2)自進式長管棚對隧道上方巖層擾動次數(shù)少，且使用的鋼管具有較高的剛性強度，而且管徑相對較大，能夠承載較大上部負荷，大大降低施工安全風(fēng)險。

[1] 張孔晶.大管棚導(dǎo)向跟管鉆進技術(shù)在新金華山隧道的應(yīng)用[J].山西建筑，2012，38(6)：190-191.

[2] 何 倩.導(dǎo)向跟管鉆進技術(shù)在隧道大管棚支護中的應(yīng)用[J].山西建筑，2014，40(1)：178-179.

[3] 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4] 崔玖江.隧道與地下工程注漿技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

The advance support construction technology of Qingdao subway long pipe shed

Zhao Yanhui

(ChinaRailwayThirdBureauGroupLimitedCompany,Taiyuan030001,China)

Taking the long pipe shed construction of Qingdao subway No.2 line as an example, through the analysis on its engineering geological conditions, using the advance support method of self-advancing pipe shed once long hole, discussed the specific process of construction technology, and researched and discussed the existing problems and solving measures in construction, in order to ensure the safety of tunnel construction.

self-advancing pipe shed, advanced support, subway, tunnel

2015-01-29

趙艷慧(1982- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)11-0190-03

U455.7

A