高精度大管棚在淺埋隧道下穿城市快速路施工中的應(yīng)用

□文/陳立龍 和振海

高精度大管棚在淺埋隧道下穿城市快速路施工中的應(yīng)用

□文/陳立龍 和振海

某地鐵停車場(chǎng)出入段線區(qū)間隧道下穿機(jī)場(chǎng)快速路，控制隧道開挖及支護(hù)期間的沉降是重中之重，現(xiàn)場(chǎng)施工中結(jié)合圍巖情況，通過(guò)控制60 m長(zhǎng)大管棚的施工精度，大大提高圍巖及超前大管棚支護(hù)段的整體性，達(dá)到控制沉降的目的。文章結(jié)合工程實(shí)例介紹了高精度大管棚的施工精度控制技術(shù)。

隧道；高精度；大管棚；淺埋；下穿；快速路

1 工程概況

某地鐵停車場(chǎng)出入段線區(qū)間隧道全長(zhǎng)692.2 m，為雙線單洞馬蹄形斷面，采用礦山法施工。下穿快速路段隧道埋深約 9～12 m，長(zhǎng)92.3 m，為34‰的下坡。

下穿隧道覆蓋層主要為人工填土、紅粘土及部分粉質(zhì)粘土。為有效控制地表沉降，保證洞內(nèi)施工及地表行車安全，在隧道下穿快速路段開挖前一次性施作60 m長(zhǎng)的φ159 mm高精度大管棚，對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固。

2 高精度大管棚打設(shè)方法

高精度大管棚采用φ159 mm熱軋無(wú)縫鋼管，壁厚10 mm，間距400 mm，設(shè)于拱部144°范圍，沿開挖輪廓外布置，見圖1。

圖1 管棚布置

管口中心外放至距開挖輪廓線300 mm，考慮到隧道為34.00‰的下坡，擬定豎直角為-1.95°，外插角控制在1°，采取6 m超長(zhǎng)水平定向鉆機(jī)，控制每節(jié)跟管長(zhǎng)度6 m。

采用“有線儀器定向，一次性跟管鉆進(jìn)法”施工，即成孔和埋設(shè)管棚一次完成。該方法要求在鉆進(jìn)過(guò)程中能準(zhǔn)確測(cè)定鉆頭在地下的位置和方向，根據(jù)鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中的位置和方向同設(shè)計(jì)軌跡的差異，利用能進(jìn)行調(diào)節(jié)方向的鉆頭（楔型鉆頭）改變鉆進(jìn)方向，從而按設(shè)計(jì)要求完成各種超前管棚的施設(shè)。

鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器直接由15 V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導(dǎo)向板的方向，導(dǎo)向板朝上即為12點(diǎn)，如同鐘面)。打設(shè)角度如果偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點(diǎn)，即導(dǎo)向板朝上，直接頂進(jìn)，此時(shí)由于導(dǎo)向板底板斜面面積大。受到一個(gè)向上的力，鉆頭軌跡就會(huì)朝上運(yùn)動(dòng)。同理在6點(diǎn)糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點(diǎn)、3點(diǎn)分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機(jī)會(huì)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時(shí)鉆桿軌跡一般是平直的。所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。至于左右偏差根據(jù)傳感器尾端的發(fā)光裝置來(lái)定，通過(guò)儀器測(cè)量參數(shù)來(lái)糾偏。

3 施工工藝流程

人員設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→鋪設(shè)“H”鋼軌道→設(shè)備組裝調(diào)試→埋設(shè)孔口管→調(diào)試鉆機(jī)（方位、傾角）→鉆具組裝進(jìn)孔→沖洗液循環(huán)→導(dǎo)向鉆進(jìn)→回次加尺（接線、接口補(bǔ)焊）→孔斜測(cè)量→導(dǎo)向鉆進(jìn)→直至設(shè)計(jì)深度終孔→回取探頭盒→管內(nèi)及環(huán)狀間隙注漿→移至下一孔位。

4 設(shè)備安裝及施工控制要點(diǎn)

4.1 鉆機(jī)平臺(tái)安裝

鋼墊板規(guī)格=長(zhǎng)×寬=250 mm×250 mm；脹管螺栓直徑=16 mm；鋼墊板與基礎(chǔ)固定牢固；H型鋼鋼軌找平誤差＜3 mm；底盤對(duì)角線找方誤差±3 mm；斜拉筋需繃緊，交叉拉力基本相等；四柱對(duì)角誤差±5 mm。

4.2 調(diào)試鉆機(jī)

在測(cè)量放樣的基礎(chǔ)上根據(jù)計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行鉆機(jī)入孔的方位角及傾角調(diào)整，鉆機(jī)入孔鉆進(jìn)后，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整。

4.3 鉆具組裝

鉆頭楔掌板旋轉(zhuǎn)直徑≤152 mm，楔型面與鉆具（鉆桿）交角≤20°；水眼直徑為8～10 mm；鉆具前部的導(dǎo)向鉆頭，探頭必須經(jīng)檢驗(yàn)合格，性能可靠，安裝齊全；探頭盒后部加裝燈光以備測(cè)斜之用。

4.4 泥漿系統(tǒng)

1）泥漿配合比根據(jù)地層情況確定。泥漿需經(jīng)充分?jǐn)嚢?，均勻配制而成。配制時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行配比。

2）泥漿必須先配制好后再使用，嚴(yán)禁使用中同時(shí)加清水、加料。

3）在施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同地層，合理調(diào)節(jié)泵壓、泵量，以免因泥漿不足引起通道堵塞或因過(guò)大導(dǎo)致過(guò)量泥砂外排。此工程中，一般宜取中低壓、中小水量。

4.5 導(dǎo)向鉆進(jìn)

1）導(dǎo)向鉆進(jìn)前應(yīng)對(duì)鉆機(jī)定位情況、方位、傾角情況，孔口管對(duì)中情況，沖洗液流通以及導(dǎo)向儀顯示情況進(jìn)行全面復(fù)檢，確認(rèn)正常后進(jìn)行試鉆。

2）鉆進(jìn)前須先開泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進(jìn)。

3）鉆進(jìn)時(shí)，泵壓應(yīng)控制在 0.6～1.0 MPa，泵量為10～3 L/min。保持中低壓力，勻速中速鉆進(jìn)。

4）為防止孔內(nèi)土體坍塌，控制沉降，必要時(shí)需采用孔內(nèi)保壓措施。要始終保持回水量小于或等于進(jìn)水量。

5）導(dǎo)向現(xiàn)場(chǎng)控制人員隨著不斷鉆進(jìn)，必須時(shí)刻觀察探頭角度變化情況，角度偏差＞0.3°時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾偏。當(dāng)糾偏無(wú)效、偏差＞0.6°時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，研究對(duì)策后再施工?，F(xiàn)場(chǎng)須及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)向數(shù)據(jù)記錄和鉆具前端長(zhǎng)度及每次加管長(zhǎng)度詳細(xì)記錄。

6）鉆孔出現(xiàn)涌水時(shí)，應(yīng)盡量保持泵壓，泵量不能變小，以平衡孔內(nèi)壓力。

7）泥漿不正常時(shí)，嚴(yán)禁繼續(xù)鉆進(jìn)。

4.6 接線和焊接

1）每根管在接管前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完好合格。管材內(nèi)的鐵屑、臟物及銹皮等必須清除干凈。接管時(shí)避免與硬物相碰，以免損傷管扣。

2）鉆進(jìn)中，每次加尺后，須先鉆進(jìn)后進(jìn)行棚管絲扣接縫焊接（即先鉆后焊），以免鉆進(jìn)時(shí)的扭力造成開焊。要求每個(gè)接縫焊接進(jìn)行檢查，保證焊接質(zhì)量。

3）連接的電線應(yīng)選用導(dǎo)電性能好，外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風(fēng)機(jī)吹烤貼牢。

4）不得將異物遺留或掉入管內(nèi)。

4.7 探頭盒取回及終孔注漿

1）用預(yù)置的φ8 mm鋼絲繩將探頭盒取出，取出時(shí)應(yīng)每10 m測(cè)量一次孔斜情況。

2）單孔驗(yàn)收合格后，通過(guò)管內(nèi)壓注水泥漿，對(duì)管內(nèi)及管外環(huán)狀間隙進(jìn)行充填。大管棚上鉆孔注漿，孔徑10～16 mm，孔間距≯20 cm，呈梅花型布置，尾部留≮100 cm的不鉆孔止?jié){段。注漿壓力為1.0～2.0 MPa，具體注漿壓力及注漿配合比由現(xiàn)場(chǎng)確定。

4.9 管棚施工注意事項(xiàng)

管棚施工精度要求高，鉆孔間距小，一次施作長(zhǎng)度長(zhǎng)，施工難度大。為保證質(zhì)量、保工期、順利完成，必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，必須認(rèn)真執(zhí)行以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

1）單孔開孔間距為400 mm，開孔孔位偏差≤±50 mm，若須移位，應(yīng)調(diào)整開孔角度進(jìn)行回歸；

2）開孔孔位距隧道開挖線設(shè)計(jì)為300 mm，不允許向內(nèi)偏斜；

3）管棚的偏斜應(yīng)控制在5‰以內(nèi)，終端最大控制間距為300 mm；

4）為保證鋼管連接的同軸性，每根鋼管都必須加車4 mm絲扣，采用絲扣連接，絲扣連接一定要擰緊、到位；

5）終孔后，管棚的注漿壓力控制在0.4～0.8 MPa，注漿壓力不宜過(guò)大，注漿量以出漿口流出水泥漿為準(zhǔn)；

6）管棚打設(shè)長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度誤差≯200 mm。

5 施工過(guò)程及效果評(píng)析

開挖揭示后實(shí)測(cè)管棚施工誤差在18 cm以內(nèi)，未出現(xiàn)侵限割管等情況，隧道拱部管棚與圍巖固結(jié)成一段60 m長(zhǎng)大護(hù)拱。大管棚施工完畢后，進(jìn)行開挖及支護(hù)，采取仰拱、二襯緊跟的方法，安全通過(guò)了下穿快速路段，施工期間路面最大累計(jì)沉降值僅為32 mm，達(dá)到了預(yù)期控制目標(biāo)，保證了隧道及道路安全。

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□和振海/中鐵十二局集團(tuán)有限公司。

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1008-3197（2013）05-50-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2013.05.019

2013-04-03

陳立龍/男，1980年出生，工程師，昆明軌道交通有限公司，從事軌道交通施工技術(shù)管理工作。