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案例范本
坡积物地层超前长管棚施工技术研究
添加时间: 2022/5/9 13:31:07 来源: 作者: 点击数:891

1章  引言

在隧道修建过程中,隧道洞口历来都是施工中的难点,尤其是当洞口有坡积体时更难。由于洞口一般要穿越山体表层,而山体表层大都风化严重,强度低,稳定性差,且洞口常处于浅埋地段,加之坡积体围岩破碎松散,使得开挖难以成形,施工难度很大,常常成为制约工期的关键。

在山区公路建设,隧道进出口由于岩体堆积或卸荷,在人类的活动下,稳定性差,因此需要采取一定的辅助工程措施或改变施工方法等手段保持山体稳定。

1.1 课题的提出

目前国内外对于隧道进洞做了不少研究,但对于坡积物地层中进洞却鲜有研究,成果则更少,因此对于坡积物地层中采用超前大管棚进洞施工技术应进行深入研究。

黑河黄藏寺水利枢纽对外道路1号、2号隧道工程中2号隧道出口为坡积物地层,针对该地质条件,进行大管棚超前支护,实现安全、快速、环保的进洞,顺利通过该地质段,重点对在超前管棚施工中易出现钢管浸入开挖断面以内、个别钢管与相邻管相交致钢管无法达到设计深度、进管困难、注浆不饱满、隔孔窜浆、孔位偏斜等问题进行处理。目前管棚施工钻孔角度精度一般控制大都大于2°,易发生钢管浸入开挖断面内或超出开挖设计外过多、钢管与邻管相交等现象。基于此状况,项目以黄藏寺水利枢纽对外道路2号隧道为依托,对坡积物地层超前管棚的施工钻孔精度控制、进管困难、注浆控制等一系列技术展开研究。

1.2 国内研究现状

管棚超前支护法是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进的新技术,是在隧道开挖施工中用以防止掌子面坍塌并研制围岩变形的一种预支护手段。其主要原理是在隧道开挖之前,沿着隧道开挖轮廓线外的设定部位铺设钢管,并可以通过钢管的注浆孔向围岩注浆,对管棚周围的围岩进行加固,使管棚成为隧道后续开挖的防护伞(棚),达到安全施工的目的。

管棚法是作为隧道施工的一种辅助方法,在软岩隧道施工中发挥着较重要重要作用。由于超前管棚做顶板及侧壁支撑,为后续的隧道开挖奠定了坚实的基础,且施工快、安全性高、工期短[1]

目前国内类似项目钻孔精度误差在2°左右,日均钻孔效率在50m左右,管棚施工完成后地面下沉变形量一般大于10mm

1.3 课题研究的内容

本项目主要结合黄藏寺水利枢纽对外道路1号、2号隧道工程项目,对外道路2号隧道出口K11+968K11+988段为坡积碎石土及强风化岩体,围岩级别为Ⅴ级。围岩不稳定,成洞条件差,按设计要求施做超前长管棚进行支护。

1)主要内容

按现有管棚工法施工存在钢管易侵入开挖断面以内、个别钢管与临管相交致钢管无法达到设计深度、进管困难、注浆不饱满、隔孔窜浆、孔位偏斜等情况,为此需要采取施工措施达到一定的技术指标,避免上述情况发生,具体内容为:

1)对钻机进行精准定位,控制钻孔偏离;

2)采取技术措施及时跟管,采取工程和技术措施顶进长管棚;

3)采取措施控制管棚外插角度。

2)主要目标

本项目的主要研究目标是:

1)现有成孔精度在2°,实现目标钻孔精度1°;

2)提高类似地层的管棚施工成孔钻进效率,由目前的日均钻孔进尺50m,提高到日均进尺80m

3)对管棚注浆参数进行优化,使棚架支护体系能很好的形成一体,保证施工整体效果。通过结构设计和施工工艺控制,控制变形小于10mm

1.4 课题研究路线

本项目的研究开发方法和技术路线是以科研和生产相结合,紧密依托黄藏寺水利枢纽对外道路1号、2号隧道工程项目或黄藏寺水利枢纽工程类似项目开展的专题研究。在广泛调研和实践的基础上,合理研究各施工工艺,采取相应工程和技术措施解决控制孔位偏斜、解决进管困难、注浆控制等管棚施工中常出现的问题。通过大量收集相关资料,了解国内外发展的水平的基础上,对现有技术进行分析,对存在的问题进行探索,提出解决方案和措施,通过现场实践检验对比和总结,提高坡积物地层及类似坡积物地层或软弱围岩条件下超前长管棚隧道的施工的水平,形成一套完整的有自己独特专有施工技术。

1.3 研究技术路线图


2章  管棚成孔施工精准控制技术研究

管棚施工中,成孔和铺设钢管是关键工序之一,成孔技术直接影响到管棚铺设的精度,通过本项目管棚设计参数分析,参考管棚施工工序特点,对管棚成孔过程中的关键环节进行研究,通过准确定位导向管、精准钻机选型等方式进行应用,取得了较好的效果。

2.1 管棚参数

2号隧道出口K11+968K11+988段为坡积物地质条件,围岩级别为级。围岩不稳定,成洞条件差,设计要求进行超前长管棚施工,以保证成洞面开挖的稳定和安全。

2.1-1  大管棚超前支护正面布置图

2.1-2  大管棚超前支护纵向布置图

长管棚长度为20米,设置导向墙:导向墙采用C25混凝土,截面尺寸为1m×1m,环向长度根据工程具体情况确定,导向墙数量按照拱部120°范围计算。为保证长管棚施工精度,导向墙内设218工字钢架钢架外缘设Φ140壁厚5mm导向钢管。钢管与钢架焊接。

长管棚设计参数:

1)钢管规格:热轧无缝钢管及钢花管Φ108mm,壁厚6mm,每节钢管(长度为5m)两段均预加工成外丝扣,以便连接接头钢管。设置19.5m长钢筋笼。钢筋笼采用四根主筋和固定环组成,主筋直径为φ18mm,固定环为φ42mm壁厚3.5mm钢管,固定环与主筋焊接,1.5m间距布置。

2)管距:环向间距40cm

3)倾角:外插角1°~3°,具体可根据实际情况作调整。

4)注浆材料:水泥浆。

2.2 管棚施工方法

2.2.1 管棚法施工流程

准备工作(加工制作钢花管)施作导向墙钻孔清孔顶进管棚焊接注浆孔、制作排气孔注浆管路检查浆液制作注浆堵口下一工序

2.2.2 施工方法

1)施工准备

根据钻机自身高度确定台阶的开挖高度,由原地面自上而下挖台阶,仰坡面需竖直开挖,以便管棚导向墙施作。当挖至台阶底部时,形成管棚钻机施作平台。工作平台宽度4.0m,高度1.7m,平台两侧宽度1.63m。考虑钻机平台高度不能满足导向墙施作高度,需将开挖平台两侧以外的位置进行加深。开挖方法主要采用机械开挖,人工用风镐配合,挖机、装载机装渣、汽车运输出渣。

2.2-1  管棚作业平台开挖断面图

2测量放线

测量人员及技术人员根据线路中心线控制桩及高程控制点在仰坡面标识出隧道中心线及外拱顶标高,并根据暗洞开挖轮廓线在仰坡面画出外拱弧,做为导向墙立模的依据,根据导向墙的里程控制好导向墙内外模的高度,并预留12cm设计沉降量。

3施作导向墙

导向墙采用C25混凝土施作,截面尺寸为100×100cm,导墙内先内设218的工字钢。钢架外设Ф140mm壁厚5mm导向管,导向管和钢架焊接在一起,导向管的环向间距40cm

2.2-2  导向墙截面图

4钻孔

钻孔前,测量并用红油漆标出钻孔位置。采用潜孔钻机钻孔,钻机平台的高度根据钻机的可调控范围以及钻孔顺序进行确定,由于钻机顺序按高孔位向低孔位进行,平台位置相应自上而下进行逐步降低,以满足钻孔需要。施工前通过导向墙内的预埋导向钢管,外插角。钻机就位经检查合格后才能开钻,钻进中应经常采用角度尺量测钢管钻进的偏斜度,发现偏斜超过设计要求,及时纠正。钻孔大管棚采用115mm钻头,施钻过程中随时记录好每一段的围岩情况。

施钻完毕后用高压风清孔。检查钻孔质量时,画出草图,对孔位编号、逐孔检查并认真填写记录。

5送管

钻孔完毕及清孔后,及时顶进钢管花管,以免因坍孔造成内堵塞而无法顺利安装。钢管按设计要求加工制作,管棚直径为φ108mm无缝钢管,壁厚6mm。管棚管壁上钻φ10mm-φ16mm注浆孔,并呈梅花形布置其纵向、横向间距为18cm,尾部为不钻孔的止浆段100cm。钢管加工成15cm外丝,以便连接接头钢管。为改善管棚受力条件,接头应错开,隧道纵向同一截面内接头数不大于50%,相邻钢管的接头至少错开1米。钢管前段加工成锥形。如钢管顶进遇到故障,顶不进时,查清原因,必要时重新扫孔后再将钢管顶进,随后设置钢筋笼。管棚顶到位后,钢管与导向管间隙用速凝水泥或其它堵塞严密,以防浆液冒出。

6管口注浆孔加工

管口注浆孔采用30cmφ20镀锌钢管,一头与管棚堵头钢板焊接(钢板先加工一与镀锌管内径相同的圆孔),另一头接注浆管。排气孔亦采用镀锌管置于钢管内侧上方。

2.2-3  钢花管注浆孔展示

7注浆

注浆材料采用水泥浆液(W/C=1:1),如果围岩裂隙不发育,整体较好,可采用水泥浆液(W/C=0.50.8),注浆压力0.5MPa1.0MPa,注浆水泥的强度等级为P.O 42.5。注浆通过现场试验确定注浆参数,并根据实际情况对参数进行调整。

2.3 成孔精度控制研究

管棚施工中,成孔和铺设钢管是关键工序之一,成孔技术直接影响到管棚铺设的精度。

2.3.1 影响钻孔精度的因素分析

1)管棚施工时,钻孔一般为水平或小角度钻孔,由于钻孔角度小,岩屑受重力作用沉积在孔壁下部,容易引起脉钻;孔壁上端的岩土也易受重力作用而坍塌、掉块,因此钻进时要防止钻具撞击孔壁,引起孔内事故。

2)小角度钻孔时钻具在重力作用下总是靠着下部孔壁、钻具与孔壁间接触面积增大,一方面,加剧钻具的磨损;另一方面,摩擦阻力大了,也需要增加钻机输出扭矩。

3)施工场地比较狭窄,孔位移动频繁。而且钻具的出入只能靠钻机的动力头来完成,不能像大角度钻孔可以借助于钻塔来升降钻具,因此,要求钻机轻便灵活,动力头行程较大。

4)地层水平方向上裂隙比较发育,施工难度大,加上钻具在自重作用下使钻孔想下偏斜,很难保证钻孔角度,这就要求钻杆等具有足够的刚度,导正作用好[2]

2.3.2 成孔精度控制措施

2.3.2.1 导向管精准定位措施

1)按照施工设计参数,测量人员及技术人员根据线路中心线控制桩及高程控制点利用全站仪等高精度设备在仰坡面标识出隧道中心线及外拱顶标高,并根据暗洞开挖轮廓线在仰坡面画出外拱弧,做为导向墙立模的依据,根据导向墙的里程控制好导向墙内外模的高度,预留12cm设计沉降量。

2)钢架安装时严格按照设计中线及水平位置架设,提前计算钢架架设准确位置,利用全站仪进行精确测量定位。钢架的下端设置在混凝土墩上,1.0×1.0m混凝土墩设置在基岩上。

3)钢架在加工完毕以后在水泥地上试拼,钢架周边拼装允许偏差为±3cm,平面翘曲控制小于2cm。试拼接没有问题后做好安装准备。

4)安装导向管,严格控制导向管的环向间距及纵向位置。提前按照设计要求计算导向管安装坐标,并在工字钢架顶面标定出导向管的位置,按间距、方向角要求布置导向管,导向管纵向与线路方向一致,外插角按照设计指标并考虑钻孔施工过程中钻杆自重而引起的下垂等因素确定外插角角度为2°,以避免钻孔侵入洞身开挖断面。

5)浇筑导向墙时混凝土在振捣作业中,不得碰撞工字钢导向管等预埋件,防止变形。常温下施工养护时间不得少于7天,混凝土强度达到设计强度的70%后可拆除非承重模板(外模)及端模板,强度达到设计强度的100%后可拆除内模及支架。

2.3.2.2 钻孔精度控制措施

1)确保钻机基础平整,将钻机设置于稳固基础上,确保钻进过程不发生移动。

2)钻进时,使用长的钻具;

3)在每一根或两根钻杆间加用“导向箍”

4)钻进工艺操作上,要正确的控制压力、转速等。

2.4 钻机的选型

针对影响钻孔精度的各因素,对钻机提出如下要求:

1)钻臂能够大幅度多方位移动,满足不同位置的管棚施工要求。

2)能够钻不同角度的高精度钻孔,管棚设计因素中钢管的间距、钢管长度、外插角与钻孔精度密切相关。

3)能高效钻进复杂地层,本项目管棚穿越的地层为坡积物地层。

目前,针对管棚施工的特点和对钻机的要求,国内外有一些专用管棚钻机,但是在我国大陆地区的实际管棚施工案例中,用的最多的坑道钻机和多功能钻机,这些钻机应用范围广,钻机便宜,主要型号有:XY系列钻机;②MK系列钻机等,附件主要有QZ-100潜孔钻[3]

传统的管棚施工方法是采用地质钻机+金刚石回转钻进,该施工技术受到金刚石钻进放的限制,另外,一般的国产钻机也很难满足金刚石钻进的钻压和转速的要求,因而钻进效率很低,目前潜孔锤钻技术已经应用到了管棚施工中。经过市场调研,确定项目采用YGL-100型全液压履带锚固钻机。

2.3  YGL-100型全液压履带锚固钻机参数

名称

全液压锚固履带钻机

型号

YGL-100

钻孔直径(mm

90-250

钻孔深度(m

80-150

钻孔角度(°)

0-360°

最大行程(mm

3300

液压系统额定压力(mpa

20

电机功率(kW

30

整机重量(kg

7400

外形尺寸(mm)长宽高

6250×2100×2400

潜孔锤钻进将普通的纯回转钻进和纯冲击钻进结合起来,有着钻进效率高、钻具转速低、钻头寿命长等优点。

2.4 钻机钻进施工中


3章  跟管与注浆技术研究

3.1 管棚钢管安装

3.1.1 管棚钢管施工现状

目前利用非开挖法施工的夯管法,直接是以锤击的方式将管棚打入预定的土层。针对城市市政非开挖施工则是采用水平定向钻机法,则是利用水平定向钻机,以可控钻孔轨迹的方式,在地下不同地层和深度进行钻孔,通过专用的控向仪挺使钻孔沿设计轨迹前进,抵达设计位置后,进行扩孔、回拖,以达到铺设地下管线的目的,一般在土质地层中应用较多[4]

由于K11+968K11+988段为坡积碎石土及强风化岩体,夯管法和水平定向钻进法不适用。

3.1.2 管棚安装

管棚安装前,对每个管孔及无缝钢管进行配管和编号,保证同一断面上接头数不超过50%。钢管配管如下图所示:

由于地质条件差,钻孔完毕及清孔后,要及时的顶进钢管,以免因塌孔造成孔内堵塞而无法顺利安装。前期人工送管,当阻力增大时,可借助钻机顶进。

3.1.2 安装问题分析

在管棚施工中常出现管棚钢管送管困难,无法顶进至设计深度的问题。原因有以下几点:

1)成孔不好;

由于管棚通常设置在隧道进、出口浅埋段,断层破碎带、裂隙发育带等特殊地质地段,决定了管棚施工的成孔困难问题。在钻孔过程中,较常见的出现塌孔、孔斜大等情况。

2)进管不及时;

管棚施工成孔后,若未及时送入管棚钢管,由于钻孔处于松散破碎地层,孔内随时面临着孔壁上端岩土的坍塌、掉块的情况。因此,如果顶进不及时,可能将造成无法送管至设计深度的情况出现。

3.1.3 问题解决

针对成孔不好的解决办法,在钻孔中控制钻孔参数,主要对钻压和钻速进行控制。选择合适的钻头直径。

1)钻压。钻压的作用是为了克服潜孔锤在促使活塞下行时在汽缸内产生的向上的推举力,以保证冲击功有效传递给钻头,进行破岩。因此,钻压过大和过小都会影响潜孔锤钻进的正常工作,过小会影响冲击功的传递效率,进而影响钻速;过大,会使钻杆弯曲,导致钻头下沉,影响钻孔质量,还会引起钻头的过早磨损球齿掉落、回转困难等。

2)转速。钻具的转速主要是根据岩石的性质、钻头直径、冲击功和冲击频率来确定。如果转速过低,不仅会产生重复破碎,影响效率的提高,而且钻头球齿也易凿入碎岩坑穴中。造成回转困难和钻头的损坏;转速过高,则会使冲击碎岩转化为切削碎岩,造成效率低,钻头磨损严重。实践证明,一般的潜孔锤钻进时,转速在15-30r/min范围内较为合适。

3)根据导向管内径(直径Ф140mm,壁厚5mm)和管棚直径Ф108mm,综合选择115mm钻头[5]

针对跟管不及时的解决办法:

1)管棚施工中每钻完一孔便顶进一根大管棚,下管及时、快速,保证在钻孔稳定时将钢管送至孔底。

2)下孔过程阻力大较难入孔时,借助钻机顶进。

3.2 注浆

3.2.1 注浆工艺

3.2.1.1 注浆施工要求

1管棚管上钻注浆孔,孔径1016mm,孔间距18cm,呈梅花形布置,尾部留不小于100cm的无钻孔止浆段。

2)为提高导管的抗弯能力,可在钢花管内设置钢筋笼,钢筋笼由四根主筋和固定环组成,主筋直径为φ18mm,固定环与主筋焊接,按1.5m间距设置。

3)长管棚注浆采用水泥浆液(W/C=1.0);如果围岩裂隙不发育,整体性较好,可采用水泥砂浆(W/C=0.50.8),注浆压力0.51.0MPa;注浆水泥强度等级为42.5

4)注浆结束标准:注浆压力逐步升高,当达到设计终压并持续注浆10分钟以上,注浆压力无明显下降,或注浆量与设计注浆量大致接近,注浆结束时的进浆量一般在每分钟2030L以下。

5)注浆过程中若出现异常,及时查明原因及明确处理方式后再进行施工[6]

3.2.1.2 注浆

注浆通过现场试验确定注浆参数,并根据实际情况对参数进行调整。

1)注浆的顺序原则上由高向低依次进行,采用隔孔注浆。

2)注浆压力根据岩层性质、地下水情况和注浆材料的不同而定,一般情况下注浆初始压力取0.5MPa,注浆终压取1.0MPa

3)注浆方式:在管棚口直接注浆。

4)浆液采用注浆机灌注。管棚封堵塞设有进浆孔和排气孔,当排气孔流出浆液后,关闭排气孔,续灌浆液,注浆压力应逐步升高,当达到设计终压后继续注浆10min以上,注浆压力无明细下降;或注浆量与设计最小注浆量(174L)接近,注浆结束时的进浆量一般在每分钟2030L以下,达到注浆结束标准。记录好每孔进浆量、注浆持续时间等数据。

①当采用水泥浆液(W/C=1:1注浆量达到200L以上,而注浆压力和注入率均无改变或改变不明显时改为水灰比为W/C=0.8水泥浆液注浆,达到结束标准后,需用改变水泥浆液水灰比为W/C=0.5孔内浆液进行置换,保证水泥浆液(W/C=0.5)充满注浆孔

当采用水泥浆液(W/C=1:1)达到结束标准后,需用改变水泥浆液水灰比为W/C=0.5孔内浆液进行置换,保证水泥浆液(W/C=0.5)充满注浆孔[7]

5)注浆时,应对注浆管进行编号(注浆编号应和埋设导向管的编号一致),每个注浆孔的注浆量、注浆时间、注浆压力作出记录,以保证注浆量、注浆记录包括:注浆孔号、注浆机型号、注浆日期、注浆起止时间、压力、水泥品种和标号、浆液容量和注浆量。

6)灌浆的质量直接影响管棚的支护刚度,因此必须设法保证、检验灌浆的饱满、密实。

3.2.2 注浆存在问题分析

注浆过程及注浆完成后通常会遇到隔孔窜浆、注浆不饱满等问题,对相应的问题原因进行分析,并采取措施加以解决。

隔孔窜浆成因分析:

1)管棚管施工偏差使管末端相近;

2)注浆压力过大;

3)地质条件差,节理裂隙发育;

注浆不饱满成因分析:

1)注浆时,管棚管内空气堵塞;

2)浆液凝固收缩。

3.2.3 解决措施

1)严格控制钻孔角度,钻孔精准定位。

2)控制注浆压力,初始压力取0.5MPa,注浆终压取1.0MPa,按要求灌注。

3)采取隔孔注浆方式注浆。

4)对孔口钢管堵头进行优化,增加排气管。

5)对注浆不饱孔进行二次注浆。


4章  工程应用及效果

4.1 工程应用

黄藏寺水利枢纽对外道路1号、2号隧道工程项目对外道路2号隧道出口K11+968K11+988段为坡积碎石土及强风化岩体,埋深 8.9~32m,隧道轴线走向356°。该段上覆的第四系全新统坡积(Q4dl)碎石土,层厚一般10~20m;碎石含量约占 30%~ 40%,粒径一般 2~5cm,最大 15cm,棱角状,成分为紫红色砂岩。下部基岩岩性为白垩系下统(K1)含砾砂岩,紫红色;强风化层为碎块状结构,层厚一般 5.0~7.5m;弱风化层,中厚层结构,局部碎块状,泥质胶结。岩层产状90°~120°∠25°~35°,与洞轴线夹角4°~34°,洞轴线切面岩层视倾角10°~15°。隧道开挖地层主要为基岩弱风化层,仅出口数米段为坡积碎石土及强风化岩体。隧道围岩为较软岩,强风化~弱风化,岩体较破碎。围岩级别为Ⅴ级。围岩不稳定,成洞条件差,按设计要求进行了超前长管棚进行支护。施工管理采用两班制,实际完成情况如下表。

4.1  管棚施工计划及施工完成情况表

序号

工作内容

计划工期

实际工期

备注

起始日期

工期

起始日期

工期

1

导向墙施工(含模板及浇筑)

5月21日-6月20日

31天

6月1日-6月30日

30天

2

管棚管施工(钻孔及送管)

6月21日-6月26日

6天

7月1日-7月4日

3.5天

3

注浆施工

6月27日-6月30日

4天

7月4日-7月7日

3.5天

4

小计

41天

小计

37天

4.2 管棚成孔及跟管应用效果分析

管棚成孔及跟管管棚安装的施工效率对管棚施工工期产生直接影响。

管棚孔按照设计施工,完成主要工程量见下表:

4.2  管棚钻孔成果表

序号

孔号

孔深(m)

偏差(m)

实测斜插角

角度偏差(

备  注

1

GP1

20.02

0.02

1.86

-0.13

2

GP2

20.03

0.03

1.50

-0.49

3

GP3

19.99

-0.01

1.56

-0.43

4

GP4

19.98

-0.02

1.69

-0.30

5

GP5

19.99

-0.01

1.87

-0.12

6

GP6

20.01

0.01

1.48

-0.51

7

GP7

20.03

0.03

2.06

0.06

8

GP8

20.01

0.01

2.33

0.33

9

GP9

20.02

0.02

1.61

-0.38

10

GP10

20.02

0.02

1.27

-0.72

11

GP11

20.01

0.01

1.57

-0.42

12

GP12

19.98

-0.02

1.89

-0.10

13

GP13

19.99

-0.01

1.87

-0.12

14

GP14

20.01

0.01

1.58

-0.41

15

GP15

19.99

-0.01

1.49

-0.50

16

GP16

20.01

0.01

1.75

-0.24

17

GP17

20.03

0.03

1.26

-0.73

18

GP18

20.01

0.01

1.67

-0.32

19

GP19

20.02

0.02

1.53

-0.46

20

GP20

19.99

-0.01

1.11

-0.88

21

GP21

20.02

0.02

1.27

-0.72

22

GP22

20.01

0.01

1.33

-0.66

23

GP23

20.03

0.03

1.42

-0.57

24

GP24

20.01

0.01

1.58

-0.41

25

GP25

19.99

-0.01

1.52

-0.47

26

GP26

20.01

0.01

1.61

-0.39

27

GP27

20.02

0.02

1.59

-0.40

28

GP28

20.01

0.01

1.90

-0.09

29

GP29

19.99

-0.01

1.89

-0.10

30

GP30

19.98

-0.02

1.52

-0.47

累计进尺

600.21m

平均孔深

20.01m

本项目累计完成钻孔30个,累计600.21m,平均日进尺171.49m,当前类似地层管棚施工成孔日进尺100米,本项目管棚钻进成孔效率提升71.49%。

4.2-1  钻孔孔深偏差示意图

4.2-2  钻孔角度偏差示意图

经实测:本次施工钻孔孔深范围在19.97m-20.03m,平均20.01m,孔深误差控制在±30mm内;本次施工钻孔实测范围在1.11°-2.33°,实测最大钻孔角度偏差为0.88°,达到预期钻孔精度。

4.3 管棚安装及注浆稳定效果分析

黄藏寺水利枢纽对外道路2号隧道出口在洞脸开挖后,在出口洞脸不同位置设置了8个变形观测点,定期观测,观测成果见下表:

4.3  2号隧道出口变形观测记录

测点

编号

初次测量时间

初次高程(mm

末次测量时间

末次高程(mm

累计沉降值(mm

备注

1

2017.5.16

2657.682

2017.8.16

2657.677

5

2

2017.5.16

2657.734

2017.8.16

2657.728

6

3

2017.5.16

2657.799

2017.8.16

2657.794

5

4

2017.5.16

2654.573

2017.8.16

2654.568

5

5

2017.5.16

2654.326

2017.8.16

2654.322

4

6

2017.5.16

2654.438

2017.8.16

2654.433

5

7

2017.5.16

2654.667

2017.8.16

2654.662

5

8

2017.5.16

2654.592

2017.8.16

2654.588

4

4.3  观测点沉降变形趋势图

变形观测点按要求观测至基本不发生变化为止,最终稳定数据见上表,沉降量最大为6mm,满足指标要求。

隧道开挖后,通过钻孔对管棚注浆质量进行了检查,显示坡积物间隙由浆液填充,且浆液将松散结构连接成整体,形成共同受力结构,有效控制了地层变形。


5章  结论

黄藏寺水利枢纽对外道路2号隧道工程项目出口K11+968K11+988段管棚施工技术研究应用,在项目上进行了实施,针对坡积物地层超前长管棚成孔精度和管棚安装问题、管棚施工效率等问题,通过控制导向墙施工精度、钻机合理选型、控制钻机钻进参数、解决注浆过程问题等,控制本项目钻孔精度小于1°,孔深偏差小于30mm,施工完成后整体沉降量为6mm,达到研究目标。

通过坡积物地层超前长管棚技术研究项目的实施,取得了显著的社会和经济效益,主要为以下几个方面:

1)在坡积物地层中施做管棚成孔和送管的效率有了显著的提升,管棚安装效率较类似项目提升71.49%,在降低时间成本方面提效明显。

2)有效降低了工程的施工成本

3)管棚钻孔和注浆形成的管棚系统提高了隧道整体稳定性,沉降小于设计及预期值,为整个项目洞挖施工奠定了技术基础。

该科研项目的成果,为今后的类似地层超前管棚施工提供了合适的钻孔、管棚安装、注浆等施工工艺。相信随着该研究成果在黄藏寺水利枢纽对外道路2号隧道工程中的成功应用,并经过类似工程的推广应用,该成果可在破碎地层管棚施工方面发挥更大的作用。


参考文献

[1]  章立锋.管棚法通过软弱地层的棚架效应[D].上海:同济大学,2005.

[2]  周顺华,董新平.管棚工法的计算原理及其应用[M].上海:同济大学出版社,2007(11):32-33.

[3]  蒋秋戈.国内外管棚钻机发展现状[J].基础与非开.挖施工,1998(4):1-8.

[4]  石永泉.夯管法理论问题的探讨[J].探矿工程,2000(1):57-59.

[5]  赵运兴.钻探技术[M].北京:煤炭工业出版社,1990:55-56.

[6]  常艄东.大管棚预支护基理研究[D].成都:西南交通大学,1999.

[7]  刘德志.大管棚预注浆超前支护技术在市区浅埋大跨度隧道施工中的应用[J].铁道建筑,2002(1):15-16.

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