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管棚管施工过程的步骤

文章作者:小编 发表时间:2021-12-25 10:16:36 阅读量:527

  管棚是利用导向架,沿着开挖外轮廓线,以较小的外插角,向开挖前方打入钢管,形成对开挖前方围岩的预支护。大管棚中各钢管与强有力的型钢钢架以及断面形成了一个超静力受力系统,其中断面与钢管之间为钢结,钢花管而型钢与钢管之间为铰接形式。根据隧道的开挖方法,注浆管的使用方法断面,地质及埋深等条件,设定作用在一根钢管上的荷载,以支撑和前方围岩为支点按梁模式计算断面力决定断面所需的断面性能,选择钢断面。下面我们以图解的方式来了解一下管棚施工工艺流程:一,管棚施工方法

  

  架立受力钢花拱后,按设计孔位用管棚钻机钻孔,之后用钻机将管棚钢管顶入。钢管注浆,采用牛角泵压注(水泥砂浆)。其具体方法为:

  

  (1)钢管加工。按设计要求打好钢管上的压浆眼孔,钢花管钢管的管尾车丝,以与压浆管连接;

  

  (2)根据设计要求选定合理的钻机,注浆泵,孔眼倾斜度测量仪;

  

  (3)搭设管棚机械操作平台,长度不宜小于单节钢管长度,以便有足够的操作空间;

  

  (4)在工作面处安设受力钢架,并在其上正确标明管棚位置。

  

  (5)架立钻机,并精确核定孔位。为控制管棚的方向,管棚机应用测量仪器来定位。此外,须保证钻机在钻进时不产生偏移和倾斜。

  

  (6)钻孔:钻孔顺序一般由高孔位向低孔位进行。钻孔时应通高压水,钢花管以便把孔内的土及碎碴冲出;

  

  (7)检查钻孔的倾斜度和方向。

  

  (8)顶入钢管:利用钻机将钢管逐节顶入孔内;如遇故障,需清孔,注浆管的使用方法然后再将管插入;

  

  (9)注浆:将压浆管插入钢管内,利用法兰盘牢固连接压浆头,防止压浆管退出伤人。使用牛角泵压注水泥砂浆。如下图所示:二,管棚施工工艺流程

  

  三,管棚施工工艺要求,标准

  

  (1)钻孔孔位误差≤15cm,角度误差≤0.5°。钻孔仰角视孔深而定,一般控制在1°~2°。

  

  (2)钻孔直径比设计直径大20~30mm。成孔要孔壁圆\孔身直,隧道注浆管-管棚注浆管-超前小导管-钢花注浆管-注浆管生产厂家-山东鸿源祥金属材料有限公司深度够。

  

  (3)管棚钢管材质,直径,壁厚及其注浆孔眼加工等符合设计要求。

  

  (4)管棚的钢管接头要错开,以利整体受力。

  

  (5)管棚长度达到设计值,纵向两组管棚的搭接长度符合规定。

  

  (6)管棚不得侵入隧道开挖界内,相邻的钢管不得相撞或立交。

  

  (7)管棚注浆时,注浆压力达到设计值,并稳压15min。

  

  四,管棚施工技术措施

  

  (1)管棚钢管加工成每节长3.5m。

  

  (2)接头处的丝扣用管螺纹车床精确加工,以保证连接长度及其牢固性。

  

  (3)准确测定孔位,并对管棚机用测量仪器定位。管棚钻机定位后,须支撑稳固,避免偏移和倾斜。

  

  (4)合理选择钻机及钻头,钻杆,保证钻孔孔径和成孔质量。

  

  (5)钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。

  

  (6)管棚在顶进过程中,用测斜仪严格控制上仰角度。

  

  (7)在钻进时,若出现卡钻,坍孔时,应注浆后再钻,也可直接将管棚钢管钻入,开孔时低速低压,待成孔后加压到1.0~1.5MPa。

  

  (8)管棚压浆用牛角泵灌注,封堵塞设进料孔和出气孔。现在珠三角城市都在实行地铁连接通行的工程。我们知道在修建地铁的过程中,有极大部分都需要修建隧道才能通行。由此隧道管棚管道等的施工就非常严格,那么隧道管棚施工过程有哪些呢?管棚常规施工的过程可以分为以下几个步骤:

  

  1.导向架(套拱)

  

  导向架的作用是保证钻孔方向的正确,使其孔向不发生偏斜,要求自身要有足够的强度和刚度,可用型钢或混凝土制作而成。五尖大山隧道设计采用钢筋混凝土套拱作为导向架,纵向长度1.5m,套拱置于明洞之上。

  

  施工时首先在洞外明暗洞的交界处架立两榀20b工字钢,间距60cm,用钢筋焊接成一个整体。在钢支撑上安装Φ150mm,长2~3m的导向管棚管,与管棚位置方向一致,然后浇注150cm厚的C30钢筋混凝土包裹钢支撑和导向管。套拱完成后,喷射C25砼15cm厚封闭周围仰坡面,作为注浆时的止浆墙。

  

  2.钻孔

  

  钻孔时间应在套拱混凝土强度达到75%之后,方可进行。钻孔型号根据钻孔深度来选择。因钻孔深度为20m,一般钻机很难达到,宜采用超前水平地质钻机。钻机就位时,搭设平台所用的各种杆件应连接牢固,保证钻机稳定。钻机顺序由高孔位向低孔位进行,并间隔错开。若由高到低连续钻孔,则因孔距过小,会造成前一个成型孔在未顶管时已出现塌孔现象。在钻到一定深度时,要用测斜仪检查孔的倾角是否正确,以便及时进行纠正,深度达到要求后,应边退钻边清孔。

  

  在钻孔过程中,如果出现卡钻,塌孔现象,可能是隧道地质发生了变化,此时应及时退钻,然后采用往孔内压注浆液的方法,待浆液凝固后,再行开钻;如果出现掉钻头,钻杆断裂的现象,可用打捞器取出。

  

  钻孔也可为超前地质预报提供一定的依据,因此每一个孔在开钻时,都必须有详细记录,包括开钻时间,结束时间及遇到的问题等。

  

  3.顶管

  

  管棚管棚管一般采用的是无缝管棚管,每一节管棚管应做成尖锥状,起导向和减小摩擦阻力的作用。在钻孔成型后,顶管工作进行得越早越好,否则因拖延时间太长,则导致孔壁变形或孔内塌方,给顶管造成困难。顶管由钻机顶进,管棚管节段间用丝扣连接,顶进时,节长3m和5m管节交替使用以错开接头位置,这样可以保证后期开挖时管棚有足够整体强度。管棚顶到位后,管棚管与导向管间隙用速凝水泥或其它堵塞严密,以防注浆冒出。

  

  4.注浆及封口

  

  注浆前应进行现场注浆试验,根据实际情况调整注浆参数,取得管棚最佳注浆参数。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,续灌注浆,达到设计注浆量或注浆压力时,方可停止注浆。施工过程中,为了防止注浆过程中发生串浆,每钻完一个孔,随即就安设该孔的管棚管并注浆,然后再进行下一孔的施工。注浆结束后用C30水泥砂浆充实无缝管棚管,以增强管棚强度。注浆结束标准:注浆压力逐步升高,达到设计终压(0.8Mpa)并继续注浆10min以上;进浆量,一般为20~30L/min。管棚超前支护是为了在特殊条件下安全施工,预先提供增强地层承载力的临时支护方法。隧道超前管棚是为了保证工程开挖工作面稳定而采取的超前于掌子面开挖的辅助措施的一种,主要用于软弱,沙砾地层和软岩,岩堆,破碎带地段,可有效抑制围岩松动,垮塌和加固管棚周边围岩的目的。由于管棚支护刚度较大,施工时如有塌方,管棚起到缓冲作用,保证施工安全。本文根据施工经验,浅显谈论超前管棚施工工艺。

  

  对隧道来说,洞口开挖经常遇到破碎带地段或软弱围岩。由于围岩自稳能力差,加之施工对围岩的破坏扰动,极易造成塌方事故,加大了施工难度。因此能否确保安全,可靠,顺利,及时地进出洞施工,是隧道施工的关键所在。为保证隧道开挖工作面稳定,通常采用的开挖辅助支护措施是管棚超前支护。管棚超前支护能有效地加固围岩,起到良好的支护效果。管棚施工时一次性由洞外施工即通过软弱围岩达到稳定岩层,提高了隧道施工安全度;管棚外插角很小,能够有效的控制开挖超欠挖,从而降低施工成本。

  

  1  工程概述

  

  路线所在区域主要穿越山麓,地表大部分为第四系崩,坡积块石土,碎石土,基岩主要出露于路线两侧山坡及山顶,分布的地层主要为志留系,泥盆系,石炭系,二迭系,三迭系,侏罗系,第三系和第四系。路线所经区域工程地质条件较差,不良地质发育,未见特殊性岩土,主要不良地质现象有岩溶,危岩。

  

  本合同段内所经区域工程地质条件较差,不良地质发育,其中上高桥隧道穿越公路。为保证隧道进洞顺利,经勘察设计,对隧道进口端洞口实行34m超前大管棚支护,以提高围岩整体性,增加围岩稳定性。

  

  2  技术要求

  

  本线在隧道明暗交界处设计超前大管棚。

  

  2.1 设计参数

  

  (1)管棚管规格:采用Φ108×6mm的热轧无缝管棚管以丝扣连接而成,同一断面内接头数量不得超过总管棚管接头数量的50%;

  

  (2)管距:环向间距中至中1000px;

  

  (3)倾角:外插角1~3°;

  

  (4)注浆材料:水泥浆浆液水灰比1:1(重量比);

  

  (5)钢花管上钻注浆孔,孔径15mm,孔间距375px×375px,呈梅花型布置,尾部留不钻孔的止浆段21250px;

  

  (6)管棚管施工误差:径向不大于500px,相邻管棚管之间环向不大于125px。

  

  3  施工工艺:

  

  3.1 施工顺序

  

  管棚加工→套拱施工→钻机就位→钻孔→清孔验孔→下管→注浆→封孔

  

  3.2 管棚加工

  

  管棚采用Φ108mm×6mm的热轧无缝管棚管,···隧道进口端Ф108超前大管棚长度34m(含搭接长度及套拱长度各2m,有效长度30m)。用每节长4m~6m的Φ108mm×6mm热轧无缝管棚管以丝扣连接而成。管棚管接头错开,确保同一横断面的接头数不大于50%,相临管棚管的接头错开不小于1m的要求。

  

  钢花管上钻有12mm的注浆孔,孔间距为375px,按梅花形布置,尾部留有6250px的不钻孔止浆段。

  

  3.3 套拱施工

  

  套拱在明洞衬砌外轮廓线以外,紧贴掌子面施做。套拱采用C20砼,其截面厚1500px,纵长5000px,内设4榀I18工字钢,钢架外缘设Φ140×8mm导向管棚管,管棚管与钢架焊接,钢架每个单元有连接钢板焊接牢固。

  

  (1)套拱混凝土施工采用I18工字钢作为混凝土浇筑时的支撑,共加工4榀拱架,拱架加工好后先进行试拼,几何尺寸满足净空要求方可使用。

  

  (2)套拱立模:由测量人员对拱架的平面位置和高程进行精确放样,钢架纵向间距1250px。定位好后进行必要的加固处理。内模采用木模,模板厚度125px。模板嵌堵紧密,确保不漏浆。

  

  (3)导向管棚管安设:拱架立好后对导向管进行测量定位。导向管棚管采用Φ140×8mm的管棚管,导向管棚管作为管棚施工的定位管,对其方向和坡度必须进行严格控制。导向管棚管定位好以后将其焊接在拱架上,以确保导向管棚管在浇筑混凝土时不发生移动。

  

  (4)套拱模板安设:外模,端模均采用木模,模板厚度为125px,外模的加固采用Φ22的螺纹钢进行背板焊接加固,确保端模的安装在同一条线方向。且连接牢固,严防走动,模板接头要整齐平顺,并嵌堵紧密,不漏浆。

  

  (5)砼浇筑:砼机械拌制,严格按试验室提供的配合比拌制砼。浇筑时两侧对称分层进行,防止偏压使拱架产生偏移。砼在振捣时要求振捣棒垂直插入,并且插入前一层混凝土内5~250px,确保两层砼的紧密结合。捣固棒距模板距离不小于250px,避免与钢筋,预埋件等接触。振捣时砼停止沉落,不冒气泡,泛浆且表面平坦时停止捣固。

  

  (6)砼强度达到设计强度75%后进行拆模,养护。

  

  3.4 钻机就位

  

  钻机平台采用Φ42管棚管利用预留核心土由下向上,由两边至中间依孔位搭建,管棚管之间采用扣件连接,上铺不小于125px厚木板,钻机平台必须搭建牢固,以利于安装,固定钻机,防止施钻时因钻机的不均匀下沉,摆动,位移,倾斜而影响钻孔质量。

  

  钻机要求与已设定好的孔口管方向平行,必须精确核定钻机位置。用挂线,经纬仪反复调整,确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

  

  3.5 钻孔

  

  (1)钻孔由高孔位向低孔位进行,为了能顺利安装管棚管棚管,宜选用直径大于管棚管棚管直径20~30mm左右的钻头。

  

  (2)在钻机开钻时,低速低压,待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。

  

  (3)钻孔过程始终注意钻杆角度变化,保证钻机不移位,每钻进5m用仪器复核钻孔角度,以确保钻孔方向,并根据钻机钻进的状态判断成孔质量,及时处理钻进过程中出现的事故。

  

  (4)岩质较好的可以一次成孔。钻进时产生坍孔,卡钻时,需补注浆后再钻进。

  

  (5)认真作好钻进过程的原始记录,并对孔口岩屑进行地质判断,描述,作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料,从而指导洞身开挖施工。

  

  3.6 清孔验孔

  

  钻孔完毕后先用钻杆配合钻头进行来回扫孔,清除孔内浮渣直至孔底,确保孔径,孔深符合设计要求,防止堵孔,管棚管安装不到位等情况;再用高压风从孔底向孔口清理钻渣;最后采用仪器检测验收孔深,孔倾角,外插角。

  

  3.7 下管

  

  钢花管采用机械配合人工送管(打入第一节外露750px,用丝扣连接后再继续顶进,依次类推直到安装到设计长度)。顶进中始终保证方向与孔轴线一致。为保证注浆质量,在钢花管安装后,管口用麻丝和锚固剂封堵管棚管与孔壁间空隙,管棚管自身利用孔口安装的封头将密封圈压紧,压浆管口上安装三通接头。

  

  3.8 注浆

  

  (1)管棚按设计位置进行施工,先打有孔管棚管,注浆后再打无孔管棚管,用无孔管棚管检查注浆质量。

  

  (2)注浆前将13mm塑料管沿管棚管内壁穿至孔底,外端与堵浆塞排气孔相连,作为排气通道。注浆管与堵浆塞进浆孔相连,待排气管有浆液溢出关闭其阀门,达到注浆要求后停止注浆。

  

  (3)注浆前先对连接好管路的注浆机进行试运行,以保证机械正常用。浆液严格按设计要求的配合比配制。

  

  (4)注浆参数:

  

  ①泥浆液水灰比1:1(重量比)。

  

  ②注浆压力:初压0.5~1.0Mpa,终压2.0MPa。

  

  (5)注浆前应进行现场注浆试验,根据实际情况调整注浆参数,取得管棚注浆施工方案。注浆结束后及时扫排管内胶凝浆液,用M20水泥砂浆填充管棚管,以增强管棚强度。

  

  4  注意事项:

  

  4.1 管棚为超前预支护,应在分离式隧道暗洞开挖之前完成。

  

  4.2 管棚管棚按设计位置施工,严格控制管棚打设方向,并做好每个钻孔地质记录。

  

  4.3 管棚施工时,应对管棚管主要材质进行质检。

  

  4.4 管棚安装时一定要注意相邻管棚管的接头不能在同一断面上。

  

  4.5 必须保证钻机平台支撑要着实地,连接要牢固,稳定。

  

  4.6 必须完成导向套拱施工后,方可开始管棚施工。

  

  4.7 管棚施工地段,应加强对洞口坡面的监测,以确保施工安全。

  

  4.8 施工中,注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时,可结束注浆。施工中应做好每根管棚的注浆记录,为注浆参数的调整提供科学依据。

  

  5  结语

  

  超前管棚的施工,对于隧道进洞围岩整体性加固,起到重要作用。但是在施工过程中,对钻孔的精确定位,钻孔角度的控制,钻机下沉量及左右偏移量,钻孔深度等控制往往不足,造成隧道进洞时发现管棚侵入开挖轮廓线内,相邻管棚管相撞及相交,管棚注浆不饱满时有发生。本文根据现场施工,对隧道超前管棚施工有了新的认识。我相信,通过道路建设者的不断探索,隧道超前管棚施工中的问题定会得到更好的解决。


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