双线铁路黄土隧道洞口浅埋偏压段长大管棚施工技术研究

双线铁路黄土隧道洞口浅埋偏压段长大管棚施工技术研究

摘要：在黄土隧道工程施工中，洞口浅埋偏压段防止发生塌方、控制地表沉降等是施工中的重点和难点。而超前管棚施工是预防塌方和控制地表沉降最有效的措施，本文结合本隧道所采用的60m长大管棚的工程实例，对管棚的施工中的参数确定、工法选择、精度控制、双液浆注浆工法等方面作了具体阐述。

关键词：隧道工程，管棚施工，水泥—水玻璃双液注浆 一、隧道工程基本概况

本隧道位于低丘陵区，地形起伏不大，冲沟较发育，进、出口端坡度较缓，隧道穿越地层为砂质黄土，砂质黄土覆盖较厚。 隧道起讫里程dk117+435～dk117+980，全长545m，隧道最大埋深约为26.46m,本隧道施工采用出口端单向掘进，工程按设计图纸施工要求对dk117+960～dk117+980处进行了20m管棚施工，环向间距40cm。施工至dk117+970处开始，每循环开挖后均发生拱顶（拱腰至拱顶范围内）坍塌情况，继续施工dk117+962处，在未进行任何施工的情况下，掌子面前方（拱腰以上部分）发生冒顶情况。 基于以上施工情况分析，决定采用以下超前支护措施： 对冒顶处土体进行地表开挖并实施边仰坡喷锚支护后，在dk117+957.5～dk117+962段施作护拱（其中dk117+957.5～dk117+959段作为大管棚导向墙），dk117+934～dk117+959段洞内施作φ108超前大管棚，并采用双液注浆加固后暗挖通过。 二、管棚参数

(1)钢管布设在圆心角为150°的隧道拱部； (2)钢管环向间距为50cm；

(3)管心与衬砌计划外廓线间距为40cm； (4)倾角：1°～３°(不包括线路纵坡)； (5)钢管施工偏差：径向不大于20cm；

(6)管棚长度为６０m，热轧无缝钢管φ108mm，壁厚6mm，节长3m、6m；(7)孔口管为无缝钢管φ127mm，壁厚6mm，节长2m。 三、工法选择

大管棚施工工工法有以下几种： 1、一次性跟管钻进法

适用管棚长度为50-80m，这种工法施工速度快，精度较高。 每进尺到一定长度时，进行一次测斜，需要管棚钻进的上下左右偏差。这种工法施工精度一般可控制在200-300mm以内。 2、导向仪监控的”一次性跟管钻进”法

管棚较长，管棚埋深不大或者地层变化频繁时，可以使用本工法。

使用导向仪监控监控到钻头位置与设计轨迹产生偏差时，可随时根据钻头面向角与角度进行调整，使钻头按设计轨迹钻进。精度可控制在200-300mm以内。

3、非开挖拖管的工艺铺设管棚4、泥水平衡顶管工艺施工大口径管棚

根据本工程的工程地质、施工环境等具体情况，选择一次性水

平导向跟管钻进法，主要程序如下： 1、施作套拱

(1)在明洞外廓线以外施作混凝土套拱作为长管棚的导向墙； (2)用全站仪在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。 2、搭钻孔平台布置钻机

(1)钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设，支撑要牢固、稳固。 (2)钻机定位：用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合，重复调解，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线切合合。 3、钻孔

(1)钻头直径采用φ115mm。

(2)钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并凭据钻机钻进的征象实时检定成孔质量。

(3)认真作好钻进历程的原始纪录，实时对孔口岩屑举行地质鉴定。作为开挖洞身的地质预探预报。 4、清孔验孔

要来回扫孔，确保孔径、孔深符合要求。 5、布置管棚钢管

(1)棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，然后可用卷扬机配合滑轮组反压顶进。

(3)接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。统一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。

6、注浆

(1)布置好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆后再施工无孔钢管，无孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。

(2)采用kby50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0.5mpa～1.0mpa，终压4.5mpa，持压15min后停止注浆。注浆量一样平常为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未到达压力要求，应调解浆液浓度继续注浆，直至切合注浆质量尺度，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可停止注浆。

(3)注浆完成后实时扫除管内浆液，并用20号水泥砂浆封管，增强管棚的刚度和强度。

四、保证长管棚的施工精度及双液浆注射质量为此管棚施工的重点和难点。

（一）、精度保证：。 1、 调试钻机的方位和倾角

（１）钻机入孔方位角、倾角必须在可靠的测量数据上进行。水平钻进钻具前部会产生下垂现象；钻具旋力会造成钻孔偏斜。因此，应根据以往施工经验和现场试验孔成果，确定合理的开孔方位角与垂直角纠偏值，并根据已成孔测斜结果随时予以调整纠偏角度。

（２）孔位确需移动时，须计算回归角度。

（３）根据试验检验导向钻头的纠偏能力，在施工经验积累的基础上，确定开孔方位和倾角是否增加纠偏角。

（４）计算倾角时应将隧道坡度考虑在内，支护管不允许向内偏斜。

（５）角度的计算：开孔方位＝风道走向＋钻孔放射角水平分量＋水平纠偏角，开孔仰角＝钻孔放射角垂直分量＋钻进纠偏垂直角。

2、导向钻进

（1）导向钻进前应对钻机定位情况，方位、倾角情况，孔口管对中情况，导向仪显示情况进行全面复检，确认正常后进行试钻。 （2）随着不断钻进，技术人员必须时刻观察探头角度变化情况，角度偏差大于0.3％时，应及时纠偏。当纠偏无效、偏差大于0.6％时，应停止钻进，研究对策后再施工。现场须及时进行导向数据记录和钻具前端长度及每次加管长度的详细记录。

（3）导向钻进至２０ｍ～２５ｍ时，应进行一次灯光测斜，发现超限，及时补救。

（二）双液浆原理初探及注浆参数确定 1、水泥—水玻璃浆液性能 1）、水泥—水玻璃浆液固化机理

当这种液体压入黄土中，水玻璃便与黄土中的碱土金属发生作用，生成二氧化硅凝胶，从而增加了粒间的胶结力，使土体硬化，强度增加。

水玻璃同时与水泥浆中的氢氧化钙反应，生成具有一定强度的水化硅酸钙，使水泥浆液初凝时间加快，结石体早期强度增长。

2、浆液扩散半径

所谓浆液扩散半径是能符合工程要求的扩散距离。因此，在设计确定扩散半径时，要选取多数条件下可以达到的数值，并根据现场试验确定。 3、注浆参数选定

基于以上理论及工程试验数据，浆液扩散半径0. 80 m；注浆正常压强0. 8—4.5 mpa（内蒙地区），最大终压4.5 mpa：水泥浆的水灰比0. 75：1～1：1（重量比），水泥浆与水玻璃溶液体积比1:1.0。 4、注浆工艺及控制

五、管棚措施评价：

1、提前发挥了超前支护作用，增长了隧道的恒久稳固性，具有显着的经济效益和社会效益。

2、在管棚支护下开挖，基本未发生地表下沉和围岩坍塌现象。 3、管棚钻孔可作为地质预报，地质资料可引导洞身开挖提供依据。

4、此管棚施工工艺，为内蒙地区黄土隧道超前支护的施工技术提供了初步探索及研究的依据。 参考文献：

[1 ]王星华 .粘土固化浆液在地下工程中的应用 [ m ] .北京 :中国铁道出版社 ,1998. 80—82.

[2 ]龚晓南 .地基处理手册 (第二版) [ m ] .北京 :中国建筑

工业出版社 ,2000. 307—316.

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