大管棚工程施工作业指导书.docx
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大管棚工程施工作业指导书
大管棚工程施工作业指导书
1.适用范围
适用于新建铁路瑞昌至九江XX标段隧道大管棚施工作业。
2.设计概况及编制依据
2.1设计概况
新建瑞昌至九江铁路XX标，沿线所涉及的隧道工程主要为桂家凹隧道、东篱隧道，隧道工程详见表2-1。
隧道工点表表2-1
序号
隧道名称
隧道长度（m）
备注
1
东篱隧道
292
岩质隧道
2
桂家凹隧道左线
442
岩质隧道
3
桂家凹隧道右线
452
岩质隧道
合计（km）
1186
岩质隧道
2.1.2工程地质
（1）东篱隧道
丘陵隧道，坡体浑圆，多呈孤立状，自然坡度10~30度，自然高程50~100m。
最大埋深26m，为浅埋隧道。
线路右侧毗邻既有武九铁路下行线。
隧道整体处于倒转向斜的南东翼，地层岩性为：
表层为第四系全新统坡残积层（+Q4dlel）粉质粘土夹角砾，棕红色，硬塑，厚0~2m，下伏基岩，隧道进口DK201+908为C2c弱风化灰岩，隐晶质结构，层状构造，溶蚀较发育，DK201+908~936为D3w石质砂岩，强风化~弱风化，浅紫红，青灰色，粉砂质结构，中层状构造，DK201+936~隧道出口为S3xk粉砂岩夹薄层粉砂质泥岩，强风化~弱风化，浅紫红，粉砂质结构，薄层~中层状结构，节理裂隙发育。
岩层产状为115°∠73°地下水主要为基岩裂隙水。
全段隧道为浅埋，加之节理裂隙发育，围岩质量差，施工中应加强围岩支护。
隧道进口因离既有线较近，施工时应注意加强对既有线边坡防护，避免既有线行车产生干扰。
地质条件差，全线均为V级围岩，施工时要注意安全。
（2）桂家凹左线隧道
丘陵隧道，坡体浑圆，多呈孤立状，自然坡度10~30度，相对高差70m。
最大埋深55m，全线隧道为IV~V级围岩。
线路右侧毗邻既有武九铁路下行线。
隧道整体处于倒转向斜的南东翼，地层岩性为：
表层为第四系全新统坡残积层（Q4dlel）粉质粘土夹角砾，棕红色，硬塑，厚1~13m，下伏基岩，隧道进口LDK1+858,C2c弱风化灰岩，隐晶质结构，层状构造，溶蚀较发育，LDK1+858~957为D3w石英砂岩，白色偶夹黑色，强风化~弱风化，中层状构造，LDK1+957~隧道出口为S3xk粉砂岩夹薄层粉砂质泥岩，强风化~弱风化，浅紫红，粉砂质结构，薄层~中层状结构，节理裂隙发育。
岩层产状为115°∠73°地下水主要为基岩裂隙水。
全段隧道为浅埋，施工中应加强围岩支护，防止掉块、坍塌事故发生。
（3）桂家凹右线隧道
丘陵隧道，坡体浑圆，多呈孤立状，自然坡度10~30度，相对高差70m。
最大埋深55m，全线隧道为IV~V级围岩。
线路右侧毗邻既有武九铁路下行线。
隧道整体处于倒转向斜的南东翼，地层岩性为：
表层为第四系全新统坡残积层（Q4dlel）粉质粘土夹角砾，棕红色，硬塑，厚1~13m，下伏基岩，隧道进口LYDK1+890,C2c弱风化灰岩，隐晶质结构，层状构造，溶蚀较发育，LYDK1+890~972为D3w石英砂岩，白色偶夹黑色，强风化~弱风化，中层状构造，LYDK1+972~隧道出口为S3xk粉砂岩夹薄层粉砂质泥岩，强风化~弱风化，浅紫红，粉砂质结构，薄层~中层状结构，节理裂隙发育。
岩层产状为115°∠73°地下水主要为基岩裂隙水。
全段隧道为浅埋，施工中应加强围岩支护，防止掉块、坍塌事故发生。
2.1.3水文地质
（1）东篱隧道
地下水主要为基岩裂隙水，地表水、地下水均有化学侵蚀性，化学环境作用等级为H1、碳化环境为T2。
（2）桂家凹左线隧道
地表水不发育，地下水主要为基岩裂隙水及岩溶水，局部发育，区段地下水化学环境作用等级为H1，地表水为H2，碳化环境等级T2。
（3）桂家凹右线隧道
地表水不发育，地下水主要为基岩裂隙水及岩溶水，局部发育，区段地下水化学环境作用等级为H1，地表水为H2，碳化环境等级T2。
2.1.4方案设计
①长管棚在隧道开挖之前完成，洞外管棚设计外径φ108mm，壁厚6mm，环向间距40cm，外插角：
为了防止钻头由于自重产生下垂，导致钢管侵入隧道开挖线内，外插角确定为0~1°,；管棚间内插φ42超前小导管并注浆，L=3.5m环向间距0.4，外插角10~15°，纵向搭接1m，注M10水泥砂浆。
洞身管棚设计外径为φ89mm,壁厚5mm。
环向间距40cm，外插角度0-1°。
②为提高导管的抗弯能力，可在钢管内设置钢筋笼，钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋直径为φ18，固定环采用短管节,节长3～5cm将其与主筋焊接，按1.5m间距设置。
2.2编制依据
《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设[2010]241号
《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）
《东篱隧道设计图》（瑞昌至九江铁路施（隧）13）
《桂家凹隧道设计图》（瑞昌至九江铁路施（隧）14）
《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）
《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设[2010]241号
3.验收标准
3.1管棚所用钢管进场必须按批抽取试件做力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求。
3.2管棚所用钢管的品种和规格必须符合设计要求。
3.3管棚搭接长度必须符合设计要求。
3.4注浆浆液的配合比必须符合设计要求。
3.5注浆压力必须符合设计要求，注浆浆液必须注满钢管及其周围的空隙。
3.6管棚钻孔的允许偏差必须符合规范要求。
4.作业准备
4.1技术准备
4.1.1岗前培训组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。
对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。
对施工及操作人员进行岗前培训。
4.1.2技术交底施工前必须进行技术交底，实行三级交底制度。
4.1.3制定应急预案编制针对突发状况及紧急情况下的应急预案。
4.2施工条件
完成临建场地营区标准化建设，相关技术施工人员进场齐全，相应施工设备符合开工条件，人员，设备，材料，开工报告，试验报表通过审批，具备开工条件。
4.3所有原材料试验检测均满足设计及规范要求。
4.4现场施工机械，人员配置满足施工要求。
5.技术要求
5.1隧道进出口明暗交界处设计超前大管棚。
5.2设计参数：
5.2.1导管规格：
外径φ108mm，壁厚6mm。
外径φ89mm，壁厚5mm。
5.2.2管距：
环向间距40cm。
5.2.3外插角：
为了防止钻头由于自重产生下垂，导致钢管侵入隧道开挖线内，外插角确定为0~1°,；管棚间内插φ42超前小导管并注浆，L=3.5m环向间距0.4，外插角10～15°，纵向搭接1m。
5.2.4注浆材料：
M10水泥砂浆。
5.2.5设置范围：
拱部140°范围。
5.3中线、水平、断面和净空尺寸必须符合设计要求，并不得侵入隧道建筑限界，放样时可将设计的轮廓线放大5cm。
5.4对本隧道大管棚施工宜采用引孔顶入法。
5.5洞口管棚须采用套拱内埋设导向管定位，套拱长为2～3m。
套拱施工时应将导向管牢固、准确固定在拱架上，再浇筑混凝土。
5.6管棚节间用丝扣连接。
5.7管棚安装后，管口应封堵钢管与孔壁间空隙，连接压浆管。
5.8管棚注浆前须将开挖工作面用喷混凝土封闭。
5.9管棚注浆应将钢管及其周围的空隙充填密实。
6.施工程序与工艺流程
6.1大管棚施工施工工艺流程图
6.1.1导向墙
在开挖轮廓线以外拱部140°范围内施作导向墙，断面尺寸为1.0×1.0m，采用C20混凝土。
导向墙设2榀I18工字钢，钢架外缘设φ140mm，壁厚5mm导向钢管。
导向墙施工主要包含导向墙开挖、钢架及导向管安装、模板支撑及模板安装、砼浇筑及养护等工序。
导向墙施工见图6.1.1-1、图6.1.1-2。
（1）在进行导向墙砼施工前，要加工支撑导向墙砼浇筑的拱架和模板。
支撑拱架采用20a工字钢三榀。
测量按照导向墙预留变形量进行测量放线，将导向墙轮廓线和导向管位置放出。
（2）导向墙可采用挖槽法施工。
当洞口段挖方标高降至导向墙顶部时，导向墙作业处预留10m平台暂不往下开挖（其它部位可照常进行土方开挖），由测量人员控制标高，放出导向墙的开挖线，用挖掘机配合人工进行挖槽，开挖完成后，基坑底部及边墙抹砂浆，作为导向墙浇筑的底模和边模。
图6.1.1-1导向墙
图6.1.1-2钻机钻孔
（3）基坑开挖完毕，安放钢拱架。
钢架用冷弯机加工成型，分三节制作，在施工现场进行组装。
钢架连接钢板采用200×240×15mm钢板，钢板预留孔，各节钢架用M20×70螺栓连接。
为保证拱架的稳固，两榀拱架间按2m间距设置Φ22连接筋。
（4）钢架安装完毕，即可安装导向管。
导向管安设的平面位置、外插角的准确度直接影响管棚的质量。
首先在钢架外边缘按40cm的间距标出导向钢管的摆放位置，外插角按4°设置，用水准尺配合坡度板设定导向管的外插角。
导向管牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
在浇筑混凝土前，将管口密封，防止混凝土堵管。
（5）采用Φ42钢管搭设支撑框架（搭设要求：
横向间排距1.0m×1.0m，纵向排距0.5m，共四排）支撑型钢拱架，在拱架上铺设木模板。
底模采用普通木模板（5cm厚，宽度不超过30cm）拼装，在其上铺设2mm宝丽板，以保证混凝土外观质量。
堵头模采用5cm厚木板，拼装成弧形，其内面贴2mm宝丽板。
模板加固采用钢管进行支撑，内拉外撑的方式，以保证模板刚度和稳定性。
拼装时，在模板间粘贴双面胶以保证拼缝不漏浆。
顶模采用木模板，边浇筑边立模。
在浇筑前，先沿结构边线布置模板架立筋，导向墙顶部40°范围内不采用模板，采用人工收面的方式以保证结构面平整光洁。
（6）导向管安装完毕，经检验合格后进行混凝土的浇筑。
边浇筑边安装导向墙顶部模板。
①顶部模板采用竹胶板，每块模板长50cm,宽100cm.（模板宽度根据基坑的实际开挖宽度进行调整）。
在浇筑混凝土前，设置两排Φ16钢筋，与在钢拱架上焊接，作为顶部模板的加固拉筋,钢筋间距1m。
浇筑混凝土时，每浇筑到一定层高，应停下来进行安装模板，模板安装的高度以便于混凝土振捣为原则，一般控制在2m左右。
模板安装完毕后，紧靠模板沿导向墙环向设置钢筋，钢筋与拉筋的外露部位焊接以加强模板支撑。
然后继续浇筑混凝土，直至施工结束。
②导向墙施工完毕后，达到一定强度后及时开挖，露出钻孔一侧的混凝土面，但是预留导向墙下部的核心土，以方便钻孔施工。
6.1.2搭钻孔平台安装钻机
（1）钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。
（2）平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。
（3）钻机定位：
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。
用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
6.1.3钻孔
（1）采用潜孔钻机进行钻孔。
为了便于安装钢管，钻头直径采用Φ130mm。
对于黄土地层，采用干钻法。
（2）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。
（3）钻机开钻时，应低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
（4）钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
6.1.4清孔验孔
（1）用钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。
（2）用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
（3）用经纬仪、测斜仪等检测孔深、外插角。
6.1.5安装管棚钢管
（1）钢管在专用的管床上加工好丝扣，导管四周钻设孔径10～16mm注浆孔（靠孔口1m处的棚管不钻孔），孔间距15cm，呈梅花型布置。
管头焊成圆锥形，便于入孔。
管棚钢管加工成3m和6m两种长度。
钢管两端均预加工成外丝扣，以便连接接头钢管。
接头采用外径114mm,壁厚6mm的外套钢管，套管长30cm，管棚钢管加工见图6.1.5。
（2）棚管顶进采用挖掘机和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后用挖掘机在人工配合下顶进钢管。
（3）管棚单序孔第一节长3m,再接6m的钢管。
双序孔第一节长6m,最后一节为3m钢管,以此将相邻钢管的接头前后错开。
保证同一横断面内的接头数不大于50%。
图6.1.5管棚钢管加工示意图
6.1.6安装钢筋笼
（1）为了提高导管的抗弯能力，在钢管内设置钢筋笼。
钢筋笼由四根φ22mm的钢筋和固定环组成。
固定环采用φ42mm的短钢管，节长5cm,将钢管与钢筋焊接，按1.5m间距设置。
（2）钢筋笼由三节9m和一节3m的短钢筋笼制作，人工送入孔内。
安装时各节钢筋笼采用搭接焊连接。
6.1.7注浆
（1）安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。
（2）注浆材料：
注浆材料为M10水泥砂浆。
（3）采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，注浆压力0.5～1.5MPa。
管棚封堵塞设排气孔和注浆孔，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔继续注浆，达到设计注浆量后方可停止注浆。
若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。
注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。
6.1.8大管棚正面布置见图6.1.8。
7.施工要求
7.1钻孔前，精确测定孔的平面位置、外插角、并对每个孔进行编号。
7.2施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
7.3严格控制钻孔平面位置及外插角，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
7.4经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
7.5掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
8.劳动力组织
钻机操作工3～6人，管棚加工2人，钢管顶进8人，注浆6人。
9.材料要求
9.1管棚采用Ф108mm热轧无缝钢管，壁厚6mm，每根钢管的长度分别为9m和3m；
9.2在末端的钢管有一端加工成尖形，其它钢管的两端均加工成丝扣，外丝口长度为15cm；采用外径为114mm、壁厚6mm的外套丝扣连接，内丝扣长30cm。
9.3同一面上的接头不超过总管数的50％。
钢花管上钻对穿钢管的注浆孔，孔径10～16mm，孔间距150mm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段不小于1000mm，相邻两对孔线成垂直状态。
编号为双号的钢管不开孔。
9.4为提高钢管的抗弯能力，在钢管与钢花管内设置钢筋笼，由四根主筋和固定环组成，主筋直径为Ф18，固定环采用短管节，节长3～5cm，与主筋焊接，固定环间距1.5m。
9.5为保证长管棚施工精度，导向墙内设2榀I20a工字钢，钢架外设Ф140壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。
钢架各单元由连接板焊接成型，单元间由螺栓连接，接头处焊缝高度为：
腹板hf=9mm，翼板hf=12mm。
10.机械设备配置
结合正常施工需要，管棚施工机械设备配置如下：
管棚钻机2台、电动空压机1台、注浆机1台、ZJ-400高速制浆机1台、混凝土拌合站一座、混凝土振动棒2个、木模板、J3G-400A型型材切割机1台、型钢弯制机1台、BX1－400型交流弧焊机2台、砼搅拌运输车1辆、ZLC50C装载机1辆。
11.质量控制及检验
11.1质量控制要点
11.1.1钻孔前，精确测定孔的平面位置，倾角，外插角，并对每个孔进行编号。
11.1.2施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
11.1.3严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和相交。
11.1.4经常测量孔的倾斜度，发现误差超限及时纠正。
11.1.5掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
11.1.6施工注意事项：
（1）钢管需按设计位置施工，注意运用测斜仪进行钻孔偏移度测量，严格控制管棚打设方向，并做好每个钻孔地址记录；
（2）管棚施工时应对钢管主要材料进行材质检验
（3）选用钻机首先应适合钻孔深度及孔径的要求，钻机要求平稳灵活，能在水平360°范围内钻孔，施钻时应有导向架。
（4）施工期间应遵守隧道施工技术安全规范。
11.2质量检验
11.2.1管棚所用钢管进场必须按批抽取试件作力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求。
11.2.2管棚所用钢管的品种和规格必须符合设计要求。
11.2.3管棚搭接长度应符合设计要求。
11.2.4注浆浆液的配合比应符合设计要求。
11.2.5注浆压力应符合设计要求，注浆浆液应充满钢管及其周围的空隙。
11.2.6管棚钻孔的允许偏差应符合表11.2.6的规定：
表11.2.6管棚钻孔允许偏差
序号
项目
允许偏差
1
方向角
1o~3o
2
孔口距
±30mm
3
孔深
±50mm
12.安全及环水保要求
12.1安全要求
12.1.1管棚施工前应检验作业台架安全性能，施工过程中保持稳定。
12.1.2大管棚施工前检查钻机、注浆机及配套设备、风水管等施工机具的安全性能。
12.1.3施工过程中确保钻机稳定牢靠，注浆管接头及高压风水管连接牢靠。
12.1.4管棚作业换钻杆及顶进钢管时，应防止钻杆、钢管掉落伤人。
12.1.5管棚施工时记录钻机的各项施工参数，观察钻渣排出情况，与设计地质情况核对，出现异常及时报告。
12.2环水保要求
12.2.1对各类施工机械，机具采取定人定点控制，对操作人员进行安全，环保教育。
12.2.2将施工场地和作业面限制在工程建设允许的范围内，合理布置，规范围栏，围护，做到各种标牌清楚，齐全，标识醒目，施工场地整洁文明。
12.2.3采用先进的环保施工机械，采取设立隔音墙，隔音罩等消音措施降低施工噪音。
12.2.4设立专用排浆沟，集浆沟，对废浆，污水进行集中沉淀处理后，再排放至指定位置，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。
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