E11隧道辅助施工方案.docx
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E11隧道辅助施工方案
重庆奉节至巫溪高速公路
E11合同段（K38+500至K43+500）
隧道工程辅助施工方案
中交三局奉溪高速公路E11合同段
2010年3月1日
凤凰隧道辅助施工措施
（长管棚、注浆小导管、超前锚杆）
施工方案
一、工程概况
根据施工设计凤凰隧道进、出口均设计有明洞，且明洞采用明挖法施工，并在明暗洞衔接处设计有套拱，套拱拱部布设φ108×4mm的导向管，进入暗洞时采用φ89×5mm长管棚超前支护，长20米管棚，共长5280米，节长3m、6m，环向间距40cm，仰角1°（不包括路线纵坡），方向与路线中线平行，长管棚用于隧道洞口Ⅴ级围岩地段。
因此拟采用的进洞方法是：
首先开挖明洞段拱部部分，并根据设计进行边、仰坡支护处理，再施做C25砼套拱，尔后施作超前长管棚，最后在管棚支护下可以安全进洞。
在洞身施工时Ⅴ级破碎带、Ⅴ级围岩浅埋偏压设超前小导管注浆，Ⅳ级围岩深埋设早强水泥砂浆锚杆。
二、套拱施工
1、测量放样,标定套拱与暗洞开挖分界线。
2、进行套拱拱部及边、仰坡开挖和整修,并按设计要求进行边、仰坡加固处理。
3、管棚采用C25砼套拱作长管棚导向墙，套拱在明洞轮廓线以外紧贴掌子面施作，长度为2米，套拱内埋设2榀18工字钢，工字钢与管棚孔口钢管φ108×4mm焊接成整体。
Ф25固定钢筋与孔口管、20工字钢采用双面焊接，焊接长度大于5d。
支撑稳固后，内外模均采用5cm木模安装，布筋和安装孔口管必须符合设计要求，保证布筋、孔口管的位置和角度准确，然后进行套拱砼的施工，待套拱砼强度达到85%时开始长管棚施工。
4、进行套拱拱部砼施工：
立内模、加固、安装工字钢、立外模挡头板、浇注套拱砼。
三、长管棚施工
1、长管棚钻孔工艺流程
台车就位
测量布孔
台车大臂矫正
台车固定
钻杆接长准备
钻孔及接长钻杆
钻杆分节退出卸下
2、长管棚钻孔操作要点
（1）、钻孔施工中采用XY-28-300钻机Φ120的钻头进行钻孔，即采用大引导孔施工，最大程度上克服在顶管施工作业中送管难的情况发生。
（2）、施作长管棚时（φ89×5mm），打孔角度洞口段为1°～2°，洞内适当加大角度，但角度应控制在5°～10°，间距40cm，每根长20m（每节长6m，采用长15cm的丝扣连接），施作时每段应交错搭接3m，钢管上按间距15cm梅花形钻10mm的小孔。
第一节钢管顶端做成锥型，以便顶进。
（3）、为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆连接套应与钻杆材质一致，两端加工内螺纹（配合钻杆首位端外螺扣），连接套的壁厚≥10mm。
连接套及连接方式见图1。
为防止钻杆在推力和振动力的双重作用下，上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时，应把扶直器套在钻杆上，随钻杆向前钻进向前平移。
（4）、钻机立轴方向必须准确控制，在浇注好的套拱上标出孔位和孔号，孔号分为奇数孔和偶数孔，奇数孔采用无缝钢管，偶数孔采用梅花钢管。
钻孔顺序为先钻偶数孔用于注浆，后钻奇数孔用于检查注浆质量。
（5）、施钻时，台车大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动影响施钻精度。
（6）、钻机开孔时的钻速宜采用低速，钻进20cm后转入正常钻速。
（7）、第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，人工用两把管钳卡紧钻杆，钻机低速反转，脱开钻杆。
钻机沿导轨复位，再装入第二根钻杆。
（8）、引导孔的孔径较管棚钢管外径大15～20mm，孔深较管长长0.5米以上。
3、长管棚顶管工艺流程
管节联接套加工制作
制作
制作
凿岩机上安装钢
管顶进联接套
台车钻孔准备
钻管棚孔
顶第一节钢管棚
接第二节钢管棚
管内加筋注浆
顶第二节钢管棚
4、长管棚顶管施工
（1）、顶管工艺:
根据快速施工的要求，决定采用大引导孔和棚管钻进相结合的工艺，及先钻大于钢管外径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力（顶进管棚时凿岩机不使用回转压力，不产生扭矩）将安有工作管头棚管沿引导孔顶进，逐节接长管棚，直至孔底。
管棚顶进连接套及管棚扶直器见图2。
（2）、管件制作：
管棚采用Φ89的无缝钢管，钢管采用3m、
6m管节逐段接长，连接接头采用厚壁箍，上满丝扣，丝扣长度为15cm；为保证受力均匀性，钢管接头应纵向错开，偶数第一节用3m，奇数第一节用6m，以后各节均用6m。
管棚入土长度为24m。
管棚接长时先将前一根钢管顶入钻好的引导孔后再行连接。
第一根钢管前段要焊上合金钢片式空心钻头，以防止端部顶弯或劈裂。
（3）、清孔检查钻孔合格后，安装钢管，应每钻完一孔便顶进一钢管，钻进中应经常采用测量仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求及时纠正。
接长管件应满足管棚受力的要求，相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一个断面受力。
（4）、顶管作业：
将钢管安放在台车大臂上后，凿岩机对准已钻好的引导孔，低速推进钢管，其冲击力控制在18～20MPa，推进压力控制在4.0～6.0MPa。
（5）、接管：
当第一根钢管推进孔内，孔外剩余30～40cm时，开动凿岩机反转，使顶进联接套与钢管脱离，凿岩机退回原位，大臂落下，人工装上第二节钢管，大臂重新对正，凿岩机缓、慢、低速前进对准第一节钢管端部（严格控制角度），人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。
凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。
根据管棚设计长度，按同样方法继续接钢管。
（6）、封闭钢管尾部先用麻
布条封堵管棚钻孔空隙，后用环
形楔环顶紧，最后用电焊将楔形
环焊接在管棚上。
见图3所示。
（7）、管棚管补强：
为了加强管棚的刚度和强度，按设计将管棚钢管全部打好后，先用钻头掏尽钢管内残渣，进行棚管补强。
5、配制浆液
（1）、水泥浆的搅拌应在高速搅拌机内进行，严格按照施工配合比进行投料，在钢管中注水泥水玻璃浆液，其配比为水泥:
水泥浆水灰比1:
1，注浆时初压0.5～1MPa，终压2.0Mpa，注浆结束后用1:
1水泥砂浆充填无缝钢管，以增强钢管强度和刚度。
（2）、搅拌水泥浆的投料顺序：
在放水的同时，将缓凝剂、外掺剂在水中按一定比例加入，搅拌溶解，再将需要的水泥倒入，搅拌2～3min。
（3）、外掺剂的重量为水泥重量的5%-10%，缓凝剂的掺量占水泥重量的2%～3%。
（4）、制备水泥浆或稀释水玻璃时，严禁水泥块或纸片进入浆液，放浆进入储浆桶时要用滤网过滤，以防止堵塞注浆泵。
（5）、做好配置浆液的施工纪录，为分析注浆效果提供依据。
（6）、配置好的浆液存放在由低速搅拌器的储浆罐内，防止浆液由于存放时间稍长产生沉淀、离析等现象。
6、注浆
（1）、注浆工艺系统：
双液注浆工艺系统如图4所示。
（2）、注浆顺序
管棚注浆顺序原则上遵循着“先两侧后中间”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则。
注浆施工由两端管棚钢管开始注浆，跳孔进行注浆施工，向隧道拱顶钢管方向推进，开始时注浆的浆液浓
度要低一些，逐渐加浓至设计浓度。
这样做法有利于注浆的浆液向拱顶方向扩散，而且促进浆液的致密程度，利于防渗的要求。
孔号为偶数的管棚完成后，对这部分管棚进行注浆。
长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内的土石设计，浆液扩散半径不小于0.5m，注浆采用分段注浆
（3）、注浆施工要点
a、为了保证管棚注浆施工作业顺利进行和保证管棚施工质量和安全，注浆前应做好止水止浆墙的施工：
为防止注浆薄弱地段地下水涌出作业面及注浆时跑浆，注浆地段的起始处掌子面应喷射20CM厚混凝土（加单层钢筋网）。
此后，每个注浆段终止处留出3米厚围岩作为止浆岩盘。
b、注浆孔位要准确，定位偏差应小于5cm，孔底偏差不大于孔深的1%～2%。
顶管施工作业过程中会使管内混入一些碎石和碎屑，在注浆施工前一定要用高压风水进行吹洗，如果管内仍有较大的碎石，应采用小于钢管内径的钻头，利用凿眼台车钻进将其钻碎，吹洗干净。
c、拌浆时严禁纸屑等杂物混入浆液，拌好的浆液要过滤，未经过滤的浆液严禁进入泵体，以防堵塞。
注浆过程中，要时刻注意泵口及孔口的压力变化情况，发现问题及时处理。
双液注浆时，要经常测定混合气候的浆液的凝结时间，防止由于泵及管路故障，造成浆液比例改变而发生事故。
注浆过程中，如发现孔口及工作面漏浆，要采取封堵，缩短凝胶时间及采用间歇注浆方式。
做好钻孔、注浆纪录，为分析注浆效果提供依据。
注浆结束后，要彻底的清洗泵体和管路，以保证下次注浆安全顺利进行。
d、注浆施工过程中如发现掌子面漏浆，应及时用麻布进行封堵。
e、注浆结束：
进浆量小于20～25L/min；注浆压力逐步升高，达到设计终压后稳定10min以上；注浆结束后采用1：
1水泥砂浆填充无缝钢管。
完成长管棚注浆施工后，在管棚支护的保护下，按设计的施工步骤进行开挖。
7、严格注浆施工作业现场控制，保证注浆质量
注浆施工作业中，浆液注入的压力是一个最为关键的现场施工过程控制因素。
根据流量计显示的孔口压力变化可以判断注浆施工的基本发展状况，并及时采取相应措施。
（1）、压力逐渐上升，但达不到设计要求的压力。
原因分析是：
浆液浓度低、凝胶时间较长、浆液在碎石中形成劈裂脉或者是部分浆液溢出。
此时应适度加大浆液浓度、小时间间隔注浆。
（2）、注浆开始后压力不上升，甚至离开初始压力呈下降的趋势。
原因分析是：
表明浆液已经外溢。
此时应该采取大浓度浆液和较低注入速度，如果情况无改变，则应先停止注浆。
（3）、注浆压力上升后突然下降，表明浆液从注浆管周围溢走，或者是注入速度过大，扰动碎石岩层，或遇到空隙薄弱部位。
此时应适度降低注入速度。
（4）、压力反复升降，但总趋势呈上升态势。
原因分析：
由于注浆浆液的凝胶时间较短。
此时应该是度调长浆液凝胶时间。
（5）、压力上升很快，而注入速度上不去。
原因分析：
表明注浆岩层较为密实或者浆液的凝胶时间太短。
（6）、压力有规律上升，即使达到容许压力时，注浆速度也比较正常，这表明注浆施工作业是成功的。
（7）、压力上升后又下降，然而后来压力又再度上升，并达到设计的要求值。
这可以认为该种情况的空隙部位已被浆液填满，此种情况也是成功的。
8、管棚注浆施工的结束标准
（1）、单孔注浆结束条件。
注浆过程中只要满足以下两个条件之一，即可认为单孔注浆达到设计的要求并可结束注浆施工。
单孔注浆结束条件：
a、注浆压力达到注浆设计所规定的终压5.0MPa。
b、单孔注浆量达到设计注浆量的80%以上。
注浆量的计算公式如下：
式中：
Q---总注浆量（M3）；
A---注浆范围岩层体积（M3）；
β---填充率，根据图纸及岩石地层的情况而定。
R---注浆半径（M）；
L---注浆长度（M）。
（2）、全地段结束条件：
所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件，无漏注浆的情况。
四、超前小导管施工
1、测量放线，按设计布设小导管位置。
2、水平钻机就位、钻孔，钻孔直径为75mm。
然后利用水平钻机的冲击和推力将小导管沿引导孔顶入至孔底。
3、施作超前注浆小导管时，打孔角度为5°～10°，环向间距为60、50cm，导管采用长3.5m的φ42×3.5mm钢管，钢管上按间距15cm梅花形钻6mm的小孔（前端3m范围内），顶端做成锥型，以便顶进。
打设完毕后，注水泥浆，其浆液的水泥:
水灰比为1：
1，注浆压力控制在0.5～1Mpa之间；注浆结束用水泥砂浆充填、封口。
五、超前锚杆施工
1、砂浆锚杆施工工艺：
洞身开挖Ⅳ级围岩超前支护采用φ22早强水泥砂浆锚杆，其工艺流程为：
钻孔→清孔→注入砂浆→插入杆体。
如下图所示
2、砂浆配合比确定
根据锚杆设计长度为4.3m，采用先插后注的施工方法，砂
浆配合比为：
水泥:
砂=1:
1，水灰比一般为0.45～0.50。
（为确保注浆质量，掺入适量膨胀剂）。
3、对砂浆锚杆，应采用排气注浆法，即将内径4～5mm壁厚1～1.5mm的PE软塑料排气管沿锚杆全长固定于杆体上，并在孔
外留1m左右长的富余长度。
4、将锚杆缓慢送入孔中至设计位置，将长400～430mm，外径25mm左右的薄壁钢管用早强或超早强水泥固定在孔口位置并将孔口堵密。
5、先采用风钻按设计要求钻孔，钻孔直径比锚杆直径大15mm，用风钻顶入，顶入长度不小于锚杆长度95%，锚杆尾端焊接于格栅钢支撑上，以增强共同支护作用。
6、砂浆锚杆注意事项
（1）、锚杆钻孔分布成交错式尽量与所在曲面法向方向重合。
（2）、钻孔前进行浮石等的检查，加以清除；钻孔后要清孔。
（3）、注浆人员的防护配备要整齐。
（4）、做好作业脚手架的日常安全检查
六、超前长管棚、小导管和砂浆锚杆施工注意事项
1、长管棚、小导管、砂浆锚杆应注意两次循环之间的搭接，大管棚长度不宜小于2m，小导管长度不宜小于1.5m，砂浆锚杆不宜小于1m，两相邻接头不允许出现在同一断面内。
2、顶进过程应随时注意防止堵孔、坍孔。
3、注浆前，必要时对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚50~100mm的砼封闭作为止浆墙。
4、注浆过程应随时注意注浆压力的变化，压力达到设计值且注浆量也与设计相符后，即可停止注浆。
5、注浆结束后，再钻孔检查注浆效果是否达到设计要求，如未达到应根据实际情况调整注浆参数进行补孔注浆。
6、注浆后至开挖前时间的间隔，根据浆液种类控制在4～8h。
在管棚相接处开挖时保留1.5～2.0m的止浆墙，以防止注浆时孔口跑浆。
7、整个过程中做好记录，内容包括打孔的角度、间距、深度、钢管的长度、注浆压力、注浆数量、起止时间等，作为后续施工调整注浆参数依据。
七、机具设备和劳力组织
1、需要的机具设备见下表
序号
设备名称及规格
单位
数量
备注
一
机电设备
1
钻孔台车
台
2
2
汽车
台
3
3
交流电焊机
台
3
4
注浆机
台
1
5
XY-28-300电动钻机
台
2
6
搅拌机
台
2
二
工具
1
链钳
把
2
2
管钳
把
2
3
大号扳手
把
2
4
大锤
把
1
5
钻杆
根
5
6
冲击钻头φ130mm
个
3
7
冲击钻头φ76mm
个
3
8
钻杆联接套
个
12
9
钢管顶进联接套
个
6
10
注浆混合器
个
3
2、劳力组织：
本工程可分为2个工班作业，每个工班12人，其中：
施工指挥一人；施工技术指导1人；测量工1人（负责布孔、定位、量测、质量检查）；台车凿岩司机2人（负责钻孔、下导）；普通工人5人（负责装卸钻杆、装接钢管）；电工1人（负责供水供电工作）；电焊工1人；汽车司机1人（负责运料）。
八、安全保证措施
（1）、加强全员安全意识教育；
（2）、针对本隧道工程长管棚施工特点和要求，参照有关规范制订安全规章制度；
（3）、加强对围岩进行动态监控量测，实行信息化管理，科学地组织施工；
（4）、拆卸钻杆时，要有统一指挥、明确联络信号，扳钳卡钻方向应正确，防止管钳及扳手打伤人；
（5）、钢管内注浆时，操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套；
（6）、要有良好的照明条件。
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