隧道套拱管棚施工方案.docx

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隧道套拱管棚施工方案

XX隧道套拱、管棚施工方案

一、工程概况

XX隧道为一座高速公路分离式中隧道，进口位于十堰市张湾区汉江街道办XX西南侧，出口位于十堰市张湾区红卫街道办大沟水库东北侧，轴线方向约230º，呈北东～南西向展布。

左幅里程桩号ZK4+590～ZK5+185，全长595m，最大埋深约115m；右幅里程桩号YK4+590～YK5+185,全长595m，最大埋深约111m。

左幅进口和右幅出口洞门采用端均为台阶式，左幅出口和右幅进口洞门采用端均为端墙式。

隧道洞身段围岩为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，其衬砌类型为Z0c型、Z5+型、Z4型、Z3型其长度见表1-1。

隧道衬砌类型表（表1-1）

Z0c

Z5+

Z4

Z3

Z4

Z5+

Z0c

左线

15

45

100

190

205

40

0

右线

0

30

130

190

210

27

8

二、自然及地质条件

1、地形地貌

隧址区属构造剥蚀低山-丘陵地貌区，相对高差约160m，隧道轴线经过地段地面高程约370m～487m。

隧道进口地形坡度均较陡，自然坡角约35°～40°，山坡上植被较发育，分布有少量农田果园，坡脚处有少数居民点。

隧道进口端分布有乡村水泥路，交通较便利；出口端交通稍有不便。

2、地质构造

隧址区位于秦岭褶皱系之东段，南秦岭印支冒地槽褶皱带（南秦岭构造带）二级构造单元之武当山复背斜范围内，可见明显的揉皱现象。

主要出露中元古界武当山群（Pt2wd）片岩，片理产状略变化，实测片理产状分别为20°∠83、125°∠78°，

12°∠70°7°∠60°节理裂隙较发育。

3、地层岩性

隧址区出露、揭露的地层主要为中古界武当山群（Q4e1+d1）片岩，具体分述如下：

强风化片岩（Q4e1+d）：

灰黄色，分布于山体表层，钻探揭示厚度4.64～5.6m，结构严重破坏，锤击易碎，成分为云母、石英等，裂隙发育，岩芯破碎，呈碎块状、短柱状，采取率65%～67%，RQD=40%～48%。

中风化片岩（Pt2wd）：

灰白色、深灰色、灰色，最大揭露厚度17.7m,变晶结构，片状构造，主要成分有云母、石英、长石等，节理裂隙较发育，岩芯呈短-长柱状，采取率80%～90%，RQD=50%～72%.

4、水文地质条件

隧道区地表水系较发育，主要为隧道出口端大沟水库水体、进口端冲沟内季节性流水以及大气降水形成的地表面流等，水量受季节性影响变化较大，其自然排泄畅通，隧道洞口地面标高远高于水库水位，对隧道施工影响较小。

但应注意雨季地表面流对洞口边、仰坡的冲刷破坏作用，已采取截流、疏排措施。

隧址区地下水类型主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。

松散岩类孔隙水主要

赋存于第四系松散堆积物中，处于斜坡地带，分布不稳定，总体厚度小，受大气降水补给，贮水条件较差，易渗透流失，仅季节性有水，对隧道施工影响较小。

基岩孔隙水主要赋存于片岩空隙中，主要受大气降水补给，并受岩石完整性及裂缝开启程度制约，沿基层风化裂隙、构造裂隙等向地势低凹处呈脉状、线状排泄，水量一般较平乏。

5、不良地质

在隧道浅埋段，由于第四系覆盖层厚度较大或基岩风化裂隙发育，地下水的补给条件较好，受降水影响在雨季开挖时可能存在滴水，渗水现象，施工中需做好安排措施，并控制开挖进尺，及时支护衬砌。

三、套拱、管棚施工方案

XX隧道左洞进口处围岩为强～中风化片岩，岩体裂隙发育，破碎～极破碎。

无地表水体，地下水主要为基岩裂隙水，水量大小受季节性影响，洞室有渗水或滴水现象。

超前支护为长管棚，有孔钢花管采用外径108mm、壁厚6mm热扎无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊有加筋箍，管壁四周钻φ10mm压浆孔，尾部1m范围内不设压浆孔，两节有孔钢花管之间为φ108×6mm无孔钢管。

1、套拱、管棚设计参数

1.1、套拱设计参数

套拱位置：

ZK4+603～ZK4+605，总长2m；厚度80cm；位于明洞外轮廓线以外。

工字钢型号及加工尺寸：

钢拱架采用18工字钢加工而成，共计4榀。

其他材料：

127×4mm孔口管共32根，Φ22连接钢筋，C25砼，Φ25定位钢筋。

1.2长管棚设计参数：

管棚长度：

28m；数量：

32根。

钢管规格：

热轧无缝钢管Φ108×6mm，节长3～6m。

钢管间距：

中心环向间距a=50cm

仰角：

仰角1°～3°（不包括路线纵坡），方向与路线中心平行。

钢管施工误差：

定位不大于4cm，端头不大于20cm。

隧道同一断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。

2、施工方法

2.1测量放样

按设计将隧道洞口段中线、高程精确放样，当洞口仰坡沿1：

0.3坡面挖至套拱内缘标高时，人工修凿管棚内部岩面，并喷射砼封闭，预留10cm下沉量精确划出套拱工字钢（18#）内轮廓线及导向管轴线。

2.2型钢拱加工

按图纸设计要求在现场实际加工。

工字钢加工尺寸如图所示：

2.3钢拱、导向管安装

钻孔以长管棚作为导向墙，采用两台TUX-100型潜孔钻机，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确。

施工安排为：

在要施作的管棚段前端10m先做上上半台阶呈拱部管棚工作室，模筑套拱，在定位后进行长管棚施工，管棚应按设计位置施工，套拱内埋设4榀拱架，先打有空管，注浆后在打无孔管，无孔管为检查管，检查注浆质量。

钻进施工做到开孔要稳、要慢，待钻机进达1.0m后，开始正常钻进，在施钻过程中要注意匀速钻进，遇到硬岩时可适当增加转速，以增加切削力。

钻进作业时，因钻机杆长度增加而刚度减小，或钻进过程中围岩的不均匀性，均可造成钻孔偏差。

为确保管棚施工质量，在钻进过程中需及时对孔位偏差进行检查和纠正。

检查方法采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，如偏差较小未超过设计要求，可适当调整钻机方位，如偏差较大超过设计要求则用水泥沙浆回填后，重新定位钻孔。

洞口仰坡刷至拱顶后，根据套拱工字钢（18#）内轮廓线预留核心土，并铺设道枕作为套拱钢拱支撑，道枕铺设沿钢拱弧度呈弧形，道枕规格为250×25×20cm，用楔型道钉固定道枕与钢拱架。

全环分三层二段施工，以洞轴线左右对称拉槽进行，每层3.0m，拉槽开挖出套拱边墙的位置，底宽3.0m。

为保证拉槽边坡的稳定，将边坡施工成台阶状并辅以横撑，挖至套拱底标高时，对套拱基础采用M7.5浆砌片石处理，M7.5浆砌片石基础尺寸为200×150×100cm；在预留平台两侧用φ50钢管搭设脚手架，提供作业平台，便于施工。

钢拱架按划出的内轮廓线位置安设，每榀钢拱架由5节弧形工字钢组成，分两次安装。

先安设第一榀和第四榀钢拱架位于中间部分的3节弧形工字钢，待该段管棚钻孔、注浆施工完成后，连接位于下部的左右侧工字钢套拱，并如法施作管棚，当全段面的管棚注浆完成后，再安设另两榀钢拱架，钢拱架之间用Φ22钢筋纵向联接，即剪刀形联接，环向间距1.0m；钢拱与道枕联接牢固，防止钢拱下沉或发生位移；钢拱两端用楔形钢体与道枕联接。

拱脚放在M7.5浆砌片石基础上，钢拱与联接钢板采用焊接，联接钢板之间采用螺栓联接。

钢拱架垂直于隧道中线，上下左右偏差小于±2cm，钢拱架外插角度为1.5°～2°。

每榀钢拱架纵向间距0.5m。

用全站仪在钢拱外缘将导向管精确定位，并在钢拱上刻好标记，导向管采用Φ127无缝钢管，每根长2.0m，沿隧道轴线布置，环向间距50cm，焊接于钢拱架顶部，用Φ25螺纹钢做固定筋，加固导向管与钢拱架的联接，防止在钻孔时导向管错位。

2.4钻孔

地质钻机的钻杆每节长度为2m，钻孔时必须接杆。

因此，随着孔深的增长，需要对回转扭距、冲击功及推力进行控制和协调，尤其要严格控制推力，不能过大。

为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆联结套与钻杆材质相同，两端加工内螺扣（配合钻杆首尾端外螺扣），联结套的壁厚≥10mm。

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，把扶直器套在钻杆上，随钻杆钻进向前平移。

2.4.1钻机按导向管设计位置就位固定后，沿导向管施钻。

施钻时，防止过大颤动影响施钻精度。

2.4.2钻机开孔时钻速宜低，钻进1.0m后转入正常钻速。

2.4.3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（注意不得卡丝扣），钻机低速反转，脱开钻杆。

钻机沿导轨退后，人工装入第二根钻杆，并在钻杆前端安装好联结套，钻机低速送至第一根钻杆尾部，方向对准后联结成一体。

每次接长钻杆，按上述方法进行。

2.4.4换钻杆时，要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通等，不符合要求的立即更换，以确保正常作业。

2.4.5钻孔以1.5°～2.0°外插角钻入围岩，孔深要大于管长0.5m以上。

2.4.6钻孔达到要求深度后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。

施作下一孔位。

2.5管件制作

棚管采用Φ127热轧无缝钢管，钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15厘米，为使钢管错接，在每孔的第一节管打设时，奇偶孔分别用3米和6米的钢管，以后每节均采用6米长钢管，钢管顶端必须打入较好的围岩2米以上，管棚长度30m，因此必须接长。

棚管接长时先将前一根钢管顶入钻好的孔内，采用内套管联结。

第一根钢管前端封闭并制成尖状，以防管头顶弯或劈裂。

尾部焊接φ10加劲箍，管壁上钻2排12mm注浆孔。

接长管件满足管棚受力要求，相邻管的接头前后错开，要求2/3接头不能在同一断面上，避免接头在同一断面受力。

2.6接管

当前一根钢管推进孔内，孔外剩余30～40cm时，钻机退回原位，人工装上后一节钢管，钻机缓慢低速前进对准前一节钢管端部（严格控制角度），电焊工将钢管联结在内套管上，采用丝扣将两节钢管联成一体。

钻机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。

2.7顶管

采用导向管引导和棚管顶进相结合的工艺，将棚管放入导向管中，然后利用钻机的冲击和推力（顶进棚管时钻机不使用回转压力，不产生扭矩）将安有工作管头的棚管沿导向管顶进，逐节接长棚管，直至孔底。

将钢管对准导向管，钻机低速推进钢管，其冲击压力控制在1.8～2.0MPa，推进压力控制在4～6MPa。

2.9注浆

注浆采用BW-250/50型注浆泵，注浆材料为425#水泥浆，其配比根据地层情况和胶凝时间要求，并经过试验而定；并采用1:

0.5（体积比）的水泥水玻璃双液注浆。

注浆顺序为由下及上并且先打有孔钢花管，注浆后再打无孔钢管，无孔钢管可作为注浆质量的检查管。

无孔管钻孔应在有空管注浆凝固后进行，钻孔应注意检查压浆质量，在确认压浆质量达到要求后，应对无孔管及管周灌浆饱满，若注浆质量达不到要求，应将相邻无孔管改为有孔管补浆。

注浆方法：

注浆压力为初压0.5～1.0Mpa，终压2.0Mpa，单管浆液扩散半径不小于0.5m。

注浆完毕稳压5min以上，注浆管口预留溢浆口，作为注浆的观察窗。

套拱施工

开挖至明洞拱顶标高位置时，留出3～5m洞脸范围暂不开挖（留核心土作支挡功能及管棚工作平台），拉槽开挖洞脸左侧，分层至套拱内边缘后，人工修整，抹砂浆铺平，用铺竹夹板作为套拱的内模，并铺设一层PVC板，然后按设计要求架立4榀118工字钢、预设Φ127×4mm孔口管，立套拱外模、现浇混凝土套拱，套拱拱架在安装前要放样定出每榀18工字钢拱架的中心，再按设计宽度沿法线方向用钢尺量出拱脚位置。

同时在控制拱顶标高时，预留20cm作为拱顶下沉变形量。

钢拱架安装好后，从拱顶中心按设计50cm环向间距118工字钢壁面油漆打点标示出Φ127×4mm孔口套管的位置。

导向管安装时须设置倾角2°～3°（不包括线路纵坡），具体做法如下：

套拱内设计钢拱架最内一榀至最外一榀间距为1.5m，根据角度计算出最内一榀拱架须垫高7.9㎝，安装导管时，在最内一榀拱架每个标示点处（即导管与拱架之间）垫以7.9cm钢板后，将导管固定在钢板之外即形成所需的仰角。

孔口套管与118工字钢联接采用Φ25固定筋环向双面焊接固定，