管棚施工工艺流程设计.docx
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管棚施工工艺流程设计
隧道管棚施工工艺流程设计
管棚超前支护刚度大，可承受土体的垂直和侧向压力，管棚超前预支护具有棚架、锚固、固结地层的三种功能，它将部分荷载有效地吸收和传递到已封闭的支护结构上。
在软弱松散不良地质地带，通过管棚注浆补充固结土体，增强隧道上方土体的稳定性，保证隧道进洞安全，满足围岩开挖稳定的要求。
1、管棚施工原理
管棚一般是在地质较差的情况下，按开挖轮廓线，采用在地层中打入数根钢管的方法形成支护体系。
一般要求钢管入土深度必须穿过该类围岩,并要有一定的超前长度。
如果地质条件极差且裂隙水较大，则采用在管内注入化学浆液的方法，使该段软弱地层形成一个整体，可以有效地稳定开挖面。
在隧道施工中，管棚支护主要适用于以下几种情况：
围岩破碎，裂隙较多，洞口开挖难以成形时；隧道处于浅埋段，开挖易使地表失稳时；隧道内遇到断层需要穿过时；隧道洞口位于滑坡体而线路又无法避开时。
超前管棚示意图
2、管棚基本设计参数
五尖大山隧道施工图设计（送审图）在进、出口两端均采用了长20m的长管棚。
长管棚采用φ108×5的无缝钢管，入土深度18.5m，由3m、5m两种长度管节由丝扣连接组成，丝扣搭接长度15cm。
长管棚环向间距33.3cm，在开挖轮廓线外25cm处，拱部140°范围布置。
外插角1°，与隧道中线方相一致。
施工采用地质钻水平钻孔，风钻配合顶入，注浆泵注浆。
隧道必须在管棚施工以后才能进洞开挖。
五尖大山隧道超前管棚施工示意图
3、管棚常规施工工艺和施工方法
对于节理发育但较完整、容易成孔的围岩地段一般采用常规先钻孔、后插入的安设方法，其施工工艺如上页图所示。
注浆施工工艺流程图
根据管棚常规施工的过程，可以分为以下几个步骤：
制作导向架（套拱）钻孔顶管封口注浆。
3.1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的导向钢管，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。
套拱施工工艺流程详见下图。
套拱施工工艺流程图
3.2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。
3.3顶管
管棚钢管一般采用的是无缝钢管,每一节钢管应做成尖锥状,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，钢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，钢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。
3.4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，随即就安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工。
注浆结束后用C30水泥砂浆充实无缝钢管，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。
4、管棚跟管钻进施工工艺和施工方法
当地质状况复杂，遇有卵石、漂石或破碎带不易成孔时，可采用顶驱动力头的跟管钻进工艺，首先将套管及钻杆同时钻入孔内，成孔后，取出内钻杆，放进管棚，最后取出外套管即可。
当围岩结构软硬不均时应采用潜孔锤配同心钻孔系统。
跟管钻进程序及跟管钻进图解说明如下图所示。
跟管钻进程序
跟管钻进程序图解说明
注：
第一孔套管跟进钻孔后，如了解孔壁很稳定，取出套管后亦不产生塌孔，那么可把钻杆与套管一同抽出，马上插放灌浆管，省却第2道工序。
常用的跟管钻进系统见各种跟管钻进系统示意图。
各种跟管钻进系统示意图
1、潜孔锤＋偏心钻头扩底式跟管钻进；2、潜孔锤＋潜孔锤钻头跟管钻进；
3、稳定器＋三牙轮钻头跟管钻进；4、稳定器＋刮刀钻头跟管钻进；
5、金刚石钻头＋套管钻头跟管钻进；6、金刚石钻头＋绳索取芯岩芯管跟管钻进
5、质量控制与检验
5.1管棚钻孔的允许偏差
5.1.1管棚方向与线路平行，方向角误差≤1°（不包括路线纵坡）；
检验数量：
全部检查；
检验方法：
观察，钢尺、测量仪器检查。
5.1.2开孔定位误差≤4cm；孔口距允许偏差≤±50mm；
检验数量：
全部检查；
检验方法：
观察，钢尺检查。
5.1.3径向误差应≤20cm；
检验数量：
全部检查；
检验方法：
观察，钢尺检查。
5.1.4孔深误差≤±50mm；
检验数量：
全部检查；
检验方法：
观察，钢尺检查。
5.1.5隧道纵向同一断面内接头数≤50％，相邻钢管的接头至少错开1m；纵向两组管棚的搭接长度应符合设计要求并应大于3m。
检验数量：
全部检查；
检验方法：
观察，钢尺检查。
5.2管棚超前支护应满足的要求
5.2.1管棚所用钢管的品种和规格必须符合设计要求；
检验数量：
全部检查；
检验方法：
观察，钢尺检查。
5.2.2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；管棚应采用热轧无缝钢管制作，必要时钢管内安装钢筋笼；
检验数量：
以同牌号、同炉罐号、同规格、同交货状态的钢管，每60t为一批，不足60t按一批计，每批抽检一次。
检验方法：
检查每批质量证明文件并进行相关性能试验。
5.2.3管棚用钢管直径宜为70～127mm，钢管中心间距宜为管径的2～3倍。
检验数量：
全部检查；
检验方法：
观察，钢尺检查。
5.3管棚注浆应符合的要求
5.3.1注浆浆液的配合比应符合设计要求；
检验数量：
全部检查。
检验方法：
进行配合比选定试验。
5.3.2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；
检验数量：
全部检查。
检验方法：
查施工记录的注浆量和注浆压力，观察。
6、主要施工用机具设备
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
超前水平地质钻机
MKD-5S
1台
2
电动空压机
L3.5-8/20
8台
3
注浆泵
Y2B/18KW
2台
备用一台
4
搅拌机
JDY750BH
2台
5
电子计量配料机
HPL1200
1台
6
砼输送泵
HBT60
1台
7
砂浆搅拌机
HT200B
1台
8
交流弧焊机
BX1-500A
5台
备用一台
9
钢筋切割机
GQ40
1台
10
插入式捣固器
ZX-50
2台
7、劳动力组织
序号
人员
人数
职责
1
技术人员
1
掌握技术标准、负责施工指导、监督施工质量、记录
2
工班长
1
组织和协调
3
测量人员
2
测量放样、检查验收、并对整个施工过程进行摄像
4
钻孔人员
5
凿孔施工
5
安装人员
6
准备材料、安装导管
6
浆液制备人员
5
准备材料、制备浆液、搅动浆液、清洗设备
7
注浆泵司机
2
注浆泵的操作、维修保养及鼓掌排除
8
清洗废浆工
1
清理废浆
9
注浆记录工
1
记录注浆压力、注浆量、流量、胶凝时间及其他的情况
10
安全员
1
负责施工安全
11
搬运工
4
搬运材料、机具
12
其他
8
电工、管棚加工、空压机司机等
合计
35
8、相关记录表
8.1钻孔记录表
钻孔记录表
工作面里程：
起止时间：
年月日时分～年月日时分
钻机种类及型号：
孔号
孔深
起止时间
下管深度
地层情况描述
备注
记录：
工地负责人：
年月日
填表说明：
1）地层有变化时，一个孔可分段记录，并有小计；
2）情况描述：
地层地质情况（节理、裂隙、破碎情况等等），有无地下水；
3）备注：
钻孔、下孔等情况时异常情况记录；
8.2注浆记录表
注浆记录表
工作面里程：
孔号：
孔深：
注浆泵型号：
起止时间：
年月日时分～年月日时分
时间
浆液种类
配合比
凝胶时间
（分秒）
压力（MPa）
流量
（L/min）
备注
总注浆量：
材料消耗：
记录：
工地负责人：
年月日
填表说明：
4）改性水玻璃（SS）时，配合比填PH值；
5）C-S、TGRM、HSC浆液填凝胶时间，其他不填；
6）注浆型式填“小导管、长管棚、全封闭、径向注浆、充填、回填等等”；
7）备注栏填漏浆、串浆情况。
8.3注浆效果统计表
注浆效果统计表
注浆里程（工作面里程）：
K+~K+
注浆时间：
年月日时分～年月日时分
注浆型式：
孔号
孔深（m）
浆液种类
终压
（Pa）
注浆管（m）
注浆量
（m3）
备注
记录：
工地负责人：
年月日
填表说明：
8）1个孔注两种以上浆液，可占2格以上，并有注浆量小计；
9）备注栏填注浆情况，有无漏浆，串浆等；
10）统计表后应附注浆记录。
9、施工安全
1、管棚施工前应检查工作环境的安全状态，检查钻机作业平台是否稳定，洞口仰坡及以上是否有危险性落物，以免落物伤人。
2、钻机、注浆机使用前应进行调试，确定技术性能及安全状态良好后方可使用。
3、应指定专人、专业人员进行机械的保管与保养。
4、操作人员应熟悉机械的性能及操作方法，并具有在机械发生事故时采取紧急措施的能力。
5、操作人员应按机械设备的操作规程作业，不得超出规定的使用范围或超负荷运转。
6、操作人员不得擅自离开工作岗位，严禁疲劳作业，严禁机械带故障作业。
7、钻机等施工设备在施工现场停放时，应选择安全地点，并将带负荷的部件全部放松，并设有制动、防滑措施。
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