火车站站一期暗挖工程大断面管棚工程施工设计方案第2稿.docx

1、火车站站一期暗挖工程大断面管棚工程施工设计方案第2稿地铁四号线TJSG-11标火车站站暗挖隧道断面（二）超前大管棚施工方案编制人: 日期： 复核人: 日期： 审核人: 日期： 审批人: 日期： 中铁一局集团地铁四号线TJSG-11标项目经理部2017年2月1 编制说明1.1 编制目的为超前支护工作面前方地层，保证地层的稳定，火车站站一期暗挖隧道断面（二）开挖前采取159大管棚进行超前支护。1.2 编制依据1.2.1 第十六册 火车站站一期工程暗挖主体结构图纸；1.2.2 地铁四号线TJSG-11标工程土建施工合同文件；1.2.3 地铁施工有关的施工技术规、规程、标准：(1)火车站站岩土工程勘察

2、报告；(2)地下铁道工程施工及验收规(GB50299-1999)（2003年版）；(3)铁路隧道工程施工技术指南(TZ204-2008)；(4)铁路隧道工程施工安全技术规程（TB10304-2009）；(5)铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10417-2003）；(6)中华人民国安全生产法；(7)特种设备安全监察条例；(8)建设工程安全生产管理条例；(9)建设工程质量管理条例；(10)建筑施工安全检查标准(JGJ59-2011)。2、工程概况及水文地质2.1工程概况火车站站一期暗挖工程左线暗挖隧道长267.1m,其中断面（二）段（开挖尺寸11.7m10.163m）长度为212.752m；右线

3、暗挖隧道长260.652m,其中断面（二）段（开挖尺寸11.7m10.163m）长度为151.75m。（具体详见图2-1）图2-1 管棚布置示意图断面（二）暗挖隧道采用超前大管棚+超前小导管对拱顶150围进行超前预支护。管棚采用159无缝钢管，壁厚8mm。南北对向打设，左线从北向南打设长度为140.45m，从南向北打设长度为85m，搭接10m；右线从北向南打设长度为101.75m，从南向北打设长度为60m，搭接10m。从南向北打设采用220mm导向管水平安装，从北向南打设直接在隧道，采用220mm的水钻开孔进行管棚打设。管棚外插方向：左线从北向南管棚打设角度约为0.122，右线从北向南管棚打设

4、角度约为0.169；左线从南向北管棚打设角度约为0，右线从南向北管棚打设角度约为0。管棚注浆采用水泥浆液。2.2工程地质火车站站地层由上至下依次为：素填土、饱和软黄土、新黄土、古土壤、粉质粘土、粉土、粉砂，场地地下潜水稳定水位埋深5.306.20m之间，地层渗透系数为0.910-4m/s，主要地层特征自上而下分述如下：第四系全新统地层Q4ml：地表为混凝土及灰土碎石垫层等，以下为：1-1人工填土（杂填土）Q4ml：杂色，松散，由粉质黏土与砖瓦碎片组成，局部含大量建筑垃圾，结构杂乱，土质不均。本层厚0.201.80m，层底高程401.01402.61m。1-2人工填土（素填土）Q4ml：以黄褐色

5、为主，主要为粉质黏土，硬塑，含少量砖瓦片，杂填土等，土质不均。本层层厚1.703.30m，层底埋藏深度2.905.30m，层底高程396.81399.51m。第四系上更新统地层Q3：3-1-1新黄土（水上）Q3eol：该层分布于填土底面至地下水位以上。黄褐色，可塑，具湿陷性。虫孔及大孔隙发育。本层层厚1.401.70m，层底埋藏深度5.0m，层底高程397.80397.81m。3-1-3饱和软黄土Q3eol：褐黄色，软塑流塑，土质均匀，具孔隙，含少量蜗牛壳碎片，工程性质较差，属中偏高压缩性土，局部具高压缩性。本层层厚2.504.80m，层底埋藏深度8.509.80m，层底高程393.01394

6、.31m。3-1-2新黄土（水下）Q3eol：褐黄色，可塑，土质均匀，具孔隙，含少量蜗牛壳碎片，属中压缩性土。本层层厚5.406.50m，层底埋藏深度14.3015.60m，层底高程387.20388.51m。3-2古土壤Q3el：棕红色，可塑。团粒结构，具针状孔隙，含钙质条纹，层底钙质结核含量较多，局部地段钙质结核富集成层。本层层厚1.202.20m，层底埋藏深度16.2017.00m，层底高程413.69415.99m。3-4粉质黏土Q3pl：黄褐色、褐黄色，可塑，含铁锰质斑点及零星钙质结核，局部钙质结核富集。该层分布有中砂层夹层或透镜体。属中压缩性土。本次钻探未钻穿本层，最大揭露厚度13

7、.00m，最浅埋深16.20m，最低钻至高程352.81m。3-5粉土Q3pl：灰黄色，饱和，密实，含少量颗粒，本层多以夹层或透镜体形式分布于3-4粉质黏土层中，本层最大揭露厚度3.10m，最浅层顶埋深24.50m，相应高程378.31m。3-6细砂Q3pl：灰黄色，饱和，密实，级配不良，矿物成分以长石石英为主，含少量云母。本层多以夹层或透镜体形式分布于3-4粉质黏土中。本次钻探最大揭露厚度4.50m，层顶埋深26.70m，相应标高376.11m。图2.2 火车站站地质剖面图2.3水文地质对本工程施工有直接影响的是地下潜水，根据地质勘查资料显示，场地地下潜水稳定水位埋深5m8m之间，相应高程为

8、394.81m397.14m。根据长期水位观测条件，勘查时接近低水位期，地下水年变幅2m左右。3 施工总体筹划3.1 工期安排左线：北竖井：2017年3月1日2017年4月15日，施工工期为46天。南竖井：2017年7月10日2017年8月8日，施工工期为29天。右线北竖井：2017年5月1日2017年5月31日，施工工期为31天。南竖井：2017年8月15日2017年9月13日，施工工期为29天。3.2 劳动力配置管棚施工人员可视作业面情况而定，一台管棚钻机为两个作业工班，每班配有熟练的钻工和机长作为钻孔作业的骨干，24小时进行施工，详见表3-1。劳动力配置表 表3-1序号工种数量工作容1施

9、工负责人1全面负责管棚作业工作2主管工程师1施工组织与质量控制3技术员2负责进行技术指导和施工过程中的质量检查4安全员2观察施工作业附近土体变化情况5实验员1注浆浆液配置6空压机司机2负责给管棚钻机供高压风7管棚钻机司机2负责管棚钻进，记录8压浆机司机2负责管棚注浆，记录9操作手4协作司机进行作业10普工6负责钢管运输，浆液拌制3.3 机械配置主要施工机具设备需求见表3-2。施工机械配置表 表3-2序号设备名称型号单位数量备注1地质水钻台2用于钻孔桩部分打设2导向仪台2管棚打设精度控制223t液压定向钻台1管棚打设4液压站台1管棚打设5泥浆泵（含注浆）SYB-60/5台16工作平台架17电焊机

10、台28螺纹车床Q1319-1A台14 管棚施工技术4.1 施工工艺简述火车站站一期暗挖断面（二）管棚施工采用导向跟管钻进法施工，钻头采用楔子板导向钻头，在钻头安装有线导向仪控制棒，配合导向仪进行钻孔精度控制。施工时将管棚钢管加工成钻杆，钢管之间采用丝扣连，通过水平钻机直接钻入地层，然后进行注浆填充形成超前支护。4.2 施工工艺流程终孔验收图4-1 管棚导向跟管钻进法工艺流程图4.3 施工现场准备（1）在施工前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，熟悉规和技术标准，查阅相关施工案例，认真调查实际地质情况及周边环境、了解施工条件、技术水平和设备装置的施工参数

11、。制定施工安全保证措施，对施工人员进行技术交底，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。（2）施工人员及机械进场准备，做好现场劳动力的组织，准备好各种设备，保证施工机械的完好，使其满足施工要求。（3）管棚钢管、导向管、注浆材料等施工材料的采购，钻孔、注浆等设备的进场报验。材料的试验，配合比的设计，原材料的抽样送检。施工场地的平整，水、风、电的设置，其他施工辅助措施的准备。4.4 施工技术参数由于南竖井拆迁进度缓慢，制约四号线整体工期，为满足工期要求，火车站站一期暗挖隧道大管棚施工时，由北向南进行三根打设长度试验，剩余管棚打设长度根据试验结果确定。从目前实际情况看，从北向南大管棚至

12、少需要打设160m，才能与北侧的开挖相匹配，根据前期施工总结打设此长度可以保证精度，能够满足设计要求。由北向南打设管棚在保证安全、质量前提下尽可能长，尽量避免北向南开挖停等，缩短总工期。管棚施工技术参数统计表 表4-1序号项目设计参数备注1钢管规格159无缝钢管，t=8mm2钢管连接方式丝扣连接,连接长度150mm3管棚孔口位置拱顶开挖轮廓线外250mm位置4管棚布置形式拱部150布置，环向间距0.4m5外插角126注浆水灰比1:17注浆压力0.50.8MPa4.5 施工工艺（1）测量定位测量组根据设计图纸，现场实地放样出每根管棚的具体位置,采用水泥钉作准确标记，并用醒目的油漆对孔口位置作明显

13、标识，对管棚位置进行编号，详见图4-2。图4-2 管棚施工编号图（2）搭设作业平台1）钻机平台用I22a的工字钢搭设，平台长度尺寸为9m，高度根据施工现场实际尺寸加工，步距设置为2m。顶部满铺厚度为8cm8cm方木条。立柱间距为1.5m1.5m，立柱顶部横梁间距为1.5m，纵梁间距为1.5m，工字钢节点连接采用2块0.36m0.22m0.01m钢板配合4个M20mm长70mm螺栓连接，钢板与工字钢焊接连接。立柱底部焊接0.36m0.36m0.01m的钢板，钢板与初支仰拱采用膨胀螺栓连接。为保证作业平台安全和临时仰拱结构的稳定，在隧道临时仰拱下方设置支撑体系，支撑体系的设置要求同平台加固要求。管

14、棚作业平台及支撑体系搭设示意图4-3、4-4：图4-3 管棚作业钢平台整体效果示意图图4-4 管棚作业钢平台节点连接大样图（4）管棚开孔施工前，测量人员对已预埋的套管管位、角度进行认真复测，误差超限者应进行调整。开孔定位，调试角度必须由专人负责，并且做好复检，确保无误。管棚开孔采用地质水钻进行对封闭掌子面部分进行开孔，使用时钻机固定在平台底部，人工配合打设定位。（5）管棚加工采用台式多用钻床对1598mm的管棚进行加工，根据长管棚的长度，考虑相邻钢管接头必须错开以及受现场施工条件限制的因素，奇数孔第一根下管长度2m，其余为4m，偶数孔最后一根下管长度2m，其余为4m。丝扣长度为150mm，丝扣

15、为2mm的螺旋方丝，钢管一端为丝，另一端为外丝，丝扣加工端正，不得偏位。（6）钻机就位钻机定位：钻机要求与已设定好的放样点重合，必须精确核定钻机位置。用水准仪、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管棚轴线相吻合。钻机的安置的位置距离工作面不小于1m为宜。钻机安置后，根据钻孔要求进行严格定位定向，钻杆穿过孔口钢管，把钻杆的平行线延伸固定下来，以达到钻机钻进的导向作用。（7）钻孔1）钻机调试完成后，安装管棚钢管及有线导向仪器进行钻孔定位，精确测定孔的平面位置、方向和外插角，采用水平尺和导向仪互检办法精确施工角度，并对每个孔进行编号。2）钻孔时直接用159mm，壁厚8mm棚管钢管

16、做钻杆，形成满眼钻进，有效地约束钻头。钢管前端安装185mm楔子板合金钻头，钻头前端有两个直径约6mm的小孔。泥浆泵将冲洗液先注满棚管，然后冲洗液通过小孔高压喷射出去，对土体进行切割破除，钻头楔形板旋转顶进过程中同时对土体进行修复性切割，使土体形成略大于管径的孔，原地层渣土通过与冲洗液的搅拌形成泥浆，泥浆从管壁与土体之间的间隙中外流，直至流到孔口。如此循环棚管不断前进。钻孔时由底至高，隔孔施钻。起钻时，钻机保持低速低压，待入孔2.0m后，适当加压。图4-5 导向楔形板钻头图4-6 管棚钻进原理图3）在钻进过程中跟管随钻头进行跟进，采用159壁厚8mm分节式无缝钢管，采用螺纹套丝连接，丝扣螺纹段

17、长度150mm。在钻进过程中禁止钻杆回旋，防止钻头、钻杆脱节，造成掉钻现象。4）为防止地下水土流失，控制沉降。在管棚施工时采用中小水量、低转速、中低压力、快速给进的钻孔原则。钻进时泵压控制在0.40.8MPa，泵量为20-50L/min为宜，保持中低压力，匀速中速钻进。并在管棚开孔后在孔口安装孔口回水阀，控制水压，确保钻孔时孔回水量小于等于进水量，以平衡孔压力。图4-7 孔口回水阀示意图5）角度控制：每跟进一节管棚，必须使用导向仪器进行施工角度检查，如果发现偏转，立即采用楔形钻头进行角度纠正。6）认真作好钻进过程的原始记录，及时对土体进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报的参考资料，

18、指导洞身开挖。（8）导向及精度控制1）导向控制：在钻头部位安装有线导向仪信号棒，根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的楔型钻头改变钻头的钻进方向。钻头装有特制的传感器，传感器通过有线线缆同管外的PLD显示屏连接。当钻机匀速旋转钻进时，钻杆轨迹基本是平直的。利用显示屏反馈的信息来控制导向钻头在施工过程（控制原理见图4-8）中的方位。图4-8 导向纠偏系统原理图2）精度控制：根据该地段地质情况，现场159管棚打设采用水切割钻进方法，为确保管棚打设精度，采用有线导向仪（导向仪系统包括接收仪、探棒为有线连接）控制钻杆的水平精度，用楔掌斜板导向钻头调整管棚管进行打设。为保

19、证安全、准确、高效进行施工，探棒安装在导向钻头后部200mm处。导向钻头示意详见图4-9：图4-9 导向钻头示意图在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向。根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用随时可调节方向的钻头（一般为楔型钻头）改变钻头的钻进方向，从而按设计要求完成管棚的打设。探棒装有特制的传感器，传感器直接由15V直流供电。显示屏显示钻头的倾角（水平角度）、面向角（导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面）。打设角度如果偏下，可以把钻头调整到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同时在6点纠偏可以使钻

20、头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。终孔偏差可以控制在5以。3）纠偏控制：显示屏可实时显示钻头部位的仰俯角度和楔形板的朝向。正常打设管棚过程中，棚管一边旋转一边前进，如果钻头处角度低于设计轨迹角度，则将楔形板旋转至正上方（如图朝向），此时停止旋转、直接顶进，钻头楔形板通过土层的反作用力产生向上前进的趋势，此时角度会逐渐上升，达到往上纠偏的效果，角度达到设计规定后再继续旋转前进。同样道理，上、下、左、右各个方向均可以进行纠偏。（9）注浆1）注浆原理管棚打设完毕后，调整孔口密闭装置，从孔口开始注浆。浆液采用水泥浆，浆液通过管棚，

21、从管头钢管外环状间隙开始回流，管空气则通过设置在孔口密封装置上的排气孔排出。当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续灌注浆液，使浆液充满钢管及周围空隙。注浆要有保压措施，环状间隙保压靠单向阀与开关回水阀门及孔口密封，管棚保压靠单向阀与孔口密封装置，见图4-10。图4-10 管棚注浆原理图2）注浆参数注浆浆液采用水泥浆，注浆参数：水泥浆水灰比1:1，注浆压力0.50.8MPa，施工中应根据实际地质情况，在满足设计要求的情况下，对注浆参数进行适当的调整。3）注浆顺序管棚注浆遵循“先两侧后中间、由稀到浓”的原则。注浆施工由两端开始施工，向隧道拱顶方向推进，开始时的注浆的浆液浓度要低一点，逐渐加浓至设计浓

22、度。4）浆液拌制水泥浆水灰比采用1:1，浆液的拌制要均匀，其具有良好的流动性和粘稠度，严格按照设计配合比进行水泥浆液的拌制，搅拌工作不能停止，一直至注浆完毕为止。5）管棚注浆注浆应严格按照设计压力进行，压力控制在0.50.8 MPa，注浆前先检查管路畅通和机械运转状况, 注浆前对掌子面进行封闭，确保注浆过程不漏浆，注浆要填充满钢管及周围的间隙，注浆量必须满足设计要求。注浆顺序为先低孔后高孔，先注无水孔后注有水孔，从两拱脚向拱顶对称进行。注浆时应徐徐加压，注浆标准为单管注浆量达到设计值或注浆压力达到终压并稳压20分钟以上，孔不再进浆，表示已注满，注满后，浆液有时会从封口处均匀溢出。注浆完毕后，应

23、把注浆量与理论数值相比较，当注浆量小于理论数值时，说明管未注满，此时应该停止注浆查明原因后再进行压注。（10）洞防排水超长大管棚施工为带水作业，同时受地下水影响，成孔过程中孔出水量较大，为避免仰拱初支结构长期浸泡影响结构稳定，钻孔之前，在隧道仰拱初支表面铺设防水卷材一道，将施工用水及地下水导引至集水坑后集中排出。4.6质量控制标准及验收方法（1）原材料控制措施管棚所有钢管进场应按批次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，其质量应符合国家有关规定及设计要求。检验批次数量：同批号、同炉罐号、同规格、同交货的钢管，每60t为一批，不足60t按一批计。现场每批抽检一次

24、。水泥采用PO 42.5普通硅酸盐水泥，其质量因满足施工要求。检验批次数量：对同一水泥厂生产的同期出厂的同品种、同强度等级水泥，以一次进厂的同一出厂编号的水泥为一批，但一批的总量不得超过200t。随机地从不少于20袋中各采取等量水泥，经搅拌均匀后，从中称取不少于12kg水泥作为检验试样。（2）钻孔质量控制措施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。2）保证钻机就位及施工过程中，地面沉降量小于10mm。3）钻孔外插角12以为宜，工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，控制在12。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。4）严格控制钻孔平面位

25、置，管棚不得侵入隧道开挖线，相邻的钢管不得相撞和立交。5）钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确，钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜度超过设计要求，及时纠正。6）钻杆晃动时，应适当降低钻速，防止因扩孔而改变仰角。7）钻进结束后应对孔深进行量测。8）孔口距偏差不超过150mm，孔深偏差不超过50mm。9）掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。（2）管棚接管质量控制1）隧道纵向同一横断面的接头数量不大于50%，相邻光管的接头至少错开1m。2）接管时，两钢管的断面应相吻合，并保证中心线在一轴线上。3）丝扣连接钢管时，单、双序孔的连接丝扣宜错开半个节长，丝扣连接钢管做到

26、各丝扣连接必须拧死。4）钢管插入孔的长度不得短于设计长度的95%。5）钢管型号、质量和规格等应符合设计要求。6）钢管插入后，应外露孔口管长度不小于0.1m。（3）注浆质量控制1）严格按照设计配合比配置浆液。2）施工中调整好各工序，尽量缩短注浆的时间。并在灌入前，进行孔外的凝结时间试验。3）搅拌浆液应随施工不间断进行。4）严格保证注浆持压时间。5）注浆应持续进行，中途不得中断，如被迫中止时，应用清水将孔浆液冲洗。6）注浆时压力要严格按照要求进行控制，不能太大，以免浆液压力影响邻近周边建（构）筑物。并应在适当位置检查注浆效果，根据检查结果，调整注浆压力等有关施工参数。7）卸管后应立即进行封堵，并在

27、注浆过程中随时观察周边土体有无溢浆现象，待浆液均匀流出时，再进行封堵。8）施工前对各个孔位进行编号，认真做好注浆记录。5、质量保证措施5.1质量保证组织为保证工程质量，组织创优管理，成立以项目经理为组长的质量领导小组。小组定期进行质量检查，召开质量分析会议，分析质量保证计划的执行情况，及时发现问题，研究改进措施，积极推动项目经理部全面质量管理工作的深入开展。质量领导小组组织如下： 组 长：梁西军副组长：徐岩军、仇峰涛成 员：钊、飞、腾、高鹏、宏刚5.2钻孔质量保证措施为保证钻孔孔位、深度及钻孔垂直度满足设计要求，保证喷射管能够顺利下到设计深度，施工中要按以下技术要求进行控制：（1）用全站仪打设

28、中线，以及控制点，经纬仪以及水准仪控制导向管高程、倾角、方向，并填写工程控制点放样（复核）记录表及施工放样报验单。（2）钻机定位要稳固，钻具安装好后，做到钻机与孔口同心。（3）钻机定位后，根据管位高度，用仪器精确测定其仰角和方位角，通过前后微调进行调整，以确保施工精度与质量。（4）钻进中，每次加尺后，须先钻进，后起出进行棚管丝扣连接（即先钻后接），以免钻进时扭力造成开焊。（5）随着不断地钻进，经验的积累结合地质情况的变化，对技术参数不断地适时调整。（6）如遇到异物，不可钻进时，机手与钻工要特别注意孔变化，发现异常（卡钻、别钻，见硬物等）须立即停钻，做出判断，采取措施。以防发生工程事故。5.3原

29、材料质量保证措施所用水泥，在使用前确保每批都须有质保书，并按规要求批量、批次抽样送有资质检验单位检测合格后方可投入施工使用。5.4注浆质量保证措施（1）严格控制水泥浆液的水灰比，利用机械搅拌水泥浆液，水泥采用进料机均匀进料。对拌料工人进行灰浆配比技术交底，并对搅拌桶做明显标记，已确保浆液配比的正确性。（2）不定期用比重计检测水泥浆液密度，确保浆液质量。（3）配置好的水泥浆用滤网过滤，喷浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥沉淀。（4）浆液存放时间：当环境气温10以下时，不超过5h；当环境气温10以上时，不超过3h；当浆液存放时间超过有效时间时，按废浆处理。（5）注浆过程应派专人负责填写注浆记录表，记

30、录注浆时间、浆液量、注浆压力等数据, 观察压力表值。6、安全保证措施6.1总体施工安全（1）施工现场安全1）进入施工现场必须戴安全帽，严禁穿拖鞋；特殊工种必须持证上岗，严禁无证作业；严禁酒后上岗，上班时作业认真，严禁嬉戏、打闹。2）施工材料堆放有序，不侵入运输通道施工界限。3）危险品必须严格管理，其存放、运输、使用均要符合国家和地方的有关规定。4）调制水泥浆时，应戴好防尘口罩。5）加强仓库的防火措施，设置安全岗哨和标志，配足灭火器材，发现事故苗头和隐患及时排除，杜绝重大事故发生。（2）施工机械安全1）施工设备进场后及时验收，设备报验的资料要齐全，不得使用报废设备进场施工。2）施工机械的转动部分要有安全罩。3）机械定期维修，确保作业安全。4）钻机高速钻孔施工时，负载荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢提升速度或补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源。5）在危险地段设立安全标志。机械移位，须切断电源，必须有专人照管电缆。6）高压泵、钻机、浆液搅拌机等要密切联系配合协作，一旦某部位发生故障，应及时停泵停机，及时排除故障。（3）施工用电安全1）严