《水平长大管棚超前支护施工工法》.doc

1、海底隧道连接线工程穿越复杂建筑群处超前支护施工工法第五工程有限公司路桥四公司 樊延祥1. 前 言胶州湾海底隧道是青岛市规划“南隧北桥”中的南隧,是胶州湾海底隧道和快速路三期的重要纽带。胶州湾湾口海底隧道青岛端接线工程,南起胶州湾湾口海底隧道青岛端终点，向北以上下行分离式双洞隧道形式分别沿四川路、云南路向北，在东平路路口北侧出地面后开始高架，于山西路路口上方合流后接入快速路三期工程。云南路主隧道（左线）起点里程ZK1+095.98，分界点里程ZK2+755,长1659.02m。为单向三车道，最大开挖宽度为17.5m，最大开挖高度为13.08m，断面方186.2m3。埋深在3-25m之间，多为一倍

2、洞径。工程位于青岛市老城区，隧道穿越云南路地下，道路的两侧均为密集的居民小区和高层建筑，隧道从建筑物边缘甚至下部通过，且地表埋深浅，建筑年代久远且较为密集，地下管线较多，给隧道的施工带来了极大的难度。为确保云南路隧道洞口和运营的安全，采用水平长大管棚超前支护加固技术，有效控制了地表沉降，其成功经验值得类似地下工程借鉴。2.工法特点2.1 浅埋暗挖隧道采用108大管棚支护，刚度大，能形成有效承载拱。2.2 一次性施作30m以上的水平管棚，洞内不需作工作室，效率高。2.3 设备简单，操作方便安全。3.适用范围3.1 适用于软弱围岩地层浅埋暗挖的地下工程超前支护。3.2 适用于地下工程的不良地质灾害

3、的处理，如富水断层、隧道坍方、高应力大变形围岩。 3.3 适用于城市下穿既有公路的地下工程的超前支护。4.工艺原理长大管棚是一种隧道及地下工程的超前支护技术，即按隧道开挖轮廓线外侧向前分地层按一定间距打入钢管，并通过钢管的出浆孔对土层进行注浆加固，钢管与地层形成承载拱，起到超前支护的作用，以控制洞室变形。5.施工工艺及操作要点5.1 施工工艺流程（见图5.1-1）5.2施工操作要点5.2.1.施工准备疏排地表水，洞口仰坡稳定地层，增设环型截水沟一道，拦截地表水建立枝状排水系统，使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围，以防积水下渗 。5.2.2引排地下水为引排洞口段地下水，在适当位置钻设个20cm

4、降水井，利用深井潜水泵和螺杆泵抽取地下水以疏干土体，降低洞口周围地下水位。测量放线导向护拱施工钻机就位引 孔清 孔顶进钢管注 浆封 口钢管加工注浆参数选定监 测图5.1-1 长大管棚施工工艺流程图5.2.3导向护拱施工为确保大管棚施工的精度，使钻头、钻杆钻进时始终保持同一钻进角度、方向。在管棚钻进前，先在隧道洞口浇注管棚施工导向混凝土护拱。导向护拱内安设导向管，导向管根据管棚进出口坐标，焊接定位固定于护拱内钢筋格栅钢架上，焊接前对每一根导向管位置进行坐标测量定位，施工时注意调整导向坐标时考虑由于钻机沉落或其它因素而产生的各种偏差，取调整误差10，导向管调整3.5cm，用于角度控制，防止由于各种

5、因素造成管棚下垂而导致侵入隧道界限。5.2.4 108大管棚加工及连接为了使浆液充分渗入地层，使得隧道拱部围岩形成加固壳，管棚采用花管，即在钢管上布置10mm的注浆孔，孔眼排列呈梅花形，间距为25cm25cm。钢花管加工见图5.2.4-1每一根管棚在安装最后一节时，在钢管上要预留1.5m长不钻注浆孔，以起到止浆作用。钢管连接采用套管连接法（见图5.2.4-2）。5.2.4-1 钢花管加工图图5.2.4-2 钢管连接图5.2.5钻孔钻孔选用03600的地质钻机，采取隔一钻一方式。钻孔前应调整钻机位置，使钻杆能平顺地置于导向管内，开孔时低速慢进，保持钻干顺直，钻进过程中一般采取中压慢进，中等转速及

6、中量循环液，防止钻速过快使钻道偏斜。在钻孔过程中及时检查钻孔方向的准确性，经常用测斜仪测量钢管钻进的偏斜度，同时要把钻芯取出来，做好岩性记录，用以对隧道开挖提供超前地质预报。5.2.6顶进钢管使用钻机自身的伸缩进行顶管，一旦出现顶进困难时，采用手动葫芦固定于护拱上铺助顶进，下管时3m及6m钢管交叉使用。5.2.7注浆（1） 注浆参数的选定注浆参数 水泥：水玻璃=1：0.5（体积比）水 灰 比 1：1水 玻 璃 35玻美度注浆压力 初压0.51MPa；终压22.5MPa缓 凝 剂 根据试验确定掺量（2） 注浆施工注浆前先用浆液把孔中水压出管外，待浆液流出并且浆液浓度与浆池中相同时，再密封孔口钢板

7、，加压并要稳定压力在0.51Mpa之间，每根管棚要连续注浆，以设计注浆量和注浆终压作为注浆结果标准，设专人做好注浆记录。注浆结束后用M10水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。5.2.8体会（1） 城市浅埋隧道洞室开挖时，围岩的应力场和位移将发生调整，使洞室发生收敛变形，并波及地表，引起地表的沉降，根据开挖理论分析计算及地下工程现场监测数据表明，开挖导致的瞬时位移在施加初期支护形成受力之前，洞室的收敛位移增长很快，约占总位移的60%以上，因此浅埋暗挖隧道超前大管棚支护是控制地表沉降关键措施，对防止隧道塌方十分有效。（2） 管棚在成孔过程中会产生一定程度的“超挖”，设计采用108管棚，孔直径将比钢管

8、直径大15mm左右，此部分空间将由管棚注浆进行填充；本工程管棚穿越土层为粉质粘土和混合土，在注浆之前存在塌孔的危险，会产生一定的地表沉降，根据国内大管棚施工经验和数据分析，从最不利角度考虑，管棚塌孔引起的沉降在9mm左右，实测最大沉降量为6.3mm（此部分沉降渐变累计形成），对路面行车安全没有影响。5.3 劳力组织（见表5.3-1）表5.3-1 劳动力组织序号作业班组主要工作内容人 数1现场管理人员现场组织、指挥和协调12技术人员施工方案的编制和实施23测量员现场测量控制及监控量测34试验员各种原材的检测，注浆参数的选定，现场试件的制作及强度试验等35钢筋班钢筋加工，顶进及焊接106钻孔班负责

9、引孔127注浆班管棚注浆86.材料与机具配备（见表6.1-1）表6.1-1 机械设备序号机具名称规格型号单 位数 量1钻机TXU-200台32注浆机BW-250台23电焊机BX-400台24水泥搅拌机350型台25手动葫芦台36潜水泵XQY-15台27.质量控制1. 导向管的定位误差应10mm，倾角10，每钻进46m校正一次方位，及时纠偏。2. 钻机工作平台要牢固，保证钻机处于稳定的工作状态。3. 清孔后及时下管，防止坍孔。若遇孔内涌水涌泥，立即停钻，注浆封孔。4. 钢管接头应错开，同一截面接头数不超过50%.5. 为防止地表变形，应严格控制注浆压力和注浆量，及时调整注浆参数，同时进行地面变形

10、监测。6. 为提高管棚钢度，钢管内下钢筋笼或套管，管内注水泥浆。7. 施工过程中认真记录钻进、钻渣、注浆情况，原始记录应作到全面、正确、及时。8.安全措施 1、建立健全安全岗位责任制，从指挥部到作业班组，实行安全责任检查制，专人负责制，对违章者严加惩处。 2、未经岗前教育和安全教育者不得上岗工作，考试不合格者也不得上岗工作。 3、施工现场的工作人员要戴安全帽，非人作工员不得进入施工现场。4、加强对围岩进行动态监控量测及地表道路沉降观测，实行信息化管理，科学地组织施工。5、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。9.环保措施 1、网管内注浆时，操作人员应

11、戴口罩、眼镜和胶手套。 2、施工过程中产生的废渣、废料，工后需认真清理，防止造成环境污染。 3、夜间施工，需有良好的照明条件，并降低噪音污染。10.效益分析城市浅埋暗挖隧道采用水平长大管棚超前支护，有效控制洞室变形和地表沉降，确保了城市道路干线的行车安全，综合效益显著，并形成一整套成熟的施工方法，对类似工程具有指导意义。11.工程实例青岛海底隧道接线工程超前支护为拱部108大管棚，长度为30m长，管棚间距0.4m，总计51根。根据工程进度安排，每天同时投入3台钻机，每台钻机每天完成1根管棚施工。连接线隧道开挖后，证明了水平超长大管棚超前预支护效果显著，地表最大沉降18mm，避免了隧道开挖后临空面失稳而导致塌方，施工安全得以保证，效果很好。 5