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来源:未知 浏览次数: 日期:2019-02-22 08:40
隧道逃生管道技术关注管棚施工工艺工法
管棚超前支护法是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进的新技术。管棚法作为隧道施工的一种辅助方法,在软岩隧道施工中穿越破碎带、松散带、软弱地层,涌水、涌砂层发挥了重要作用。管棚是利用钢管作为纵向支撑,钢拱架作为横向环形支撑,构成纵、横向整体,不仅沿隧道纵向具有梁结构的作用,在横断方向还具有拱形结构支护效果。由于其刚度较大,因此能够很好的阻止和限制围岩变形,并能提前承受早期围岩压力。
工艺工法概况
目前,管棚在隧道工程中较常采用,尤其是洞口位置处,围岩多风化破碎,岩质较差,为保证其进洞安全,常采用管棚作为超前支护。对于一些松散破碎的软弱围岩,采取常规的管棚施工工艺,成孔困难,套管推进不到位,管棚施工质量无法保证,可采取跟管钻机对于软弱围岩管棚施工。
管棚的成孔方式主要有两种:一是管棚引孔顶入法,当钻进地层易成孔时,一般采用先钻孔、后插管得方法,即钻孔完成经查合格后,将管棚连续接长,由钻机旋转顶进将其装入孔内;二是管棚跟管钻进法,当地质状况复杂,遇有砂卵石、岩堆、漂石或破碎带不易成孔时,可采用跟管钻进工艺,即将套管及钻杆同时钻入,成孔后取出钻杆,顶入管棚,拔出外套管。
工艺原理
管棚支护结构,一般按松弛荷载理论进行设计。根据围岩地质条件和施工条件进行力学计算。钢管直径多选用80~180mm,钢管中心距离一般为30~50cm。钢管长度视软弱破碎围岩的厚度而定,一般为10~45m。钢管以较小的仰角沿岩面打入,形成了一个梁结构来承担围岩的压力。钢管采用内注水泥浆、化学浆液或细石混凝土、劲性骨架来增加钢管刚度。
工艺工法特点
(1)在管棚超前预支护的作用下开挖,可以防止地表下沉和围岩坍塌,以保证施工过程中的安全。
(2) 管棚一次超前量较大,支护过程中搭接较少,节省材料。亦可减少安装钢管次数,并减少与开挖作业之间的干扰。
(3) 施工速度快,支护效果好。
工艺流程及操作要点
1
施工工艺流程
2
管棚施工序操作要点
开挖管棚工作室
(1) 工作室确定
工作室应选择设置在围岩稳定地段,尽量接近加固地段,以缩短管棚长度;在软弱围岩中开挖工作室,要加强支护,必要时进行混凝士衬砌。
(2)工作室尺寸
为便于架设钻机,安设钢管,工作室断面应挖至隧道开挖线以外1~1.5m,最低钻孔以下1m。工作室长度应满足设备施工需要。
钻孔施工工艺
(1)准备工作
首先,在开挖轮廓线以外施作混凝土套拱作为长管棚导向墙。浇注前,应在套拱内按设计仰角安设孔口管起导向、固定作用。孔口管的直径应大于长管棚直径。导向管由定位筋焊接固定在钢拱架上。
(2)钻机就位
钻机就位处的土层应进行夯实,确保在钻进过程中,钻机不发生倾斜或滑动。钻机的底坐应用水平尺或水准仪将其调平。钻臂的仰角与设计仰角相同。
(3)钻进
①施钻时,钻机大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动,提高施钻精度。
②钻机开孔时钻速宜低,钻深20cm后转入正常钻速。
③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,不符合要求的应更换以确保正常作业。
④由于软弱围岩的厚度,无法准确的判定,有时达到了设计深度,可岩质仍然比较差。因此,在钻进过程中应注意对石粉的收集分析,根据钻进深度对石粉取样,作好记录。
顶管施工工艺
(1) 准备工作
顶管前,应根据管棚长度,对钢管进行下料,保证钢管接入后接头不在同一断面上。为接管施工方便,应搭设施工台架。
(2) 顶入施工
钢管顶入时,一般采用人工,也可借助于挖掘机、手动液压千斤顶、凿岩机、液压钻的冲击力等机具辅助进行顶入施工。采用机具顶入时,应缓慢,稳妥,并随时掌握好方向,防止硬顶,将管顶弯,至使施工中断。
(3) 连接
采用焊接连管时,应将第二根管固定在施工台架上,并保证两根管中心在同一直线上,接口处应严密,并检查钢管仰角与设计是否相同。
注浆施工工艺
(1)注浆顺序
管棚注浆顺序遵循“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,开始时注浆的浆液浓度要低一些,逐渐加浓至设计浓度。
(2)浆液拌制
浆液的拌制要均匀,具有良好的流动性和粘稠度。如要求掺入水玻璃时,应先浆水泥浆拌制好,按配比称量出水玻璃的质量,徐徐加入,并随加入随搅拌,搅拌工作不能停止,一直至注浆完毕为止。
(3)注浆压力与注浆量控制
有设计要求时应按设计压力施工,无说明时应根据现场试验来确定。实际注浆量应大于理论计算的注浆量。为防止注浆时跑浆,在掌子面应喷射20cm厚混凝土,孔口管与钢管端部应用较粘的素水泥浆封堵严密,待其凝结硬化后方可开始注浆。注浆时应徐徐加压,达到压力后,表示已注满,注满后,浆液有时会从封口处均匀溢出,有时也会从周围的岩隙裂缝处溢出。注浆完毕后,应把注浆量与理论数值相比较,当注浆量小于理论数值时,说明管内未注满,此时应停止注浆查明原因后再进行压注。
问题及解决措施
(1) 排碴困难
由于岩层比较松散潮湿,所钻钻孔排出的岩碴多为泥团, 当钻孔较深时, 泥团容易堵塞管孔, 排碴十分困难, 当钻进至设计孔深, 开始退出钻头时, 发现管内岩碴严重卡钻。因此在钻进过程中, 须严格控制进尺, 勤吹孔,必要时从钻杆内向钻杆与套管的环状间隙内送水洗孔, 然后退钻。
(2) 钻头脱落
在钻进过程中经常发生偏心钻头脱落事故, 经分析主要原因是偏心钻头横销材质较差,易断。当事故发生后,先拔出套管,然后用筒状岩芯管取芯钻进取出钻头。重新钻进时再重新选用轴承钢加工横销。
(3)跟管钻进蹩钻
在跟管钻进过程中,当钻头遇地下隐埋物,如硬质石英砂岩或土石软硬不均时,钻进过程会发生严重蹩钻,导致钻具无法正反转,遇到此种情况需及时拔出套管,取芯钻进后再跟管钻进。
 


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