1、900m 隧道工程大管棚超前支护钻孔下钢筋笼注浆隧道工程大管棚超前支护钻孔下钢筋笼注浆施工方案施工方案编制单位：编制单位：编编制制:审审核：核：批批准：准：二XX 年 X 月目录1.前言.32.工程概况.32.1 概述.32.2 大管棚变更情况.42.3 大管棚超前支护方法.5管棚的性能特点及适用条件.63.施工工艺.83.1 测量放样.93.2 钻孔.10两台钻机钻孔顺序示意图.113.3 配管.123.4 送管：.133.5 下钢筋笼.1436 管口封闭.1436.2 注浆管构造.1437 注浆.1437.1 大导管注浆施工参数.1437.2 大导管注浆量计算：按下式计算.152注浆量必须2、大于钢管的净空容量。.1637.3 浆液的调制步骤：.1637.4 注浆方式及顺序.173注浆方式.173注浆顺序.17采用以下两法进行检查.183.8 沉降观测.193.9 事故预防和处理.193.10 机具设备和劳力组织.20大管棚作业机具设备表.204.安全措施.214.1 加强全员安全意识教育;.215.结论.226相关知识点.236.2 注浆方式有前进式、后退式及全孔式等。.232.本产品为四川南川市兴明化工厂生产。.236.4 注浆机具设备选择.246.5 围岩孔隙率和注浆充填率.25围岩孔隙率和注浆充填率表 3.257.主要参考书目.251.1.前言前言XX 市 XX 至 XX 3、二 级 公 路 一标 段 下 XX 隧 道 全 长900m(K5+100K6+000)，但其进口处于破碎土岩堆地段长达182m,且最浅埋深仅 2m,同时围岩含水量大，工程力学性质差，开挖后易坍塌，成洞困难。为确保开挖稳定，进口段 55 m，隧道拱部 120范围采用1088mm 超前大管棚注浆支护辅助施工，共设两环，每环钢管总长度 30m。我公司施工类似大直径的长大管棚，并且达到两环以上（包括两环），这是第一次。其施工工艺和方法尚无成熟的经验可以借鉴，需要进行摸索和研究。因此有必要对108 大管棚超前支护的施工方法、适用机械、劳动组织等进行研究和总结，以便更好地加以推广和应用。将108 大管棚超4、前支护的施工工艺，形成一整套操作性强、系统完整、详实准确、技术含量高、有推广价值的成果。对于提高工程的科技含量，增强技术创新能力，全面贯彻“科技是第一生产力”，推动公司的科技进步和“科技兴企”战略的实施，都具有重大的意义。2.2.工程概况工程概况2.1 概述XX 至 XX 二级公路一 标段下 XX 隧道位于 XX 县城南郊下XX，隧道穿越下 XX 山，进口里程 K5+100，出口里程 K6+000，全长 900m，路线设计纵坡-3%、-0.094%。进口 30.632m 及出口段 192.75m 分别位于半径为 120m 及 200m 的曲线上，其余地段位于直线上。进口 K5+100 段 555、m，为类围岩，隧道位于坡积碎石土层上，含水量大，埋深浅，工程力学性质差，围岩开挖后易坍塌，成洞困难。于隧道拱部 120范围采用超前大管棚注浆支护辅助施工（大管棚共布置两环），边墙及仰拱采用超前小导管注浆支护辅助施工。且设 2 榀/m 拱、墙、仰拱格栅钢架加强支护。隧道开挖最大尺寸为宽高=13.24m9.86m。隧道衬砌内净空宽度为 9+21.0 米。限界净宽:10.5m，限界净高:5.0m。2.2 大管棚变更情况原设计管棚里程段为 K2+438K2+488（50m），管棚长度60m，分两环布置。变更一：管棚里程段由 K2+438K2+488（50m）变更为K2+433K2+488（55m），形6、成两个方案：按两环布置，管棚长度为 65m（里程段+一个接头+超前量=55+5+5=65m）；按三环布置，管棚长度为 70m（里程段+二个接头+超前量=55+52+5=70m）。考虑到按施工，每环管棚长度都超过了 30m，很难达到规范和质量要求。故采用，每环长度分别定为 24m、24m、22m。实际施工时，钻孔记录显示，第二环管棚已有 2m 伸入岩层，这样，第三环管棚已无必要，将其取消。变更二：钢管接头原设计为管子两头车公螺纹，对接后，外套厚壁管箍，将丝扣上紧。考虑到加工螺纹，费用很高，故变更为两种接头方法：外套管和丝扣法。其中，外套管法用于第一环大管棚，丝扣法用于第二环大管棚。2.3 大管棚7、超前支护方法管棚构造管棚由钢管和钢格栅拱架组成。管棚是利用钢格栅拱架，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角，向开挖面前方打入钢管，形成对开挖面前方围岩的预支护。见下图隧道中线线路中线路面高程0.0150.015108超前大管棚 壁厚8mml=24m,间距3050cm,每环布置35根棚管的环向布置棚管的侧向布置大管棚纵向接头平面布置图其余均以米计。管棚的性能特点及适用条件管棚是利用钢管作为纵向支撑、钢格栅拱架作为横向环形支撑，构成纵、横向整体刚度较大，能阻止和限制围岩变形，并能提前承受早期围岩压力的一种超前支护形式。管棚适用于特殊困难地段（如极破碎岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、强膨胀性地层、断层8、破碎带、浅埋大偏压等围岩）的隧道施工中采用。长管棚与短管棚相比，其一次超前量较大，可减少安装钢管次数，并减少与开挖作业之间的干扰，适用于大中型机械进行大断面开挖。管棚支护结构要点大管棚钻孔孔口位置沿隧道拱部开挖轮廓线外 10cm布置，环向中心间距 40cm，外插角约，每环 35 根。钢管采用外径108、壁厚 8mm 的无缝钢管，每环钢管总长度为 30m。钢管分段安装。第一段按奇、偶数分别编号，奇、偶数不同的管长相差 2m（若奇数管长为 4m，则偶数管长为 6m），其后各分段管长可取相等长度（6m）。两段之间用丝扣连接，丝扣螺纹段长度不小于 15cm。钢管上钻注浆孔，孔径为10mm，孔间距 509、cm，呈梅花型布置。钢管尾部 2m 不钻孔作为止浆段。为提高钢管的刚度和强度，钢管内增设由4 根20mm 螺纹钢筋和固定短环组成的钢筋笼，固定环采用外径42mm、壁厚 8mm，长 4cm 的短管环，环向间距 1m。纵向两组管棚间，应有不小于 3.0m 的水平搭接长度。钢拱架采用钢格栅钢架。（4）在钢管内放置钢筋笼并灌注水泥浆单液浆或水泥-水玻璃双液浆，可增加钢管刚度。(5)注浆浆夜采用水泥浆，水灰比为：W：C=0.5：1。当地下水较发肓或浆液扩散范围较大时，注浆浆液改为水泥-水玻璃双液浆。注浆压力采用 0.51Mpa。大管棚施工工艺流程图3.施工工艺施工工艺机具设备检修施工准备备料钢管原材检验10、加工钢管钢管与钻杆连接钻孔至设计深度管棚施钻完毕安设注浆管路管路压水试验注浆钻机移位钻机就位地质钻机配浆结束3.1 测量放样1第一环大管棚（K2+432K2+456）a.根据隧道进口布设的三角导线网，用坐标法测设管棚的起始中心里程（K2+433），落点。然后置镜中心点，测设中心线的垂线方向，在该方向上测设控制桩，每边各 2 个，以便随时恢复并检查方向的正确性。b.然后,在该方向上安设一钢格栅(其半径与大管棚半径相对应)，以作定位用。测设每根导管的中心线方向，并测设控制桩 2 个，同时在钢格栅上落点，于点位两端焊接20 的的短钢筋头（长 20cm），以作导向用。同时在钢格栅下边用18 工字钢布设11、五道支撑加固，确保钢格栅稳固。c钻孔的方向和倾斜度控制方向控制：在每个导管中心线方向上，均钉设两个方向桩，以控制钻孔的方向。倾斜度控制：孔外，通过测设大导管孔口及钻机中心的高程进行控制。孔内，用精密水平陀螺仪控制倾斜度，分别在距孔口 2m 处、1/2 孔深处、终孔处三处进行测量，不符合钻孔精度和要求的钻孔，必须封孔重钻。第二环大管棚（K2+452K2+476）一般测设同第一环大管棚。不同之处如下：a第二环大管棚增设工作室（K2+445K2+453），长为8m（每节1088mm 大导管长 6.0m,加钻机机身及主动钻杆必需的 2.0m）。围岩开挖后，立即初喷混凝土，架设钢格栅支撑和打设锚杆，挂网12、并喷混凝土覆盖。该工作室尺寸比设计轮廓线相应的增大,工作室纵断面示意图如下:b.由于第二环大管棚在洞内施做，工作空间狭小，且不能影响后续工序，所以不能象第一环管棚那样，将控制方向护桩钉设在地面上，而是在钻机机身中心上面的初期支护拱部设点，并用红油漆标记。同时,通过这些拱部点位的标高来反算钻机中心的高度,通过孔口及钻机中心两点的高程便于控制钻孔时的倾斜度(孔外)。3.2 钻孔检查开挖的断面中线及高程，确保开挖轮廓线符合设计要求。在开挖工作面处安设受力拱架，并在其上正确标明管棚位置；钢架安装垂直度允许误差为20，中线及高程允许误差为5cm。在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，其外插角以不侵入隧13、道开挖轮廓线越小越好。钻孔顺序见下图：线路中线隧道中线大管棚两台钻机钻孔顺序示意图说明：部和部同时开孔，同时结束；部和部同时开孔，同时结束。方向前进如上图所示。原则为：任何时候都必须保证有两台钻机同时工作。因为上导坑需人工开挖掘进，工效很低，是控制整个隧道工期的关键因素，所以必须千方百计地加快管棚施工进度，为人工开挖掘进，赢得一定的时间。按照布好的孔位及钻孔的方向和倾斜度开始钻孔。孔口位置与设计位置的允许偏差为5cm；孔底位置偏差小于孔深的 10。刚开孔时，要低压、慢转，以便于控制方向，然后逐渐地提高钻速，保持正常压力。如遇到大孤石时，则需高压、低速进行。总之，要随着地质的不断变化，相应地调整14、钻进参数。钻进时，用清水护壁，中间定期将取芯管取出，取出岩芯。当快成孔时，用水将孔内的悬浮物或泥浆、石碴等清洗出来，做到孔壁圆、角度准、孔身直、深度够、岩粉清洗干净。当出现严重卡钻、孔口不出水时停止钻孔,立即注浆。钻孔结束后，掏孔检查，在确认无塌孔和探头石时，才可安设钢管。钻头采用130 的合金钻头，遇孤石时，则采用金刚石钻头。大管棚施工完成后，成伞形辐射状。详见下图：3.3 配管为了使大管棚的整体受力效果更好，在接长管棚钢管时，钢管接头在隧道纵断面上错开 2m。下管时，由于1088mm的大导管从 46m 不等，故必须将管子相互连接起来，才能达到设计长度。管子连接采用两种方法：第一环管棚使用外15、套管法；第二环管棚使用丝扣法。丝扣法：即在一根管子的两端，分别车出一个公螺纹，一个母螺纹，螺纹长度不小于 15cm，螺纹深度不大于 1/2 壁厚（4mm）。连接时，前一根管的母螺纹与后一根管的公螺纹套在一起，用力拧紧，以防止松动，引起质量事故。外套管法：即管子两端不车螺纹，只在两根管子的接头外边套一1274mm 的外套管，长 40 cm，然后用电弧焊将缝隙焊满、焊牢。优缺点：法，省时、省力、方便，但加工费用较高。法，费时、费力、不方便，但加工费用较低。3.4 送管：只要具备足够的场地或空间，就可充分利用大型机械送管，以提高效率，并减少工人的劳动强度。第一环大管棚，利用 CAT320 挖掘机挖斗16、向前送管。但第二环大管棚由于在洞内，场地狭窄，大型机械无法操作，只能用钻机送管。成孔后，通过异型接头，用主动钻杆带动1088mm 的大导管，边旋转（克服磨擦阻力）边向前推进，直至将全部管子送到位。两环大管棚纵断面布置如下图：第一环大管棚第二环大管棚第一至第五环衬砌单位以米计这样，每一环大管棚都正好搭在两环衬砌头上，相当于过梁。可以更好地起到预支护的作用。3.5 下钢筋笼钢筋笼由 4 根20 的螺纹钢筋组成，中间内衬一428的导管环，间距 1m。钢筋笼主要是为了增强大导管的整体刚度和强度。36 管口封闭36.1 在管子端部焊一带眼的钢板，然后将324mm（长 50cm）的注浆管与该钢板相焊，就可17、以了。36.2 注浆管构造注浆管须是三通构造：一通接1088 的大导管。一通接塑胶管，一通为冲洗用（冲洗口主要是为防止水泥浆或水玻璃凝固，造成堵管，可以及时地将管道用水冲洗干净）。37 注浆37.1 大导管注浆施工参数先在1088mm 钢管上钻10mm 的出浆孔，孔距 50cm，呈梅花型布置。钢管尾部 2m 不钻花孔作为止浆段。钢管沿隧道开挖轮廓线布置，外倾角 10，间距 0.4m,纵向前后两排钢管水平搭接长度不小于 3m。单液注浆：水泥浆水灰比(W:C)为 0.5:1。双液注浆（当地下水较发育或浆液扩散范围大时，注浆浆液改为水泥-水玻璃双液浆。）：水泥浆水灰比(W:C)为0.5:1；水玻璃模18、数 2.6-2.9，浓度 35 波美度；水泥浆、水玻璃体积比 1：0.3。注浆压力采用 0.5-1.0Mpa。试配水泥浆如下：水泥浆配合比水灰比材料名称水泥水0.5:11m3用量（Kg）1123562采用双液浆时，商品水玻璃玻美度为 45be，实际要求为35be。这样，需要将水玻璃加水稀释，采用公式如下：水玻璃稀释计算公式V11+VWW=V22V1+VW=V2V1、V2稀释前后水玻璃体积；1、2稀释前后水玻璃密度；=145/（145-Be）W、VW水的密度和体积；37.2 大导管注浆量计算：按下式计算Q=r2H其中：r浆液扩散半径；H大导管长度，取 24m；岩体孔隙率，取 0.6。充填率系数，19、取 0.3。大管棚注浆量计算表010.20.30.40.524543122121713393钢管净空容量160说明：1.r、H 单位以米计；Q 单位以升计。2注浆量必须大于钢管的净空容量。注浆时，每根钢管的注浆量一般达到 300 升左右，估计扩散半径小于 0.2m。开挖以后,发现一般在 0.1m 左右。37.3 浆液的调制步骤：水泥浆液搅拌在拌合机内进行，根据拌合机容量大小，严格按要求投料；搅拌投料的顺序为：在放水的同时，将外加剂（如有）一并加入搅拌，待水量加足后，继续搅拌 1min，并将水泥投rQH入，搅拌时间不小于 3min，并在注浆过程中不停搅拌浆液；采用水玻璃浆液时，其浓度宜为 25420、00Be（取 350Be）。为稀释水玻璃，采取边加水，边搅拌，边用波美计量测的办法进行；配制水泥浆或稀释水玻璃浆液时，严防水泥包装纸及其他杂物混入。拌好的浆液在进入贮浆槽及注浆泵之前均应对浆液进行过滤，未经过滤网过滤的浆液不允许进入泵内。1配制的浆液在规定时间内注完。37.4 注浆方式及顺序3注浆方式根据围岩类别、地质条件、机械设备及注浆孔的深度选用全孔式。即钻孔直至孔底，然后一次注浆完毕。3注浆顺序先注无水孔，后注有水孔；从拱顶顺序对称向下进行。如遇窜浆或跑浆，则间隔一孔或数孔灌注。注浆结束后，利用止浆阀保持孔内压力，直至浆液完全凝固。注浆压力与地层条件及注浆范围要求有关，一般要求能扩散到管21、周 0.51.0m 的半径范围内。但应控制注浆量，每根大导管内已达到规定注入量时就可结束，若孔口压力已达到规定压力值而注入量仍不足时，亦应停止注浆，以防压裂开挖面。注浆作业要求1浆液的浓度、胶凝时间符合设计要求，不得任意变更；经常检查泵口及孔口注浆压力的变化，发现问题及时处理；采用双液注浆时，经常测试混合浆液的胶凝时间，发现不符，立即调整。注浆结束条件单孔结束条件：注浆压力达到设计终压，浆液注入量已达到计算值 80%以上。全地段结束条件：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注浆情况。注浆效果检查采用以下两法进行检查分析法：即分析注浆记录，看每个孔的注浆压力、注浆量是否达到设计要求；在注浆过程中22、，漏浆、跑浆是否严重；以浆液注入量估算浆液扩散半径，分析是否与设计相符。检查孔法：用地质钻机按设计孔位和角度钻检查孔，取岩芯进行鉴定。注浆后至开挖前的时间间隔单液水泥浆开挖时间为注浆后 8h 左右,水泥水玻璃浆为 4h 左右。注浆异常现象处理发生串浆现象，即液浆从其他孔中流出时，采用方法：堵塞串浆隔孔注浆；单液注浆水泥浆压力突然升高，可能发生了堵管，停机检查；水泥与水玻璃双液浆压力突然升高，则关停水玻璃泵，进行单液浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆；水泥浆单液或水泥与水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液23、在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间，才能避免产生注浆不饱满。3.8 沉降观测为了检测大管棚施工时对周围环境的影响及施工完毕后的效果，均须通过沉降观测进行。在地面上设 K2+441、K2+453 断面，每断面设 5 个观测桩，当大管棚注浆时，经观测，无隆起、上鼓现象发生。当开挖大管棚范围段时，经观测有一定的沉降（10cm），如遇山体整体下沉，则可达到 20 cm，这样考虑一些其它因素，在预留 2530 cm 的沉降量后，完全可以满足隧道施工和安全的要求。3.9 事故预防和处理孔的倾斜度开孔时，在土质地层中，要低速低压，以保证孔位的正确。同时在距孔口 2m 处、开24、孔 1/2 处、终孔处用精密水平陀螺仪检测倾斜度，不合格的，封孔重钻。塌孔若地层中含水量大，或地质较差时，易坍孔，可采用两种方法进行预防。泥浆护壁法对于地层中含水量不是特别大，地质属于碎石土层时，可用泥浆护壁。套管护壁法对于地层中含水量特别大，地质属于碎石层或地下暗河的地段，可采用套管护壁。此时采用1274 套管，一般的不良地段均可通过。3.10 机具设备和劳力组织需要的机具设备大管棚作业机具设备表序号设备名称及规格单位数量备注一机电设备1钻机台2XY-1、XY-1B2汽车台13交流电焊机台14注浆机台1序号设备名称及规格单位数量备注5挖掘机台1CAT-320二工具每台钻机1链钳把22管钳把225、3大号扳手把24大锤把1劳力组织分 2 个工班进行作业，每个工班 12 人，其中：施工指挥 1 人；施工技术指导 1 人；钻机司机 2 人（负责钻孔、下管）；普通工人 4 人（负责装卸钻杆、装接钢管）；电工1 人（负责供水供电工作）；电焊工 1 人；汽车司机 1 人（负责运料）；洞外调度 1 人。4.4.安全措施安全措施4.1 加强全员安全意识教育;4.2 针对本隧道工程长大管棚施工特点和要求,参照有关规范制订规章制度；4.3 加强对围岩进行动态监控量测，实行信息化管理，科学地组织施工；4.4 拆卸钻杆时，要有统一指挥、明确联络信号，扳钳卡钻方向正确，防止管钳用扳手伤人；4.5 钢管内注浆时，26、操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套。4.6 要有良好的照明条件。5.5.结论结论5.1 可采用 XY-1、XY-1B 型的轻便钻机。其最大开孔直径为 130mm，最大钻孔深度为 120m。适宜在碎石土层中进行大管棚钻孔，同时由于重量轻、分解性强，便于搬迁，适合于平原或山区工作。5.2 管棚长度控制在 25m 以内（实际按 24m 施工）为好。如按设计的 30m 长度进行施工，由于管棚过长，钻孔、下管等工序都费时费力，效率低下;同时管棚的倾斜度、掉钻量也很难控制。5.3 在粘土含量大的碎石土层中，压浆效果不理想。因为粘土比较密实，浆液不易扩散，其扩散半径较小。不能形成一个完整的具有一定厚度的砼加固圈27、。5.4 建议开挖工作室时，开挖轮廓线不进行扩大，而是在围岩开挖后，即初喷 35cm 厚的混凝土，作为支护，不设钢格栅支撑（在确保安全的前提下）。待管棚施工完毕后，再进行安设。这样可以减少施工投入。5.5 大管棚应伸入岩石层不少于 3m。这样，在山体滑动时，管棚可以分担一部分荷载，从而避免全部荷载都压在初期支护上，造成大的下沉和严重变形。5.6 大管棚的接头必须在纵向上错开。否则，接头设在同一断面上，极易出现安全隐患。6 6相关知识点相关知识点6.1 采用长度小于 10m 的小钢管称为短管棚;采用长度为 10m45m 且较粗钢管的称为长管棚。6.2 注浆方式有前进式、后退式及全孔式等。前进式注28、浆：当钻孔遇有较大涌水时，应暂停钻孔，待压浆后，重复钻孔、注浆；后退式注浆：当钻孔中涌水量较小时，则钻孔可一直钻到设计深度，然后从孔底向孔口进行分段注浆；全孔式注浆：当钻孔直至孔底，然后一次注浆完毕。6.3 水玻璃:商品名,又名泡花碱。学名硅酸钠，分子式 Na2OnSiO2，分子量 122.06,系透明,无色或淡蓝色、青灰色的粘稠液体。其参数如下：一二三四五1212121212比重(200C)be350-370390-410440-460390-410500-520模数(M)说明：1.表内一、二、四类产品主要用于包装材料的胶粘剂、制皂业和化工厂原料等；三类产品主要用于耐火材料、建筑业；五类产品29、主要用于铸造、铸钢工业等。2.本产品为四川南川市兴明化工厂生产。级别指标项目6.4 注浆机具设备选择根据注浆目的、范围、注浆液类型和数量等，选用性能好、操作简易的注浆机具设备。常用的注浆机、搅拌机，分别见表 12常用注浆泵常用注浆泵表 1序号名称规格型号主要技术指标产地（厂家）P（Mpa）Q（l/min）1液压调速注浆泵YSB-250/120122502双液调速注浆泵2TGZ-60/2102160锦西注浆泵厂3双液调速注浆泵2TGZ-120/10510.5120锦西注浆泵厂4液压注浆泵YZB-50/70750石家庄煤矿机械厂5隔膜计量泵2MJ-3/404506泥浆泵BW-250/505250衡30、阳探矿机械厂序号名称规格型号主要技术指标产地（厂家）P（Mpa）Q（l/min）7泥浆泵TBW-200/404200衡阳探矿机械厂8液压注浆泵HFV-C13200日本9液压注浆泵HFV-2D20100日本10双液液压注浆泵HFV-5D10702日本11双液液压注浆泵PF-40A151132日本12液压注浆泵ZBE1090瑞典常用进口搅拌机常用进口搅拌机表 2序号名称规格型号主要技术指标产地（厂家）1上下双筒搅拌机MVT-400有效搅拌 400L日本2 2水平双筒搅拌机MS-400有效搅拌 400L日本3 3叶片立式搅拌机CEMAG-400有效搅拌 400L瑞典4 4立式搅拌机CEM-200有效31、搅拌 200L瑞典注:国内搅拌机多为自制。6.5 围岩孔隙率和注浆充填率围岩孔隙率和注浆充填率围岩孔隙率和注浆充填率表 3粘土粉砂砂砂砾堵水加固堵水加固堵水孔隙率(%)范围值5070406046504048304046504048406028402240标准值60504844354844503431充填率(%)约 30约 20约 60约 60约 50约 50约 40约 60约 60约 607.7.主要参考书目主要参考书目1公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)北京:人民交通出版社,19952公路隧道施工北京:人民交通出版社,2001土质注浆目的数值项目3下 XX 隧道施工设计图20024路桥施工计算手册北京:人民交通出版社,2001