1、铁路基岩裸露、岩土风化段隧道洞口管棚超前支护作业指导书编 制： 审 核： 批 准： 版 本 号: ESZAQDGF001 编 制： 审 核: 批 准： 发 布： 二XX年X月 洞口超前管棚施工作业指导书 一、工程概况 XX隧道穿过XX丘陵,分左、右线设置。XX端洞口(进口)地段基岩裸露,岩性为紫红色厚层块状砾岩,左线为弱微风化,右线为强风化。设计在左右线隧道进洞前采用5m的双层短管棚超前支护;苍梧端洞口(出口)地势较平,主要为耕植土、亚粘土及全风化灰岩和强风化白云岩,洞顶覆盖较薄。设计在左右线明暗交界处采用30m长管棚进行超前支护。 二、超前管棚施工 1.工艺流程图 2.施工方法 2.1搭设平2、台,安装钻机 2.1.1搭设平台 钻机安装要牢固,防止不均匀下沉、移位、倾斜等影响钻孔质量的现象发生,钻机距离掌子面不超过2m。 2.1.2钻孔 1)为了便于插管,钻孔直径应比管棚直径大20-30mm,钻孔深度宜大于设计的0.5m。采用125mmm 钻头钻孔,成孔直径130mm。 2)对钻进不能成孔(如发生塌孔、卡钻等现象)地带应补浆固结围岩,待围岩固结后一次成孔。 3)钻机开孔时应低速,等成孔0.5m以后再升压至1.0mpa,遇软弱围岩,再改用低压钻进。钻孔顺序由高位孔向低位孔进行。 4)管棚钻机钻深孔时必须接杆。因此,随着孔深的增长,需要对回转扭矩、冲击力及推力进行控制和协调,尤其要严格控3、制推力,不能过大。 5)为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性,钻杆联接套应与钻杆材质相同,两端加工螺扣。 6)管棚钻机固定就位前,测量人员应准确画出钻孔位置。 7)施钻时,钻机大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动影响施钻精度。 8)钻机开孔时钻速宜低,钻进20cm后转入正常钻速。 9)第一节钻杆钻入岩层,尾部剩余2030cm时停止钻进,人工用两把管钳卡紧钻杆(注意不得卡丝扣), 钻机低速反转,脱开钻杆。钻机沿导轨退回原位,人工装入第二根钻杆,并在钻杆前端安装好联接套,钻机低速送至第一根钻杆尾部,方向对准后联接成一体。每次接长钻杆,均可按上述方法进行。 10)换钻杆时,要注意检查钻杆是否弯4、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。 11)引导孔直径应比管棚外径大1520mm,孔深要大于管长0.5m以上。 12)钻孔达到要求深度后,按同样的方法拆卸钻杆,钻机退回原位。 13)安装管棚钢管,根据设计要求安装管棚。 a、钢管接头同一断面的接头数应不超过50%,相邻钢管的接头至少错开1米。安装前应在地面预先排好再依次安装,保证接头分布符合要求。 b、钢管上应按设计要求打注浆孔。 c、钢管的径向定位误差不大于20cm。 2.2顶管工艺流程及工艺原理 2.2.1顶管的工艺流程图 2.2.2顶管工艺 本方法采用大孔引导和棚管钻进相结合的工艺,即先在安装好的导向架上5、按设计位置固定好大于棚管直径的引导管1275mm,然后利用钻机的冲击和推力(顶进棚管时凿岩机不使用回转压力,不产生扭矩)将安有工作管头的棚管沿引导孔顶进,逐节接长棚管,直至孔底。 2.2.3钢管顶进的作业要点 1)管件制作:棚管采用42mm或108mm热轧无缝钢管。棚管接长时先将前一根钢管顶入钻好的孔内再联接。事先加工好的管节联接套,要预先焊接在每节钢管两端,便于联接。第一根钢管前端要焊上合金钢片空心钻头,以防管头顶弯或劈裂。 2)接长管件应满足管棚受力要求,相邻管的接头应前后错开,避免接头在同一断面受力。 3)使用潜孔钻机施作大管棚时,用钻机顶进108mm棚管。在顶进时钻机上必须安装与管棚直6、径相应的钢管顶进联接套,并在大臂上改换钢管扶直器。待引导孔钻好后,使用顶管大臂进行顶进作业。 4)顶管作业:将钢管安放在大臂上后,钻机对准已钻好的引导孔,低速推进钢管,其冲击压力控制在1.8 2.0MPa,推进压力控制在46MPa。 5)接管:当前一根钢管推进孔内,孔外剩余3040cm时,开动凿岩机反转,使顶进联接套与钢管脱离,凿岩机退回原位,人工装上后一节钢管,大臂重新对正,凿岩机缓慢低速前进对准前一节钢管端部(严格控制角度),人工持链钳进行钢管联接,使两节钢管在联接处联成一体。凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。 6)棚管补强:为了加强管棚的刚度和强度,按设计将管棚钢管全部打好后,应7、先用钻头掏尽钢管内残渣,进行棚管补强。补强方法:在钢管内注入水泥砂浆,形成钢管混凝土。 3.注浆工艺 3.1注浆前,先将钢管口外径与孔口周边的岩石用水泥密封,但要预留一小通气孔,注浆时,使钢管与孔壁的环形空隙内的空气容易从此通气孔冒出;网管口注浆时,直至浆液由通气孔冒出为止,注浆可采用多孔同时注浆,或先灌注“单”号孔,待12天固结后,再灌注“双”号孔;注浆时,其水灰比控制在1:1,建议注浆初压力为0.51.0Mpa,终压力为2.02.5Mpa,但应由试验确定具体数值。注浆结束后用10#水泥砂浆填充,形成钢管砼。 3.2为了提高管棚注浆效果,浆液选用1:1水泥砂浆水灰比控制在1:1左右;管棚注浆8、采用压力流量双条件控制,KBY50/70型或性能类似的注浆泵,其注浆压力及注浆量按以下办法确定: 1)注浆压力 注浆压力是影响注浆效果的关键因素,施工中必须认真对待。常规条件下,注浆压力主要与涌水压力(静水压力及动水压力)、裂隙大小和粗糙程度、浆液的性质和浓度、要求的扩散半径等有关,可按岩层裂隙与注浆压力关系或涌水压力与注浆压力关系确定。 2)注浆量 为了获得良好的固结及堵水效果,必须注入足够的浆液量,确保一定的有效扩散范围。但注浆量过大,扩散范围太远,将造成浆液的浪费及给开挖造成新的难度。 为了保证注浆效果,注浆采用一次升压法施工,即从注浆一开始就在短时间内将压力升高到设计规定值,并一直保持9、到注浆结束。在规定的压力下,根据进浆量情况分级调整浆液浓度,直至裂隙逐渐被填充,单位吸浆量逐渐减小,达到结束标准即停止注浆。 注浆顺序根据降水漏斗原理,从拱部开始从上而下压注,先压注无水孔,后压注有水孔。如遇串浆或跑浆,可间隔一孔或几孔灌压。 3.3注浆异常现象的处理 1)在注浆过程中,经常发生浆液从其它孔流出的现象,这种现象称为串浆。发生串浆时,在有多台注浆机的条件下,应同时注浆,无条件时应将串浆孔及时堵塞。轮到该孔注浆时,再拔下堵塞物,用铁丝或细钢筋将孔内杂物清除并用高压风或水冲洗,然后注浆。 2)注浆压力突然升高,进行注清水,待泵压正常时,再进行注浆。 3)注浆量很大,压力长时间不升高,10、则应调整浆液浓度及配合比,缩短凝胶时间,进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆,使浆液在裂隙水中有相对停留时间,以便凝胶,但停留时间不能超过水泥砂浆的凝胶时间。 4.机具设备 序号项目设备、机具名称 1 钻机钻进能力:50100m;孔径150mm;钻孔角度:0360;动力:冲击式、回转式、冲击-回转式 2 单(双)液注浆泵注浆压力(1012.5)MPa,排浆量100L/min,并可连续注浆 3 水泥浆搅拌桶有效容积600L,搅拌改性水玻璃应选用高速机械式或风动式 4 储浆桶2m3 5 检验测试设备秒表、PH计、波美计 6 动力空压机(20 m3) 7 加工设备钢筋切断机、交流电焊机 8 其他设备流量11、计、混和器、抗震压力表、高压胶管、高压球阀、水箱 5.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、安装人员 510 凿孔施工、准备材料、安装导管 5 浆液制备人员 5 准备材料、制备浆液、搅动浆液、清洗设备 6 注浆泵司机 2 注浆泵的操作、维修保养及鼓掌排除 7 清洗废浆工 1 清理废浆 8 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 9 安全员 1 负责施工安全 10 搬运工 4 搬运材料、机具 11 其他 8 电工12、管棚加工、空压机司机等 合计 2934 6.质量要求 6.1钻孔前,按设计精确画出钻孔位置。 6.2管棚钻机应在技术人员和测量人员的指导下摆正大臂,按设计调整好钻孔角度。开钻速度要慢,待钻杆进入岩体30cm左右后,常速钻进。 6.3钻孔平面误差15cm,钻孔角度误差0.5。 6.4控制钻孔角度,尤其接长钻杆后钻进角度应严格控制。成孔要孔壁圆、角度准、孔身直、深度够。 6.5注浆前先注水清孔、引流,要检查管节两端联接丝扣,有脱扣和裂纹的管节不得使用。 6.6注浆时应准确掌握浆液配比,并使浆液在管内充填密实。 6.7大管棚接头处要错开,以利于整体受力。 7.安全措施 为确保安全,应采取以下措施:13、 7.1进行全员安全意识教育。 7.2针对长大管棚施工特点和要求,严守有关安全规则和安全规章制度。作业平台搭设牢固并设置围栏。 7.3加强对围岩进行动态监控量测,实行信息化管理,科学的组织施工。 7.4拆卸钻杆时,要统一指挥,明确联络信号,扳钳卡方向应正确,防止管钳及扳手打伤人。 7.5注浆人员及所有进入施工工地的人员,必须按规定佩带防护用品,穿戴防护用具(如胶皮手套、口罩、眼镜、防护罩等)。 7.6所有工作人员必须遵章守纪,听从统一指挥,同时加强安全保卫工作,禁止闲杂人员进入施工现场。 7.7要有良好的照明条件。 5.钻孔和注浆 5.1径向注浆应跟随开挖工作面、并距开挖工作面510m的地方进14、行。 5.2钻孔过程中遇涌水或岩层破碎造成卡钻,应停止钻进而进行注浆,浆液凝固后再行钻进。 5.3当地层裂隙不太发育时,径向注浆采用自进式锚杆、中空注浆锚杆或注浆花管,注浆花管采用42mm 无缝钢管加工制作(施工工艺同超前注浆小导管);当围岩松软(如砂层)、或在断层破碎带段,径向注浆要求很高,宜采用TSS管,以减少或防止注浆施工中串浆的发生,从而提高径向注浆加固效果; 5.4径向注浆的参数应按设计进行,并根据地层特点、现场试验结果不断完善和调整,注浆方式为全孔一次性注浆; 5.5注浆过程中,若压力突然升高应停止注浆,检查处理后再进行注浆;若遇到串浆或跑浆,宜采用间隔一孔或几孔的注浆方式; 5.15、6注浆模式宜为约束型注浆,每一注浆段落应从两头向中间注浆,顺序宜按两序孔进行,即先跳孔跳排注单序孔,然后注剩下的二序孔;从两边墙向拱部交叉进行;从少水(或无水)孔向有水孔(大水孔)进行; 5.7径向注浆结束标志:一序孔注浆结束标准以定量定压相结合为原则进行控制。注浆施工过程中,以定压为第一控制原则,如果长时间注浆压力不上升,应将注浆材料调整为HSC单液浆,然后按定量标准进行注浆控制;二序孔注浆结束标准以必须达到设计注浆终压为原则进行控制。 6.机具设备 序号项目设备、机具名称 1 孔内注浆设备含TSS管、止浆花管、注浆芯管、上下闷盖、橡胶套(洞内长管注浆用) 2 地质钻机超前钻探用,判别是否可16、以采用径向注浆(可以取芯)、带止浆塞(测围岩裂隙、节理分布情况时用) 3 支架式钻机洞内长管钻孔采用(标准同7.6节) 4 凿岩机洞内短管钻孔采用 5 注浆泵洞内长、短管注浆 6 搅拌机 7 三翼合金钻头110mm 8 一次性钻头91mm 9 涌水量测试系统自制 10 量水桶2m3 7.劳动组织 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 钻孔、安装 510 钻孔、安装注浆管 4 浆液制备人员 5 准备材料、制备浆液、搅动浆液、清洗设备 5 注浆泵司机 2 注浆泵的操作、维修保养及鼓掌排除 6 清洗废浆工 1 清理废浆 717、 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 8 安全员 1 负责施工安全 9 搬运工 4 搬运材料、机具 10 其他 10 电工、空压机司机等 合计 3136 8.钻孔、注浆作业 8.1钻机选择要求 1)根据隧道渗水、突水的特点,选择技术上可靠、经济上合理并具有实用性的钻孔设备; 2)根据所钻进地层岩性、注浆深度、孔径以及工作环境来确定钻机型号; 3)土质、泥岩、风化砂岩和软弱页岩等相对较软的岩层应选用旋转式钻机;硬岩中可选用冲击钻机快速钻进;在软硬相间的地层中应选用冲击-旋转式钻机; 4)在高压注浆中,为确保钻孔时设备、人员的安全,设备须有足够的给进能力及可远距离操纵18、的功能; 5)尽量结合隧道开挖及超前钻探的作业设备进行选择; 6)为避免污染隧道内空气,不宜选用内燃机带动的钻机; 7)根据注浆孔布置圈径、孔数及选定的钻机型号决定钻机台数; 8)为满足工程施工进度要求,力求钻孔设备在一定的精度下钻孔设备少、钻孔效率高。 8.2钻孔施工工序 钻孔注浆顺序为:先钻注布置在隧道顶板上的注浆孔,后钻注隧道两侧孔,最后钻注底板孔;或先内圈孔后外圈孔;或先无水孔后有水孔。 8.3施工方法 8.3.1钻孔 1)钻孔应与围岩壁面或其所在部位岩层的主要结构垂直。 2)钻孔应圆而直,锚杆的钻孔直径应与杆体直径相匹配。 3)钻孔在初喷砼后进行。 4)围岩破碎地带采取增加锚杆数量和19、加大锚杆直径。 5)钻孔到设计位置后,用空气和水洗孔,直到孔口返水或返气。 6)锚杆注浆料采用纯水泥浆或1:1砂浆,水灰比为0.40.5。 8.3.2注浆 1)根据设计的注浆终压及注浆泵量选型,应尽量选用压力、流量可调节的专用注浆泵;浆中掺砂时则采用专用砂浆泵。注浆堵水时,所选的注浆泵的额定泵压应大于静水压力的2.02.5倍,应大于最大设计注浆压力的1/41/5倍;若进行化学注浆,可按需要选用单液或双液专用注浆泵。注浆宜采用双缸活塞式全液压注浆泵; 2)注浆泵注浆孔口处均应安设压力表,使用压力宜在压力表最大标值的1/43/4之间。压力表应经常进行检定,不合格的和已损坏的压力表严禁使用。压力表与20、管路之间应设有隔浆装置; 3)开孔时,要轻加压、慢速、大水量,防止把孔开斜,钻错方向。 4)在采用多台钻机同时钻进时要根据现场条件和注浆设备能力,做到钻进和注浆平行作业。多台钻机同时钻进注意事项,对钻进进行合理编组,按设计注浆孔的方向、角度、上下左右孔位,开孔时间先后错开,避免同时钻进,造成注浆时串浆,并做好预防串浆的措施。 5)在钻孔过程中,遇到涌水,应停机测定涌水量,以决定注浆方法。 6)注浆应有可靠的钻孔密封装置,使注浆套筒与钻孔孔壁的有效固结: 7)在涌水量大、压力高的地段钻孔时,应先设置带闸阀的孔口管,当出现大量涌水时,拔出钻具,关闭孔口管上的闸板阀,待做好准备后,进行注浆; 8)当21、掌子面岩层破碎,应先设置止浆墙和孔口管。 9)注浆开始或停止时间超过30min时采用水或稀水泥浆进行润滑管路。 10)杆体插入孔内长度不应小于设计规定的95%,锚杆安装后不能随意敲击。 9.安全措施 9.1进入施工场地的人员必须按规定佩戴安全帽和各种防护用品。 9.2加强学习和岗前培训,增强员工安全意识。 9.3施工人员到达工作地点后,领工员首先组织大家分头检查工作面、机具设施是否处于安全状态,详细检查围岩及初期支护是否有变化,顶板和两帮是否稳定,如有松动和裂纹,要及时进行加固处理。 9.4在钢管作业中,发生的事故多因围岩或喷射混凝土剥落、坍塌所造成。而围岩、喷射混凝土剥落或坍塌, 则是由于清22、浮石不彻底、凿眼机械的振动、喷射混凝土与受喷面粘结不良等原因所造成。为了钢管施工的安全,加强观察,及早发现危险征兆。及时采取相应的安全技术措施。 9.5在注浆作业开始前和结束后,认真检查、清洗机械管道和接头、检查后,经过试运转方可正式作业,以防发生剧烈振动、管道堵塞等现象。当发生注浆管路或接头堵塞时,消除压力之后,再进行拆卸及维修。各种机械电力设备、安全防护装置与用品,按规定进行定期检验与日常检查,不符合安全技术要求不使用。 9.6注浆人员及所有进入隧道施工工地的人员,按规定佩戴防护用品、传带防护用具(如胶皮手套、口罩、眼镜、防护罩等)。人人遵章守纪听从统一指挥;同时加强安全保卫,禁止闲杂人员及外人进入隧道施工工地。 此外,执行日常和定期安全检查制度,填报各种相关的安全统计报表,分析安全动态,提高安全施工管理水平 9.7现场设专职安全员对施工中的安全进行监督管理。