1、广深港客运专线铁路隧道长管棚施工方案1概况1.1工程地质 益田路隧道位于新深圳站与福田站之间全长6236米。洞口段级围岩，主要为人工填素土、淤泥质黏土、粉质粘土、全风化变质花岗岩，洞顶为硬塑偏软的粉质黏土，强度低，易坍方冒顶；隧道穿越两套基岩地层，分别为震旦系变质砂岩和燕山期晚期侵入花岗岩，第四系地层土层强度低，自稳能力差，基岩风化差异较大，花岗岩残积层遇水易软化，强度降低，自稳能力相对较差，但在饱和状态下一经扰动，极易产生软化、流泥、冒顶危及隧道施工安全。其中变质砂岩残留有单斜层状构造，岩层产状倾向4050，倾角3540；隧道穿越地段基岩节理、裂隙普遍发育。洞口级围岩段设120m长管棚。1.2、2长管棚施工的特点(1)长管棚钢管直径大，采用 159 mm、厚8 mm的无缝钢管及花钢管制作，168mm套管连接。(2)管棚超长，孔深达120m。(3)钻孔施工难度大，成孔十分困难，而且钻孔施工中不能用清水和泥浆钻进，否则容易造成塌孔。(4)钻孔较密，环向间距30 cm，其外插角仅13。一旦施工控制不严，将造成钻孔互相交错串通，管棚侵入隧道开挖轮廓线内的可能，造成钢管桩报废。2管棚施工工艺及配套机具2.1长管棚施工工艺大管棚施工采用了特殊的同步跟管施工工艺，以保证管棚施工质量，达到设计要求。长管棚施工的顺序为：施工准备测量布孔管棚钻机就位钻孔并同步跟入无缝钢花管清孔压力注入水泥浆。 2.2跟3、管钻进的设备及配套机具(1)钻机：由于全孔用空气潜孔锤跟管钻进，要求设备具有扭矩大、给进力大、转速慢的特点，为此，我们选用意大利产的PG185。该设备的具体性能如下：最大爬坡能力20 (36%)最大接地比压运输状态13 N/cm2工作状态(稳定支腿)46 N/cm2最大行走速度01,7 km/h外界环境温度- 10 + 40 C整机重量 (标准配置)42500 kg最大工作海拔3960 m.PG185为双动力钻机同时安装了燃油发动机和电机, 并可独立运作. 柴油发动机制造商 - 型号Cummins QSB 5.9类型涡轮增压功率 160 kW (215HP) at 2200 rpm冷却系统水冷4、电压24V排放系统 水过滤装置油耗 (2200 rpm).220 gr/kW-hr合格证明标准 EPA/CARB phase 2 和 EC/97/68 Phase 2电机制造商 - 型号ABB - M2BAT 315 SMB 类型高效三相电动机功率 132 kW at 1480 rpm冷却系统空气冷却排列形式 B3 / B5功效94,8 %功率因数0,86名义电流在 380V248 A名义扭矩849 Nm绝缘等级IP 55启动 Y / 重量855 kg.泵组P1/P11P2/P12P3/P13P4/P14变量泵.XXFixedFixed流量 (l/min)2002008337最大压力(bar)5、280280250250最大功率(kW)6565-动力头 T2000 - P200最大扭矩 (kNm)转速 (rpm)转速 (rpm)Q=81 l/minQ=162 l/minMax. 16,297Min. 18Min. 36Min. 3,351Max. 88Max. 177(2)跟管钻进的钻具结构：见图1钻进过程由两套钻具组成外套管（2 ）、管靴（3）、 内钻管（4 ）、潜孔锤（6）及偏心钻头（8）。 与潜孔锤（6）、和偏心钻头（8）相连的内钻管通过连接法兰（1.5）和冲洗接头与钻机上的旋转动力头相联。外套管不与旋转动力头相联。它安装在管靴（3）上。 穿孔作业原理为“回转-冲击模式”。冲击能6、量来自潜孔锤（6）通过导引片传到偏心钻头。当操作开始及旋转为右螺旋时偏心钻头开始钻动，钻孔直径比外套管大一些。潜孔锤的给进速度由钻机钻架的给进速度控制；内钻管（4 ）和带有偏心钻头（8）的旋转动力头（6） 由安装在钻机钻架上的旋转头带动旋转。 旋转方向：右螺旋。 外套管不旋转，它自动下沉至已钻的孔或通过管靴（3）施压进入孔内。 压缩空气驱动潜孔锤作业。做完功的压缩空气同时用做吹孔介质。在特殊情况下，也可以选用气水联合出碴。一般情况下，压缩空气通过冲洗头 （1.4 ）上的冲洗环（1.2）及内钻杆中空孔到潜孔锤 （6），而后离开偏心钻头(8)并带走废碴。废碴与冲洗介质通过内外钻管之间的缝隙经冲洗头7、排出。 单偏心钻具由偏心钻头、中心钻头、限位销及防脱销组成，钻具与钻杆柱套管、潜孔 锤冲击器等共同形成跟管钻进系统。(3)跟管钻头：采用114mm3m潜孔钻杆，165 mm 偏心钻头（潜孔锤）配350冲击器。(4)跟管套管：采用46m的热轧无缝钢管，壁厚8 mm，反丝套管用接箍连接，丝扣长200mm，牙型采用标准地质套管螺纹。 图1 配套设备示意图3长管棚施工3.1长管棚预注浆施工工艺长管棚预注浆施工工艺流程详见图2。施工准备测量布孔管棚钻机就位钻孔、跟管落低钻机安装清孔设备清除管内残渣钻机移位至下一孔封闭管头清除管内残渣钢管注浆效果检验注浆设计现场注浆试验浆料配制注水试验钻杆准备钻机校正钻机8、固定图2 管棚预注浆施工工艺流程图3.2管棚布置管棚沿拱部环向布置，详见图3。图3 洞口长管棚布置图3.3管棚加工棚管采用的热轧无缝钢管。管棚接长时先将前一根钢管顶入钻好的引导孔后再行连接。联接器螺纹长度不小于15cm。相邻孔内管的接头位置至少错开3m，避免接头在同一个断面受力。3.4管棚施工钻进方法由于所钻地层为粘土层，采用常规钻进方法容易造成钻孔坍塌埋钻，探头石卡钻等复杂的孔内事故，因洞顶覆盖为松散人工填土，软塑淤泥粉质粘土，第四系硬塑残积粉质粘土，围岩软弱，稳定性差用泥浆钻进会严重漏浆，浆体大量流经松散土体内，还将造成松散体继续下滑的可能，给现场施工带来极大的危险。为保证钻孔质量，顺利成9、孔，防止钻孔互相交叉，在洞口设置C20混凝土导向墙，尺寸为1*1m，预埋194mm的导向钢管来控制，为保证长管棚的施工精度，导向墙内设2榀I18的工字钢架，导向钢管与工字钢焊接。采用空气潜孔锤跟管钻进和潜孔锤超前扩底技术。随着孔深的增大，需要对回转扭矩、冲击功率及推力进行控制和协调，尤其要严格控制推力，不能过大。以压缩空气作为潜孔锤动力，同时冷却钻头，排除岩屑。当钻孔钻进到设计深度后 ，取出中心钻具，套管留在孔内，钻孔成孔。3.4.2注浆成孔后，即进行压力注浆。根据地面沉降控制要求，为提高导管的抗弯能力，在159mm钢管灌注水泥浆。注浆主要在于增大钢管的抗弯强度，同时增加松散地层的粘结力，提高10、围岩开挖后自稳的强度。封闭钢管尾部：先在导向管末端焊接法兰盘，将注浆头焊接在另一个法兰盘上，注浆时用螺栓连接，注浆完成等浆液有一定强度后将其拆除，达到密封的目的，拆下的法兰注浆接头清洗后可重复使用节约成本。注浆施工水灰比为11。为便于注浆施工，在套管口设置一个孔口异径接头控制装置。在压力作用下，浆液沿着花管的小孔渗入到围岩内且达到一定范围，并且充填围岩裂隙。水泥浆凝固后，各个钢管、围岩固结在一起，形成一个承载圈，围岩得到加固。其注浆终压一般控制在0.52 MPa以内。用高压将浆液压入钢花管内，浆液通过钢花管孔眼渗入孔壁的缝隙内，固结附近岩破碎岩层。注浆采用先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔的方11、法。注浆采用KBY-50/70双液注浆机，浆液由水泥砂浆拌合机拌制。 注浆工艺流程图搅拌机水泥浆池注浆泵水泥水孔口阀止浆塞钢花管注浆孔4跟管钻进中遇到的问题及解决措施(1)排屑困难：由于所钻钻孔基本上为水平孔，松散层的土比较潮湿，排出的岩屑多为泥团，当钻孔较深时，排屑十分困难，当钻进至设计孔深提钻时，可能会发生严重的卡钻。因此在钻进过程中，严格控制进尺，勤吹孔，必要时从钻具内和钻具与套管的环状间隙送水洗孔提钻。(2)偏心钻头脱落事故：在施钻过程中经常发生偏心钻头脱落事故，经分析以往的案例主要原因一是偏心钻横销材质较差、易断，二是粘土粘在钻头使上偏心刀头无法回位。当事故发生时，先拔管，然后用筒状12、取心钻进取出。改变偏心横销的材质，选用轴承钢加工横销。(3)管靴脱落事故：在跟管过程中，主要是通过跟管钻具在跟进破岩的同时利用管靴与钻头上的台阶拖着套管同步跟进。因此套管靴是主要受冲击振动的部位。当钻孔加深后，套管增长，摩擦力大或后部套管被岩粉卡死后，套管管靴很容易被打脱。当管靴被打掉时，在拔出套管后，用拱锥取出管靴，再继续跟管钻进。防止管靴脱落的主要措施如下：在动力头与套管之间增加一个同步给进装置；管靴与套管实行铆焊、点焊联接。(4)跟管钻进蹩钻事故：在跟管钻进过程中，当钻遇地下隐埋物如钢筋、硬质石英砂岩或土石软硬不均时，会发生严重蹩钻，钻具无法正反转，遇到此种情况需拔出套管，采用取心钻进后13、再跟管钻进。（5）控制大管棚串管及栽头的措施为保证钻孔质量，顺利成孔建议使用导向系统来纠偏。导向系统一般采用美国DCI公司生产的ECLIPSE无线地下定位系统，该系统包括地面接受器及遥显，地面接受器通过接收钻头内无线探棒发射的信号，探测钻头的具体位置，遥显上显示钻头正面值及温度和接受器探测的钻头深度；钻机操作人员根据接收器探测结果，在导向人员指挥下，对钻头偏离设计轨迹及时进行调整，确保钻头沿设计轨迹钻进。5管棚施工跟管操作注意事项(1)开孔：开孔前以孔口导管为准调正钻机，钢管从导向管中穿过，依导向管的方位角为准，尽量调正接近施工设计所需的方位角。钢管穿过导向管后一头放在需钻进的地表，用水平尺或14、连通管调平套管，然后将套管调为上倾3左右的角度，用钻机将套管压入土中10 cm左右，然后开风，不回转钻具将管子打入土层1 m后回转钻具跟管，在开孔时发现套管偏斜等情况时应及时调整，保证以后的跟管精度。(2)钻进：钻进时应以排屑顺畅为准。浅部时应控制进尺，以免岩屑太多，排除不及时产生回转困难的状况。钻进中发现回转阻力大或外套管跟着旋转的情况时要轻提钻具吹孔，若遇排渣时泥团过多应往孔内注水，放喷排出泥团。钻具检查：每打完一个钻孔要检查偏心钻头的收敛和张开状况，注意偏角过大时要及时更换横销或补焊偏心槽。套管及钻杆接头的检查：套管在连接时要上紧，当有接头露在外面时要防止接头松脱，防止在反转钻具时从钻杆15、接头处反脱。6监控量测为确保施工安全及结构的长期稳定性，验证支护效果，确认或调整支护参数和施工方法，监控施工对周围环境的影响。项目部按照隧道监控量测设计及铁路隧道监控量测技术规程等相关规定在大管棚开始施工前,按照设计图纸的要求在地面上布设监测点,对因管棚施工可能引起地面沉降的范围进行监测,监测点布设完毕后,测得初始值,作为对后续测得监测数据进行分析的对比值。159mm管棚开始施工后,按照设计图纸要求的监测频率进行了地面沉降监测。1、益田路隧道进口洞口段属隧道浅埋段，地表沉降观测点布置按下表布设： 地表沉降观测点纵横向间距隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距(m)围岩级别测点横向间距(m)HoB10216、5BHo2B1020510注：Ho为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。地表沉降测点横向间距为25m,在隧道中线附近测点适当加密，隧道中线两侧量测范围应不小于Ho+B，地表有控制性建筑时，量测范围应适当加宽。2、地面沉降监测频率：根据测点距开挖面的距离及位移速度按下表确定。 按距开挖面距离确定监控量测频率监控量测断面距开挖面距离(m)监控量测频率 （01）B2次/d（12）B1次/d（25）B1次/23d5B1次/7dB-为开挖宽度。按位移速度确定监控量测频率位移速度(mm/d)监控量测频率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d 根据量测结果，出现异常或地质不良时，增大监控量测频率。