淺埋暗挖隧道管幕施工經驗

張利銓

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淺埋暗挖隧道管幕施工經驗

張利銓

福州市交通建設集團有限公司

結合一項隧道工程的管幕施工，對管幕基本單元的φ299長鋼管就位作業進行闡述，并將其施工經驗在操作要點和質量控制措施中穿插介紹，旨在為管幕法施工積累經驗。

淺埋隧道 管幕施工 經驗

1 工程概況

廈門杏林大橋C標段為高崎互通機場連接線，線路下穿既有鷹廈鐵路、嘉禾路及機場A、B匝道。左線起訖里程LZK0+100～0+800，長700m，其中包括U型槽段303m，明挖隧道243m、暗挖隧道154m。右線起訖里程LYK0＋100～LYK0+700，長600m，其中包括U型槽段191m，明挖隧道242m，暗挖隧道167m。隧道主體結構采用單層單跨的微拱形，開挖斷面13.37 m寬×9.25 m高。下穿鐵路拱頂距鐵路軌面3.2～4m，為控制地表及鐵路沉降，確保鐵路行車安全、暢通，超前支護采用φ299鋼管管幕，并注漿加固掌子面地層，采用三層結構形式，即由噴混凝土、工字鋼架、鋼筋網組成的初期支護與兩層模筑鋼筋混凝土組成。本文重點介紹該工程中φ299鋼管管幕施工經驗。

2 工藝原理

2.1 φ299鋼管就位采用無線導向儀在鉆進過程中準確測定鉆頭在地下的位置和方向。鉆頭內裝有特制的傳感器，傳感器的發射信號在導向儀顯示屏顯示出鉆頭的傾角和面向角。根據鉆頭位置與設計軌跡的差異，調節楔形鉆頭的方向，完成導孔定位工作。導向鉆頭是上下糾偏的關鍵，導向管是隨鉆打入的，起到套管護壁作用。

2.2 水平鉆機設有軌道，能平移、升降鉆機平臺。全液壓水平鉆機回拖力為50t，扭矩28000N·m，打設最大導向孔φ300mm，最大擴孔直徑可達400mm左右，可一次性成孔。鋼管就位時，前面用拉管機通過鉆桿拉動擴孔頭擴孔，采用萬向節將導向管與待就位的φ299鋼管連接，將鋼管拉入。當長鋼管的管周磨擦阻力較大時，可在鋼管后面用夯管錘錘擊輔助。

2.3 施工工藝流程（見圖1）

圖1 施工工藝流程

3 操作要點

3.1 導向孔施工流程（見圖2）

圖2 導向孔施工工藝流程

3.2 主要施工設備。本次施工采用ITG-500水平鉆機施作導向孔、再利用鉆桿回拖鋼管，以確保施工完成的管幕質量達到設計要求。設備的主要技術參數詳見表1。

表1 設備的主要技術參數

3.3 導向孔精度控制。利用鉆機鉆頭上安裝的無線導向棒發出信號，在地面上采用Eclipse地下定位系統對鉆進軌跡進行跟蹤，反饋鉆頭所處的準確空間位置，并及時進行糾正。

3.4 作業步驟

3.4.1 施工準備

3.4.1.1 資料收集

收集施工現場的工程地質、水文地質等資料，必要時進行補勘，以掌握施工現場的詳實資料。DITRACK導向儀設置有探測地下管線的電磁波頻率，可用于地下管線的探測。對于非金屬管道及地下障礙物等的探測可借助探地雷達。對探明的地下管線和障礙物，要及時聯系相關業主進行處理。根據土層性質選擇合適的施工方法及合適的鉆機、鉆具等，進行泥漿配比。本工程選用ITG-500型導向鉆機（泥漿采用篷潤土，泥漿采用機械攪拌，鉆進及回拖過程中為減少泥漿損耗，采用泥漿回收系統循環利用）。

3.4.1.2 調整和控制導向設備

DITRACK導向儀系統包括地面接收器及遙顯，地面接收器通過接受鉆頭內無線探棒發射的信號，探測鉆頭的具體位置，遙顯儀上顯示鉆頭鐘面值及溫度和接收器探測的鉆頭深度；鉆機操作人員根據接收器探測結果，在導向人員指揮下，對鉆頭偏離設計軌跡及時進行調整，確保鉆頭沿設計軌跡鉆進，工作原理如圖3所示。

圖3 導向系統工作原理

3.4.2 水平定向鉆的導向孔施工

3.4.2.1 鉆機的安放

鉆機的安放主要考慮設計鉆桿的入土角，并根據其調整鉆機架設的角度和方向。鉆機的固定非常重要，它是順利完成鋪管作業的前提，鉆機的穩定程度反映了鉆機在給進和回拉施工時發揮本身功率的能力，如果鉆機在推拉過程中發生移動，鉆機的功率不能正常發揮，實際推拉力和穩定性就會降低。鉆機就位后，根據不同的地質條件，選擇合適的鉆頭及鉆具組合，將鉆具組合安裝好。

3.4.2.2 導向鉆進

在導向鉆進的過程中，發射探頭發射的信號傳至地表后，由控向人員手持的接受儀接收探頭發射的信號，信號經接受儀處理后顯示出接收信號的各項參數。控向人員手持接受儀在地表移動，找到接收信號強度最大的地面位置，通過分析接受儀顯示的數據來監測鉆孔的軌跡。導向儀所提供的參數一般有以下幾項：接收信號的強度、鉆頭造斜面的面向角、鉆頭的埋設深度、發射探頭的溫度、鉆頭的傾角等。導向鉆進時要特別注意外界的干擾信號對導向儀探測信號的影響。特別強調施工記錄對導向鉆進施工成功的重要性和可追溯性，記錄資料包括：鉆桿編號，鉆頭埋深，傾角，鉆頭的平面位置，操作指令及備注等一系列的鉆進過程。在鉆導向孔時還要注意鉆孔軌跡的平緩變化與緩慢糾偏的重要性，這些變化直接影響到鉆孔回擴及管線回拖時的拉力。

3.4.2.3 定向鉆進擴孔

定向鉆進導向孔施工完成后，根據成孔質量及打設管幕的需要，決定是否要擴孔。擴孔的主要目的是將鉆孔孔徑擴大，提高管幕的就位精度。由于本工程對沉降的控制要求較高，必須采用不大于管幕鋼管的外徑（特殊情況下可以略大于鋼管外徑）擴孔，打完導向孔與開始拉管之間的時間間隔不宜太長，時間越長沉降就會越大，并且整個施工過程中要進行地表沉降觀測，根據觀測的結果來指導施工。擴孔器所用的配套鉆具有連桿、擴孔器、旋轉鉆頭等。擴孔孔徑不宜過大，以防止塌孔。擴孔作業要注意做好以下三點：

（1）完成導向孔后，卸下導向鉆頭及分動器，再連接孔內鉆桿和后續鉆桿；

（2）在完成一次擴孔后，卸下擴孔鉆頭及分動器，并把鉆桿與后續鉆桿連接起來，根據需要進行多級擴孔；

（3）如遇見硬物采用潛孔錘破碎，如有塌孔現象，則采用泥漿護壁。

3.4.2.4 夯管施工

夯管采用TT-350氣動夯管錘，主要技術參數見表2。

表2 TT-350氣動夯管錘主要技術參數

夯管錘的施工工藝見圖4。

圖4 夯管錘施工工藝

（1）夯管錘和鋼管的安裝與調整定位

導向孔施工完畢及各項準備工作做好以后，即可進行夯管法施工機械安裝，先在始發井內安裝導軌，調整好導軌的位置，然后將鋼管置于導軌上。第一節被夯進鋼管的方向決定了整個工程的目標準確性，一般剛開始時不宜采用夯擊，先進行拉管，當管周磨擦力在增大時，再采用前拉后夯的送管方法，且前面拉桿必須跟進。槽形鋼架作為導軌的效果較理想，為給鋼管焊接留出空間，導軌應離開鋼管開始進土的位置1m左右。為保證導軌的穩定，應將其固定在用混凝土澆筑的基礎上，固定前一定要調準方向及期望的傾斜角。

（2）夯管工藝

啟動空壓機，開啟送風閥，夯管錘即開始工作，徐徐地將鋼管夯入地層。在第一根管段進入地層之前，夯管錘工作時鋼管容易在導軌上來回竄動，應控制送風閥工作風量，使鋼管平穩地進入地層。第一段鋼管對后續鋼管起著導向作用，其偏差對管幕就位精度影響極大。特別在第一段鋼管進入地層3倍管徑長度時，要對鋼管的偏差進行檢測，如發現偏差應及時進行調整，在繼續夯入一段后，再重復測量和調整一次，直至符合設計要求為止。鋼管進入地層3～4m后可逐漸加大工作風量至正常工作風量。第二根鋼管以后，再重復上述的工藝過程。在地下水位以下，尤其是在砂土中，可能導致水土流失問題，并加大地表沉降，可在鋼管的前端安裝塞子，以減少流入管的水、砂土量。

（3）下管、焊接

由于管幕較長，必須采用分段送管，當前一段鋼管夯擊完成后，將夯管錘從鋼管端部卸下并沿著導軌移到始發井的后部，將下一管段置于導軌上，并調到與前一管段成一直線。管段間采用手工電弧焊接，焊縫要求焊牢焊透，內用長40cmφ273mm的內接管，外用鋼管幫焊。

（4）拉管工藝

擴孔完成后，達到孔徑要求時進行拉管，在原孔位上進行拉管施工，并在對面裝夯管機，如遇到回填或卡管，局部采用前拉后夯的施工方法。

4 材料與設備

本工程所需的主要材料是φ299×12mm無縫鋼管和普通硅酸鹽水泥。

本工程所需用的主要機具設備見表3。

表3 機具設備一覽表

5 質量控制

5.1 質量要求

⑴單孔開孔間距為400mm，開孔孔位偏差≤±30mm，若須移位，應調整開孔角度進行回歸；

⑵開孔孔位不允許向下偏斜，允許向上偏角為0.1°；

⑶鉆管的偏斜應控制在3‰以內，終端最大允許間距偏差為150mm；

⑷終孔后，注漿壓力要控制在0.5~0.8 MPa之間，注漿壓力不宜過大。注漿量以出漿口流出水泥漿為準；

⑸下管鋼管長度與設計長度誤差不得大于200mm。

5.2 質量控制措施

⑴施工技術、管理人員和機手在施工中，應動態掌握地質變化，分析偏斜規律，根據實際情況，適時調整技術參數和開孔角度；

⑵各作業班次記錄人員要準確丈量鉆具，詳細記錄鉆桿長度、根數。各種數據記錄要及時。禁止追記或補記，及時校正孔深，交接班手續要清楚；

⑶施工準備要充分，地下障礙物分布情況要做過細的調查，提前排除導向管鉆進行程中的障礙物。

6 結束語

隨著我國現代化城市建設向縱深發展，市政淺埋暗挖隧道設計將會大量采用，為確保地面建筑物的安全，長大管幕作為隧道超前支護將被大量采用。目前我國對這項工藝的施工經驗積累不多，筆者結合已建成通車的廈門杏林大橋C標段，對下穿既有鷹廈鐵路與嘉禾公路四座淺埋大凈空隧道的長管幕施工，進行經驗總結，為同行從事類似工程項目的建設時提供借鑒。