管棚施工技術在淘金山隧道的應用

范世鴻

1 概況

2 施工工藝

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

2.2 機具選擇

機具選擇見表1。

表1 機具選擇

2.3 工藝說明

2.3.1 明洞邊坡仰坡開挖支護

1)明洞段開挖應在洞頂截水溝施工完成后進行，應盡量避開雨季施工。2)邊坡防護應與明洞開挖同步進行，及時施工明洞邊坡的錨桿、掛設鋼筋網、噴射混凝土及時封閉坡面。3)對邊坡滲水要及時排、引到坡面外，加強對坡面的防護。

2.3.2 施作混凝土導向墻

1)作為長管棚的混凝土導向墻，在明洞外廓線以外施作，導向墻內埋設兩榀工字形鋼支撐，鋼支撐與管棚孔口管焊成整體。為防止鋼支撐和導向墻在施工時沉降，在拱腳處施作100 cm×100 cm×30 cm的混凝土支座，并預埋可焊接鋼筋。

2)孔口管作為管棚的導向管，它安設的平面位置、傾角、外插角的準確度直接影響管棚的質量。用經緯儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置;用水準尺配合坡度板設定孔口管的傾角;用前后差距法設定孔口管的外插角。孔口管應牢固焊接在工字鋼上，防止澆筑混凝土時產生位移。

2.3.3 搭鉆孔平臺安裝鉆機

1)鉆機平臺一般可用枕木或鋼管腳手架搭設，搭設平臺應一次性搭好，鉆孔由兩臺鉆機由高孔位向低孔位對稱進行，可縮短移動鉆機與搭設平臺時間，便于鉆機定位。2)平臺支撐要著實地，連接要牢固、穩定。防止在施鉆時鉆機產生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質量。3)鉆機定位:鉆機要求與已設定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機位置。用經緯儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調整，確保鉆機鉆桿軸線和孔口管軸線相吻合。

2.3.4 鉆孔

1)為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑采用115 mm。2)巖質較好的可以一次成孔;鉆進時產生塌孔、卡鉆，需補注漿后再鉆進。3)鉆機開鉆時，可低速低壓，待成孔1 m后可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓。4)鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的現象及時判斷成孔質量，并及時處理鉆進過程中出現的事故。5)鉆進過程中確保動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。6)認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述。根據開挖洞身的地質預探預報，作為指導洞身開挖的依據。

2.3.5 清孔驗孔

1)用地質巖芯鉆桿配合鉆頭(φ 115 mm)進行來回掃孔，清除浮渣至孔底，確保孔徑、孔深符合要求，防止堵孔。2)用高壓風從孔底向孔口清理鉆渣。3)用經緯儀、測斜儀等檢測孔深，傾角，外插角。

2.3.6 安裝管棚鋼管

1)鋼管在專用的管床上加工好絲扣，管棚四周鉆孔徑10 mm～16 mm，孔間距為15 cm的注漿孔，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止漿段110 cm;管頭焊成圓錐形，便于入孔。2)棚管頂進采用大孔引導和棚管機鉆進相結合的工藝。3)接長鋼管應滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應前后錯開。同一橫斷面內的接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1 m。

2.3.7 注漿

1)安裝好有孔鋼花管后即對孔內注漿，注漿后再施工無孔鋼管，無孔鋼管可以作為檢查管，檢查注漿質量。2)注漿參數:水泥漿與水玻璃體積的比例為1∶0.5;水泥漿水灰比 1∶1;水玻璃濃度35 Be′;水玻璃模數2.4。3)采用 KBY-50/70液壓注漿機將雙液漿注入管棚鋼管內，初壓0.5 MPa～1 MPa，終壓2 MPa，持壓15 min后停止注漿。4)注漿結束后及時清除管內漿液，并用M7.5水泥砂漿充填，增強管棚的剛度和強度。

2.4 勞動力組織

一臺鉆機三班作業，每小班勞力組織為:技術人員1人、領工員1人、班長1人、修理工1人、電工1人、電焊工1人、鉆工2人，小計8人。合計 8人/班×3班=24人。

3 質量控制

1)鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對每個孔進行編號。2)鉆孔仰角的確定應視鉆孔深度及鉆桿強度而定，一般控制在1°～1.5°，鉆機最大下沉量及左右偏移量為鋼管長度的1%左右，并控制在20 cm～30 cm。3)嚴格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入隧道開挖線內，相鄰的鋼管不得相撞和立交。4)經常量測孔的斜度，發現誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應封孔，原位重鉆。5)掌握好開鉆與正常鉆進的壓力和速度，防止斷桿。6)在遇到松散的堆積層和破碎地質時，在鉆進中可以考慮增加套管護壁，確保鉆機順利鉆進和鋼管順利頂進。

4 管棚費用評價

4.1 導向墻費用

1)導向墻Ⅰ18工字鋼:0.985 98 t×6 000元/t=5 916元;2)孔口管(φ 140 mm×5 mm 無縫鋼管):0.815 85 t×5 000元/t=4 079元;3)固定鋼筋(Φ 25鋼筋):0.228 69 t×4 850元/t=1 109元;4)普通混凝土(C20):18.6 m3×255元/m3=4 743元。

4.2 人工費

1)管棚:4工日/10 m×1 960 m×60元/工日=47 040元。包括場地清理、搭拆腳手架、布眼、鉆孔、清孔、鋼管制作、運輸、就位、頂進割等;2)加工鋼管絲扣接頭:50元/個×343個=17 150元。

4.3 機械臺班費

1)地質潛孔鉆機:39臺班×432元/臺班=16 848元;2)電動空壓機(20 m3/h):5臺班×674元/臺班=3 370元;3)壓漿機(50 L):6臺班×36元/臺班=216元;4)拌漿機: 6臺班×20元/臺班=120元;5)挖掘機(320型):22臺班×1 000元/臺班=22 000元。

4.4 材料費

1)鋸木:0.002 5×(1.86+196)m3×1 200元/m3=594元(一次攤銷);2)φ 108 mm×6 mm 鋼管:31.455 64 t×6 280元/t=197 541元;3)砂漿(M7.5):17.95 m3×218元/m3=3 913元;4)水泥(32.5級):1.35 t×355元/t=479元;5)水玻璃(35 Be′):5.624 m3×0.310 68 t/m3×950元/t=1 660元;6)磷酸氫二鈉(緩凝劑):5.624 m3×0.007 33 t/m3×4 500元=186元。

以上4項費用合計:326 966元;

φ 108 mm×6 mm管棚費用按每噸鋼管計:

326 966元÷31.455 64 t=10 394.5元/t;

按隧道延米計:326 966元÷40 m=8 174.15元/m。

5 結語

對于隧道洞口的軟弱破碎圍巖地段、淺埋地段采用長大管棚施工工藝，提前發揮超前支護作用，增加了施工安全度，提高隧道的長期穩定性，具有顯著的經濟效益和社會效益。在管棚支護下開挖，可減少地表下沉和防止圍巖坍塌。管棚鉆孔可作為地質預探預報，地質資料可為指導洞身開挖提供依據。管棚施工工藝的引用和設備的選型對今后的隧道管棚施工具有借鑒和指導作用。

[1] 鐵路隧道施工技術規范[S].