大管棚施工技術介紹

薛俊斌

摘 要：如果在自穩能力較差的土層中開挖隧洞，則在開挖過程中會因施工對地層土體的擾動、隧洞頂部公路行車荷載向下的傳遞作用而引發塌方、冒頂等安全事故。而在隧洞穿越公路下方的過程中，采用大管棚施工技術可有效控制公路沉降，從而保證隧洞的施工安全。

關鍵詞：南水北調；大管棚；水工隧洞；土層結構

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.152

1 概述

南水北調中線工程（京石段應急供水工程）惠南莊—大寧段穿越京石高速公路，其水工隧洞位于北京市房山區長陽鎮，在京石高速公路進京方向長陽入口匝道下穿越，隧道長度為69 m，隧洞頂部至高速公路路面土層的厚度為5.3 m。隧道結構設計形式為正圓形雙聯單洞，開挖直徑為6 m，兩洞軸線之間的凈距為4.85 m 。本工程采用淺埋暗挖法施工，初襯結構為C30鋼拱架-噴射混凝土，襯砌內徑為5.4 m。

該隧道穿越的地層結構比較簡單，主要為第四系全新統砂壤土和更新統馬蘭組砂壤土層結構，具有透水性弱、自穩能力較差等特點。隧洞兩側溝槽底部均低于隧洞下拱開挖線2 m，隧洞施工不存在降水問題。

2 大管棚施工方法

2.1 施工工藝

大管棚施工采用水平定向鉆技術，可實現一次全長鉆進，且可控制大管棚的施工偏差。大管棚采用熱軋鋼管制作，單根長度為69 m，外徑為108 mm，壁厚為6 mm，施工環向間距為300 mm。為了確保大管棚的施工精度，采用了有線導向控制系統，并在楔板鉆頭后200 mm的部位安裝了探棒，可將孔內大管棚的方位角和傾角直接顯示在系統屏幕上。當施工出現偏離時，可通過楔板鉆頭頂進糾偏，從而將偏差控制在0.5%以內。在施工中，由西側向東進行一次全長鉆進。為了防止大管棚就位后注漿時漿液從另一端滲漏，在隧洞軸線的另一端預留了1 m厚的土層，待大管棚施工完成后再開挖。大管棚鉆孔采用跳孔的方式鉆進，為了防止出現串漿現象，應采用隔孔灌注的方式。大管棚首件施工完成后，應開展驗收工作，確認首件合格后方可繼續施工。

水平定向鉆是非開挖管線施工的技術之一，采用該技術能在鉆進過程中準確測定鉆頭在地下的位置和方向，還可根據實際鉆進與理論鉆進的對比結果，利用楔型鉆頭調整鉆頭的鉆進方向，從而按設計要求完成各種管線的鋪設。此外，該技術在大管棚施工中也較為適用。

水平定向鉆的鉆頭內裝有傳感器，系統屏幕上可顯示鉆頭的實時狀態。如果鉆頭在施工過程中出現了偏移的情況，則可利用糾偏系統及時糾正。此外，在正常鉆進中，鉆機可勻速旋轉鉆進，鉆桿的軌跡也處于平直狀態。

2.2 施工流程

平整施工場地后，安裝并調試鉆進設備，埋設孔口管，調整鉆機的方位、傾角；鉆具組裝完成后入孔鉆進，開啟沖洗液循環系統，并在鉆進過程中隨時檢測鉆孔偏差，鉆至設計深度后注漿，單根管棚施工完成。

2.2.1 鉆進設備的安裝

鉆進設備與基礎采用鋼墊板連接，并用脹栓固定，鋼墊板與基礎的連接應牢固。鉆機安裝完成后，工作人員應檢查設備的安裝質量，比如，H形鋼軌道的水平誤差和底盤對角的距離差應控制在3 mm以內，斜拉鋼筋必須緊固，交叉拉力基本相等，所有螺母必須緊固。此外，測量作業人員應測量鉆機入孔的方位角和傾角，以保證孔向的精確性。如果在調試過程中因遇到特殊情況而需要移動孔位，則必須經過設計單位的同意。在組裝鉆具時，鉆頭楔展板的旋轉直徑應≤115 mm，楔形面與鉆具（鉆桿）的交角應≤20°，水眼直徑應為10～15 mm，檢查鉆具前部的導向鉆頭，確保其性能可靠，并在探頭盒后部加裝燈光設備，以備隨時使用。

2.2.2 沖洗液流通系統的調試

沖洗液的具體配合比應根據施工現場的工藝試驗結果確定。配制泥漿時，工作人員必須嚴格按照配合比調配，并攪拌均勻，且嚴禁在使用過程中加入水等其他成分。在施工過程中，施工人員應根據不同的地層情況調節泵壓、泵量，以免因沖洗液不足而引起通道堵塞，或因沖洗液過多而導致泥沙外泄。

2.2.3 導向的鉆進和加尺

鉆進前，施工人員應詳細檢查鉆機的方位、傾角、孔口管以及沖洗液的流通情況，待沖洗液流通正常后方可鉆進；鉆進時，泵壓應控制在0.6～1.0 MPa，泵量應為10～30 L/min，并保持中低壓力下的勻速鉆進狀態。為了防止漿液流失，應采用孔內保壓措施，始終保持回水量小于等于進水量。

隨著鉆機的鉆進，施工人員應隨時觀察探頭角度的變化情況。當探頭的角度偏差>0.3°時，應及時糾偏。如果施工人員發現糾偏無效或角度偏差>0.6°時，則應停止鉆進，并在執行技術人員制訂的解決方案后恢復施工。當鉆孔出現涌水現象時，應保持設計壓力，以平衡孔內壓力。

此外，在施工前，施工人員必須詳細檢查每根管，管材應無彎曲，絲扣四周的壁厚應均勻，管材內的鐵屑、銹皮等雜物必須清除干凈。在鉆進過程中，應避免大管棚與硬物碰觸，以免損傷管扣，每次加尺后，必須先鉆進后焊接大棚管絲扣的接縫，并檢查每條接縫的質量。在加尺、焊接的過程中，不可將雜物遺留在管內。大管棚鉆進就位后，應采用預設的鋼索取出探頭盒，檢查合格方可使用。

2.2.4 大管棚注漿

大管棚就位后，可對管內環狀間隙和管外環狀間隙灌注水泥漿液，以提高大管棚的剛度和管棚間土體的強度。灌注的漿液一般采用水泥漿，水灰比為0.5∶1，注漿壓力為0.3 MPa。在停止灌漿的過程中，應在吸漿穩壓5 min后結束注漿，并在注漿完成后對管口進行封堵處理。

3 結束語

在軟弱圍巖中采用淺埋暗挖法開挖隧洞時，采用大管棚施工對隧洞圍巖進行超前支護可有效預防塌方、沉降等情況發生，從而為隧洞施工提供安全保障。

〔編輯：張思楠〕