張利銓

?

淺埋暗挖隧道管幕施工經(jīng)驗

張利銓

福州市交通建設(shè)集團(tuán)有限公司

結(jié)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(yè)進(jìn)行闡述，并將其施工經(jīng)驗在操作要點和質(zhì)量控制措施中穿插介紹，旨在為管幕法施工積累經(jīng)驗。

淺埋隧道 管幕施工 經(jīng)驗

1 工程概況

廈門杏林大橋C標(biāo)段為高崎互通機(jī)場連接線，線路下穿既有鷹廈鐵路、嘉禾路及機(jī)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(jié)構(gòu)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(hù)采用φ299鋼管管幕，并注漿加固掌子面地層，采用三層結(jié)構(gòu)形式，即由噴混凝土、工字鋼架、鋼筋網(wǎng)組成的初期支護(hù)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(jīng)驗。

2 工藝原理

2.1 φ299鋼管就位采用無線導(dǎo)向儀在鉆進(jìn)過程中準(zhǔn)確測定鉆頭在地下的位置和方向。鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器的發(fā)射信號在導(dǎo)向儀顯示屏顯示出鉆頭的傾角和面向角。根據(jù)鉆頭位置與設(shè)計軌跡的差異，調(diào)節(jié)楔形鉆頭的方向，完成導(dǎo)孔定位工作。導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵，導(dǎo)向管是隨鉆打入的，起到套管護(hù)壁作用。

2.2 水平鉆機(jī)設(shè)有軌道，能平移、升降鉆機(jī)平臺。全液壓水平鉆機(jī)回拖力為50t，扭矩28000N·m，打設(shè)最大導(dǎo)向孔φ300mm，最大擴(kuò)孔直徑可達(dá)400mm左右，可一次性成孔。鋼管就位時，前面用拉管機(jī)通過鉆桿拉動擴(kuò)孔頭擴(kuò)孔，采用萬向節(jié)將導(dǎo)向管與待就位的φ299鋼管連接，將鋼管拉入。當(dāng)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(dǎo)向孔施工流程（見圖2）

圖2 導(dǎo)向孔施工工藝流程

3.2 主要施工設(shè)備。本次施工采用ITG-500水平鉆機(jī)施作導(dǎo)向孔、再利用鉆桿回拖鋼管，以確保施工完成的管幕質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)

3.3 導(dǎo)向孔精度控制。利用鉆機(jī)鉆頭上安裝的無線導(dǎo)向棒發(fā)出信號，在地面上采用Eclipse地下定位系統(tǒng)對鉆進(jìn)軌跡進(jìn)行跟蹤，反饋鉆頭所處的準(zhǔn)確空間位置，并及時進(jìn)行糾正。

3.4 作業(yè)步驟

3.4.1 施工準(zhǔn)備

3.4.1.1 資料收集

收集施工現(xiàn)場的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等資料，必要時進(jìn)行補(bǔ)勘，以掌握施工現(xiàn)場的詳實資料。DITRACK導(dǎo)向儀設(shè)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(dá)。對探明的地下管線和障礙物，要及時聯(lián)系相關(guān)業(yè)主進(jìn)行處理。根據(jù)土層性質(zhì)選擇合適的施工方法及合適的鉆機(jī)、鉆具等，進(jìn)行泥漿配比。本工程選用ITG-500型導(dǎo)向鉆機(jī)（泥漿采用篷潤土，泥漿采用機(jī)械攪拌，鉆進(jìn)及回拖過程中為減少泥漿損耗，采用泥漿回收系統(tǒng)循環(huán)利用）。

3.4.1.2 調(diào)整和控制導(dǎo)向設(shè)備

DITRACK導(dǎo)向儀系統(tǒng)包括地面接收器及遙顯，地面接收器通過接受鉆頭內(nèi)無線探棒發(fā)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(jī)操作人員根據(jù)接收器探測結(jié)果，在導(dǎo)向人員指揮下，對鉆頭偏離設(shè)計軌跡及時進(jìn)行調(diào)整，確保鉆頭沿設(shè)計軌跡鉆進(jìn)，工作原理如圖3所示。

圖3 導(dǎo)向系統(tǒng)工作原理

3.4.2 水平定向鉆的導(dǎo)向孔施工

3.4.2.1 鉆機(jī)的安放

鉆機(jī)的安放主要考慮設(shè)計鉆桿的入土角，并根據(jù)其調(diào)整鉆機(jī)架設(shè)的角度和方向。鉆機(jī)的固定非常重要，它是順利完成鋪管作業(yè)的前提，鉆機(jī)的穩(wěn)定程度反映了鉆機(jī)在給進(jìn)和回拉施工時發(fā)揮本身功率的能力，如果鉆機(jī)在推拉過程中發(fā)生移動，鉆機(jī)的功率不能正常發(fā)揮，實際推拉力和穩(wěn)定性就會降低。鉆機(jī)就位后，根據(jù)不同的地質(zhì)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(dǎo)向鉆進(jìn)

在導(dǎo)向鉆進(jìn)的過程中，發(fā)射探頭發(fā)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(fā)射的信號，信號經(jīng)接受儀處理后顯示出接收信號的各項參數(shù)?？叵蛉藛T手持接受儀在地表移動，找到接收信號強(qiáng)度最大的地面位置，通過分析接受儀顯示的數(shù)據(jù)來監(jiān)測鉆孔的軌跡。導(dǎo)向儀所提供的參數(shù)一般有以下幾項：接收信號的強(qiáng)度、鉆頭造斜面的面向角、鉆頭的埋設(shè)深度、發(fā)射探頭的溫度、鉆頭的傾角等。導(dǎo)向鉆進(jìn)時要特別注意外界的干擾信號對導(dǎo)向儀探測信號的影響。特別強(qiáng)調(diào)施工記錄對導(dǎo)向鉆進(jìn)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(jìn)過程。在鉆導(dǎo)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(kuò)及管線回拖時的拉力。

3.4.2.3 定向鉆進(jìn)擴(kuò)孔

定向鉆進(jìn)導(dǎo)向孔施工完成后，根據(jù)成孔質(zhì)量及打設(shè)管幕的需要，決定是否要擴(kuò)孔。擴(kuò)孔的主要目的是將鉆孔孔徑擴(kuò)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(kuò)孔，打完導(dǎo)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(jìn)行地表沉降觀測，根據(jù)觀測的結(jié)果來指導(dǎo)施工。擴(kuò)孔器所用的配套鉆具有連桿、擴(kuò)孔器、旋轉(zhuǎn)鉆頭等。擴(kuò)孔孔徑不宜過大，以防止塌孔。擴(kuò)孔作業(yè)要注意做好以下三點：

（1）完成導(dǎo)向孔后，卸下導(dǎo)向鉆頭及分動器，再連接孔內(nèi)鉆桿和后續(xù)鉆桿；

（2）在完成一次擴(kuò)孔后，卸下擴(kuò)孔鉆頭及分動器，并把鉆桿與后續(xù)鉆桿連接起來，根據(jù)需要進(jìn)行多級擴(kuò)孔；

（3）如遇見硬物采用潛孔錘破碎，如有塌孔現(xiàn)象，則采用泥漿護(hù)壁。

3.4.2.4 夯管施工

夯管采用TT-350氣動夯管錘，主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 TT-350氣動夯管錘主要技術(shù)參數(shù)

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(diào)整定位

導(dǎo)向孔施工完畢及各項準(zhǔn)備工作做好以后，即可進(jìn)行夯管法施工機(jī)械安裝，先在始發(fā)井內(nèi)安裝導(dǎo)軌，調(diào)整好導(dǎo)軌的位置，然后將鋼管置于導(dǎo)軌上。第一節(jié)被夯進(jìn)鋼管的方向決定了整個工程的目標(biāo)準(zhǔn)確性，一般剛開始時不宜采用夯擊，先進(jìn)行拉管，當(dāng)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(jìn)。槽形鋼架作為導(dǎo)軌的效果較理想，為給鋼管焊接留出空間，導(dǎo)軌應(yīng)離開鋼管開始進(jìn)土的位置1m左右。為保證導(dǎo)軌的穩(wěn)定，應(yīng)將其固定在用混凝土澆筑的基礎(chǔ)上，固定前一定要調(diào)準(zhǔn)方向及期望的傾斜角。

（2）夯管工藝

啟動空壓機(jī)，開啟送風(fēng)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(jìn)入地層之前，夯管錘工作時鋼管容易在導(dǎo)軌上來回竄動，應(yīng)控制送風(fēng)閥工作風(fēng)量，使鋼管平穩(wěn)地進(jìn)入地層。第一段鋼管對后續(xù)鋼管起著導(dǎo)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(jìn)入地層3倍管徑長度時，要對鋼管的偏差進(jìn)行檢測，如發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整，在繼續(xù)夯入一段后，再重復(fù)測量和調(diào)整一次，直至符合設(shè)計要求為止。鋼管進(jìn)入地層3～4m后可逐漸加大工作風(fēng)量至正常工作風(fēng)量。第二根鋼管以后，再重復(fù)上述的工藝過程。在地下水位以下，尤其是在砂土中，可能導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)軌移到始發(fā)井的后部，將下一管段置于導(dǎo)軌上，并調(diào)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(nèi)用長40cmφ273mm的內(nèi)接管，外用鋼管幫焊。

（4）拉管工藝

擴(kuò)孔完成后，達(dá)到孔徑要求時進(jìn)行拉管，在原孔位上進(jìn)行拉管施工，并在對面裝夯管機(jī)，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(shè)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(jī)具設(shè)備見表3。

表3 機(jī)具設(shè)備一覽表

5 質(zhì)量控制

5.1 質(zhì)量要求

⑴單孔開孔間距為400mm，開孔孔位偏差≤±30mm，若須移位，應(yīng)調(diào)整開孔角度進(jìn)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(yīng)控制在3‰以內(nèi)，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(zhǔn)；

⑸下管鋼管長度與設(shè)計長度誤差不得大于200mm。

5.2 質(zhì)量控制措施

⑴施工技術(shù)、管理人員和機(jī)手在施工中，應(yīng)動態(tài)掌握地質(zhì)變化，分析偏斜規(guī)律，根據(jù)實際情況，適時調(diào)整技術(shù)參數(shù)和開孔角度；

⑵各作業(yè)班次記錄人員要準(zhǔn)確丈量鉆具，詳細(xì)記錄鉆桿長度、根數(shù)。各種數(shù)據(jù)記錄要及時。禁止追記或補(bǔ)記，及時校正孔深，交接班手續(xù)要清楚；

⑶施工準(zhǔn)備要充分，地下障礙物分布情況要做過細(xì)的調(diào)查，提前排除導(dǎo)向管鉆進(jìn)行程中的障礙物。

6 結(jié)束語

隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)向縱深發(fā)展，市政淺埋暗挖隧道設(shè)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(hù)將被大量采用。目前我國對這項工藝的施工經(jīng)驗積累不多，筆者結(jié)合已建成通車的廈門杏林大橋C標(biāo)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(jìn)行經(jīng)驗總結(jié)，為同行從事類似工程項目的建設(shè)時提供借鑒。