您的当前位置:首页正文

无工作室超前管棚施工技术在某输水隧洞中的应用

2022-08-08 来源:易榕旅网
第34卷第5期 2013年1O月 华北水利水 电学院学报 Vo1.34 NO.5 0ct.2013 Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power DOI:10.3969/j.issn.1002—5634.2013.05.010 无工作室超前管棚施工技术在某输水隧洞中的应用 李文富 (辽宁省水利厅,辽宁沈阳110003) 摘 要:隧洞施工在遇到不良地质时,通常采用管棚超前支护.常规管棚施工存在扩挖、工程成本增加、后期处理难 度大、安全保障差等缺点,故可采用无工作室超前管棚施工技术.其施作要点是取消管棚工作室,在隧洞设 计开挖轮廓线内侧40 cm处,按设计外插角开孔并进行管棚孔钻设,将管棚与钻杆连接逐节推进至孔内; 对于管棚侵限位置,采用自制的管棚推进器将管棚推进至隧洞设计开挖轮廓线外.无工作室管棚在某输水 隧洞中成功应用,并取得了良好效果.该方法施工方便,灵活性强,经济性好,安全性高,可供类似工程参考 采用. 关键词:超前管棚支护;无工作室;输水隧洞;不良地质带 中图分类号:TV51 文献标识码:A 文章编号:1002—5634(2013)05—0035—04 隧洞开挖过程中,经常会遇到破碎带、松散带、 软弱地层、涌水、涌沙等地段,如果不进行超前预支 了要求;④扩挖管棚工作室,相应延长了施工工期. 鉴于此,可采用无工作室超前管棚施工技术. 护,很容易出现坍塌情况,导致事故发生,不仅给相 关企业造成经济损失,增加工程成本,而且极大地影 响工程施工进度和施工质量.管棚超前支护是近几 1 无工作室超前管棚施工技术 无工作室超前管棚施工技术 是利用标准隧 洞设计开挖空间进行超前支护施工的新技术.该技 术是在常规管棚施工基础上,通过取消管棚工作室, 年发展起来的用以防止掌子面坍塌并限制围岩变形 的一种预支护手段.管棚作为隧洞顶部和边墙的超 前预支护,可以有效防止掌子面的坍塌及地层过量 变位,管棚及其超前注浆对隧洞的稳定起到了保护 作用,为隧洞开挖提供安全保障¨ . 常规超前管棚的施作过程中,需建立满足机械 在隧洞设计开挖轮廓线内侧40 cm处,按设计外插 角开孑L并进行管棚孔钻设,引孔完成后将管棚与钻 杆连接逐节推进至孔内;对于管棚侵限位置,采用自 制的管棚推进器,将管棚推进至隧洞设计开挖轮廓 线外,侵限位置利用上循环管棚形成有效搭接. 与设置管棚工作室的常规管棚施工技术相比, 无工作室超前管棚施工技术的优点如下. 1)安全性高.常规管棚工作室断面大,要在原 来的断面基础上扩挖,对破碎围岩条件下断面突变 处(扩挖、挑顶)极易引起受力不均,对节理发育的 要求以及避免管棚侵占隧洞净空的管棚工作室.管 棚工作室一般沿隧洞开挖轮廓线向外径扩挖0.6— 0.8 m(有时为了方便施工,扩挖1.0—3.0 m),纵向 长度6.0~10.0 In .但常规管棚施工存在以下几 个方面的缺点:①开挖断面扩大,对软弱围岩造成了 进一步的破坏,挑顶突变导致应力集中,不利于围岩 稳定,安全上得不到有效保障;②管棚工作室扩挖, 导致开挖石方量增加,初期支护工程量增大,相应地 软弱围岩造成扰动,威胁施工安全;而无工作室管棚 施工断面变化不大,安全质量能得到保障,降低了施 工风险. 在施工过程中人工费用也有所增加,最终使工程成 本增加;③后期对工作室回填和处理难度加大,二衬 混凝土数量增大后,对二衬钢模台车的刚度也提出 2)经济性好.管棚工作室扩挖,导致工程成本 增加.而无工作室管棚施工减少了石方开挖、混凝土 收稿日期:2013—05—15 作者简介:李文富(1977一),男,蒙古族,辽宁朝阳人,高级工程师,硕士,主要从事工程技术管理方面的研究 36 华北水利水 电学院学报 2013年10月 回填等工程量,节约工程成本,具有可观的经济 效益. 673处设计轮廓线内侧20 em处开始钻孔.由于管 棚外插角3。,为保证管棚不因侵线而被割掉,采用 3)施工方便,灵活性强.①利用管棚钻机,在隧 洞下台阶的基础上就可进行上半断面管棚施工,无 管棚推进器将管棚推进至隧洞开挖轮廓线外,则推 进长度L=0.2/sin3。=3.8 m.拟定于96+673.O一 96+669.2共3.8 m为侵限管棚继续顶进区间; 需特意垫渣,来构筑施工平台.②直接利用隧洞设计 开挖空间进行超前大管棚支护施工,满足隧洞管棚 96+669.2—96+666.2为与第一循环管棚搭接段. 各施工段位置如图1所示. 快速施工的技术要求.③利用管棚推进器,将管棚末 端推进至开挖轮廓线外,解决了隧洞开挖施工过程 中钢管棚的切割问题. 2工程应用实例 2.1 工程概况及地质条件 某输水隧洞采用钻爆法开挖,为马蹄形断面.在 桩号96+692—95+806段(长约886 m)洞顶埋深 约12.3~35.0 m,为浅埋段施工,施工风险高,洞身 穿越中风化凝灰岩,节理极其发育且多组相互切割, 岩体破碎.表层粉质黏土层,黄褐色,层厚1.5— 3.0 m,层间夹粉土、粉砂薄层或透镜体,局部可见 少量碎石或卵砾石.下部地层岩性以圆砾为主,局部 为砾砂或卵石,层底见2.5 1TI厚的含砾黏土层,粒石 砾径1 em左右,呈棱角状或浑圆状,砾卵石的主要 岩性为花岗岩、凝灰岩等,层底埋深7~19 m,层底 高程242~246 m. 2.2总体施工方案 根据隧洞地质情况,本段拟采用西76 mm超前 大管棚及管棚预注浆进行超前支护,每个循环管棚 长25 m,搭接长度3 m,以提高围岩承载能力和稳定 性,避免在开挖施工过程中局部发生坍塌,为安全快 速开挖创造条件. 第一循环管棚采用常规管棚施作方法 ,设置 长8 m的管棚工作室,在原断面基础上扩挖0.8 m, 超前支护桩号为96+691—96+666.根据现场施工 条件,经过研究决定从施工第二循环管棚开始采用 不设工作室直接进行管棚施工的方案,以提高施工 效率,节约成本,降低风险.在隧洞设计开挖轮廓线 内侧20 cm处,按3。外插角开孔,并进行管棚孔钻 设,钻孔完成后将管棚与钻杆连接逐节推进入孔内. 对于管棚侵限部位,采用自制的管棚推进器将管棚 推进至隧洞开挖轮廓线外,利用前后循环管棚形成 有效搭接.采用卡萨c6钻机进行钻孔,该钻机自动 操作能力强,施工效率高. 结合第一循环管棚施工情况,为便于管棚顶进 器来回移动,顺利将管棚侵限部分顶推至开挖轮廓 线外,拟在开挖至96+674.8处施工管棚顶进器工 作空间,该段长度1.8 m,挑高40 em.随后在96+ 图1 无工作室管棚施工纵断面图(单位:mil1) 2.3具体施工参数 本循环钻设 76 mm大管棚,钻孔深度28.8 m, 管棚长度25 m,外插角3。,纵向搭接3 m,环向间距 为40 cm,拱部180。范围布置,共计36根.管棚采用 76 mm无缝钢管(壁厚6 mm)加工,管身四周钻 4,8 mm溢浆孔,梅花形布设,孔间距20~30 em,每 根管棚钢管孔口2 m范围不开孑L.钢管前端加工成 椎形尖端并封闭,便于管棚安设.接头处采用长度 20 cm的4>60 mm钢管焊接连接,保证钢管间的连接 强度.管棚开孔布置如图2所示. 图2管棚开孔布置断面图(单位:Cln) 2.4施工步骤 2.4.1掌子面封闭 为确保施工安全和避免管棚注浆时漏浆,需要 对管棚施工面进行喷射混凝土施工.喷射C30混凝 第34卷第5期 李文富: 无工作室超前管棚施工技术在某输水隧洞中的应用 37 土30 em厚,提高掌子面平整度,便于管棚钻孔安装 为提高管棚的抗弯能力,通过注浆使水泥浆填 满钢管. 2.4.6管棚注浆 注浆可跳孔间隔进行.首先施作奇数钢花管并 孔口管,提高管棚开孔精确度. 2.4.2孔口管(导向管)安装 按环向40 cm间距测量放线,标记出各管棚的 起钻位置,钻机就位,调整好外插角,采用thl30 mm 钻头低转速和低给进力进行孔口管(导向管)开孔. 导向管(孔口管)开孔采取间隔跳孔方式进行,每孔 钻进1 m,然后退出,安装长1.2 m的4,100 mm孔VI 注浆,然后打设偶数钢花管,检查钢花管的注浆质 量.将管杆钻至设计深度,尾部露出岩体面15 cm, 以便注浆施工.将止浆塞套于钢管上,塞入孔中,采 用KBY一50/70型注浆机进行注浆,注浆压力0.5~ 1.0 MPa.注浆水泥浆液比为0.6:1—0.8:1(质量 管,孔口管(导向管)外漏20 cm,以便法兰连接. 2.4.3管棚孔钻设 比),水灰比由试验室根据现场实际需要调整. 采用西90 mm钻头进行管棚一次性钻孔.钻机 单孔注浆采用定压与定量双控制,具体如下. 就位后,先调整好机身及钻杆角度,然后把钻杆沿着 定压标准:注浆终压为0.6~1.0 MPa,拱顶位 孔口管伸进去进行钻孔,钻孑L深度28.8 m.引孔钻 置采用较低注浆压力,下部及中部位置采用较高压 设完成后采用高压风水混合对管棚孑L进行洗孑L. 力,进浆速度为开始进浆速度的1/4;达到设计 钻孔过程中遇到塌孑L时,先进行注浆,然后再继 压力. 续钻孔. 定量标准:注浆量参照第一循环注浆情况,控制 2.4.4预注浆堵水 在0.1~0.2 m /m;当注浆量达到设计注浆量时,压 针对出水量大的孔,需进行预注浆堵水.采用法 力仍然不上升,可采取调整浆液配比缩短凝胶时间, 兰盘作为止浆塞,进行全孔一次性注浆.浆材以普通 从而使压力达到设计压力. 水泥单液浆为主,普通水泥一水玻璃双液浆为辅.双 2.4.7管棚孔口封孔 液浆主要用于封堵掌子面及拱顶漏检处,浆液水灰 根据单孔注浆结束标准 ,在结束时,进行封 比0.6:1~0.8:1(质量比),水泥、水玻璃体积比为 孔工作,防止浆液外流.为缩短浆液凝胶时间,采用 1:1.注浆终压为1 MPa,注浆参数应根据现场试验 水泥一水玻璃双液浆进行封孔,水灰比0.6:1~ 的注浆效果进行动态调整. 0.8:1(质量比),水泥水玻璃体积比1:1(水玻璃浓 每孔预注浆终压为1.0 MPa,达到设计压力 度为30。Be),封孔持续时间控制在10 min以内. 10~15 min后即可停止注浆. 2.5经济效益比较 2.4.5管棚安装顶进 本段隧洞工程不良地质总长886 in,采用无工 每钻完一孔,即顶进管棚钢管;进行预注浆的孔 作室超前管棚施工,与常规管棚相比,减少了管棚工 位,则要扫孔后,进行管棚顶进.同一断面上钢管接 作室扩挖,相应开挖石方量、初期支护工程量、二衬 头量不超过50%,相邻钢管相错距离不小于1 m.对 混凝土用量都有所减小,因此工程成本降低.按常规 长20 cm的西60 mm钢管焊接进行连接. 管棚工作室8 m长度计算,两种方案工程成本比较 对最后一节管棚末端加工成十字凹榫,并利用 见表1.由表1可知,本段隧洞采用无工作室超前管 安装在钻杆与管棚相同直径、与凹榫相吻合的顶进 棚施工,降低工程成本约653.69万元,经济效益十 器,通过钻机推力顶进孔内,到达开挖轮廓线以外. 分可观. 表1 两种方案工程成本比较 38 华北水利水电学院学报 2013年l0月 3 结 语 该段工程输水隧洞成功应用了无工作室超前管 棚施工技术,克服了以往常规管棚施工的不足,降低 了在断层破碎带围岩中扩挖管棚工作室带来的安全 风险,取得了良好的经济效益. 是遇到长距离不良地质洞段时,效益更加明显,可供 类似工程施工时参考. 参 考 文 献 [1]陈怀均.某引水隧洞管棚法施工技术的分析[J].四川I 水利,2011(3):47—50. 1)该工程引进卡萨c6管棚钻机,正常工作高 度4.5 m,不设管棚工作室,台阶高度4.5 m,在现有 台阶高度的基础上就可进行管棚施工,无需特意垫 渣来构筑施工平台,施工灵活方便. [2]孙国庆.超前大管棚施工工艺及参数优化研究[J].隧 道建设,2010,30(5):495—498. [3]柳长奔,张树.无工作室管棚技术的施工与应用[J].现 代隧道技术,2010(3):99—102. [4]梁多胜.隧道洞内4)89中管棚施工技术[J].山西建筑, 2011(7):186—187. 2)直接利用隧洞设计开挖空间进行超前大管 棚支护施工,减小了对断层破碎岩层原有结构的干 扰破坏,降低了施工风险,提高了施工效率,满足隧 洞管棚快速施工的技术要求和设计理念. [5]中国电力企业联合会.DL/T 5148~2O12水工建筑物水 泥灌浆施工技术规范[s].北京:中国电力出版社, 20l 2. 3)取消管棚工作室,经济效益十分可观,特别 Application of Non-cavern Advanced Pipe Shed Construction Technique in the Water-conveyance Tunnel LI Wel1.fu (Liaoning Provincial Department of Water Resources,Shenyang 1 10003,China) Abstract:In the face of bad geological tunnel construction,usually pipe shed pre—support is applied.Because conventional pipe shed construction has the disadvantages of enlarging excavation,the increase of engineering cost,the difficultly of post—processing,poor se— curity,non-cavern advanced pipe shed construction technique is created.Its construction elements includes:cancelling pipe shed cav- ern,at 40 em inside the tunnel excavation contour,according to the design angle of extrapolation with pipe shed hole drill,the pipe roof section is linked one by one to hole with drill pipe.For the pipe shed contamination limit position,using self-made pipe shed pro— peller,tube shed is advanced to the designed excavation contour of the tunne1.It is applied successfully in the water conveyance tun・ nel,and achieves good resuhs.Non-cavern pro—supporting pipe shed construction technique has a characteristic of convenience,flexi- bility,good economic performance and high safety,and can provide a reference for similar engineering. Key words:pro—supporting pipe shed;non—cavern;water-conveyance tunnel;bad geological site (责任编辑:陈海涛) 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容