1、導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法在隧道中連續(xù)進(jìn)行大管棚施工的方法一、前言隧道洞口位置的選擇因受限于公路、 鐵路的類型、環(huán)保情況及城市發(fā)展等條 件，使得洞口的位置、高度及覆蓋地層厚度等均處于非理想情況。但因地層、地 質(zhì)變化多端，隧道在開挖過程中總會遇到斷層或軟弱、 破碎地層，常常引起工程 問題。因此隧道工程界試圖發(fā)展一套能確實解決上述問題的工法。經(jīng)查目前國外以新奧法、國內(nèi)近年較常采用的礦山法施工的隧道廣泛使用超前支護(hù)大管棚工 法，作為隧道洞口淺覆蓋段及隧道內(nèi)遭遇各種軟弱地層的主要輔助工法。近年來TMD法的使用越來越廣泛，即使如此，大管棚也常常應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)入口處及一 些較嚴(yán)重的破碎帶做為超前支護(hù)方法。目前國內(nèi)外廣泛

2、采用的大管棚法均一次性 施作較短距離，常常需在隧道內(nèi)預(yù)先設(shè)置管棚工作室， 影響工效和經(jīng)濟(jì)。為解決 上述問題，我公司近期經(jīng)過探索、實驗，設(shè)計出 導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法”進(jìn)行長管棚施 工，一次性打設(shè)超過120米的管棚。在此基礎(chǔ)上，研究了在隧道中如何高效進(jìn) 行大管棚的施工方法。二、導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)導(dǎo)向原理導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)是由水平定向鉆進(jìn)發(fā)展而來的。 水平定向鉆進(jìn)方法是非開挖管 線施工的一種方法。該方法要求在鉆進(jìn)過程中能準(zhǔn)確測定鉆頭在地下的位置和方 向。根據(jù)鉆頭在鉆進(jìn)過程中的位置和方向同設(shè)計軌跡的差異，利用能進(jìn)行調(diào)節(jié)方向的鉆頭（一般為楔型鉆頭）改變鉆頭的鉆進(jìn)方向，從而按設(shè)計要求完成各種管 線的鋪設(shè)。鉆頭示意圖如下：圖

3、一如圖一所示：鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角（水平角度）、面向角（導(dǎo)向板的方向：導(dǎo)向板朝上即為12點，如同鐘面）。打設(shè)角度如果偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點，即導(dǎo)向板朝下，直 接頂進(jìn)，此時由于導(dǎo)向板底板斜面面積大。 受到一個向上的力，鉆頭軌跡就會朝 上運動。同理在6點糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點、3點分別是為左、右糾偏 方向。如果角度合適，鉆機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時鉆桿軌跡一般是平直的。所以導(dǎo) 向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。三、超前大管棚工法簡介超前大管棚工法就是為了保證隧道開挖的安全， 利用隧道管棚機(jī)在隧道拱頂 區(qū)域鉆設(shè)水平孔，埋設(shè)超前支護(hù)鋼管，并進(jìn)行注漿固結(jié)土層

4、，使隧道拱頂預(yù)先形 成一傘狀保護(hù)環(huán)的大管棚。此結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪功能可有效承載局部松弛的地層 荷重，適時提供隧道開挖后，而支護(hù)尚未施作或發(fā)揮作用前這一空檔所需的支撐 力，使隧道開挖面得以穩(wěn)定安全并同之后的支護(hù)和結(jié)構(gòu)等形成一圖二系統(tǒng)，達(dá)到三度空間支撐功能（如圖二）。可減少隧道開挖引起的地面沉降。 由于導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)能根據(jù)需要調(diào)節(jié)鋼管的打設(shè)方向，可控制鋼管按設(shè)計要求埋 設(shè)。一般情況根據(jù)管棚鉆機(jī)類型、鋼管類型及地層情況設(shè)計初始外擴(kuò)角及鋼管打 設(shè)過程中鉆頭角度的變化，使鋼管開始較快上升，然后漸趨水平，一般初始外擴(kuò) 角可為5%左右為宜，鉆進(jìn)約10米時，應(yīng)將鋼管調(diào)至水平。圖三為施工實況及 開挖面實況。圖三四、

5、施工組織（一）勞動力計劃工種電工電焊工鉆機(jī)操作手雜工人數(shù)12420（二）機(jī)械計劃名稱型號數(shù)量水平鉆機(jī)HGT-1002臺定向鉆進(jìn)導(dǎo)向儀DITRACKSE-1型水平導(dǎo)向儀2套工作平臺（架）H-3型可移動升降式工作平臺2泥漿泵（含注漿）BW-250型2攪拌箱立式離心泵循環(huán)攪拌1五、施工方案（一）方案構(gòu)設(shè)我公司擬采取由一端貫通打設(shè)管棚，（即：一端通長打設(shè)，我公司已有諸 多工程實踐并積累豐富的經(jīng)驗），其優(yōu)點如下：1 .管棚打設(shè)的設(shè)備及泥漿循環(huán)系統(tǒng)只建立一次，可以節(jié)省工時；2 .超長打設(shè)的管棚，整體性能好，由于不搭接，可比避免中部向上高挑”的缺陷；3 .超前大管棚采用 108熱軋無縫鋼管，壁厚8mm ,間

6、距400mm，設(shè)于 拱部，沿開挖輪廓外布置，管口中心外放至距開挖輪廓線 400mm ,外插角均為 0.1 ,管內(nèi)灌注水泥漿；長管棚從明才g一端的基坑打設(shè)，一次采取 9m超長水平 定向鉆機(jī)，控制長度每節(jié)9m；4 .根據(jù)工程設(shè)計，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合施工場區(qū)地面條件、工程地質(zhì)和水文地質(zhì) 條件，我部擬采用有線儀器定向，一次性跟管鉆進(jìn)法”，即成孔和埋設(shè)管棚一次 性完成。（二）施工方法根據(jù)本工程的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、施工場區(qū)環(huán)境等具體情況，為防止鉆進(jìn)中地下水及泥沙涌出，確保管棚打設(shè)工程質(zhì)量，確定施工分兩步進(jìn)行：1 .開孔一用專用開孔鉆機(jī)開出長約 300mm-1000mm 的小150孔位，然后預(yù)埋小150的孔

7、口管；2 .成形用小108X8mnffl管做鉆具，前端裝有導(dǎo)向探頭的導(dǎo)向?qū)Ｓ勉@頭， 采用泥漿護(hù)壁，利用有線導(dǎo)向儀監(jiān)控，隨鉆進(jìn)加尺(方位、角度發(fā)生變化時，隨 時進(jìn)行修正)，將棚管依次打入。同時將鋼管接口焊接嚴(yán)密，直至達(dá)到設(shè)計長度。(三)工藝流程三通一平一人員設(shè)備進(jìn)場一鋪設(shè)H鋼軌道一設(shè)備組裝調(diào)試一埋設(shè)孔口管一 調(diào)試鉆機(jī)(方位、傾角)一鉆具組裝進(jìn)孔一沖洗液循環(huán)一導(dǎo)向鉆進(jìn)一回次加尺(接 線、接口補(bǔ)焊)一孔斜測量一導(dǎo)向鉆進(jìn)一直至設(shè)計深度終孔一回取探頭盒一管內(nèi) 及環(huán)狀間隙注漿一移至下一孔位。(四)設(shè)備組裝與鉆機(jī)設(shè)備安裝1 .設(shè)備組裝前的準(zhǔn)備工作(1) 設(shè)備檢查一一檢查是否有缺件及好壞程度；電機(jī)、鉆機(jī)、泵等

8、測試， 運轉(zhuǎn)是否正常，所有部件是否完好；液壓系統(tǒng)是否通暢、密封完好度、液壓油泄 漏狀況；(2) 檢查所有焊接部位是否有開焊，有則補(bǔ)焊；(3) 各種部件是否有變形，有則進(jìn)行校正。2 .鉆機(jī)設(shè)備安裝(1) 鋼墊板規(guī)格=長儂二250X250mm ;脹管螺栓直徑 16mm；鋼墊板 與基礎(chǔ)固定要牢，強(qiáng)度要高；(2) H型鋼軌找平誤差3mm ;(3) 底盤對角線找方誤差曲mm；(4) 斜拉筋需繃緊，交*拉力基本相等；(5) 四柱對角誤差Smm；(6) 升降系統(tǒng)：卡瓦等上緊，加強(qiáng)整體性；(7) 所有螺母必須擰緊，發(fā)現(xiàn)溢扣者必須換掉；(8) 絲杠、頂杠要頂緊、有效，安裝要牢固，確保不因震動而松動或脫 落。3

9、.調(diào)試鉆機(jī)(方位、傾角)(1) 鉆機(jī)入孔的方位角及傾角，必須在測量隊提供的可靠的測量數(shù)據(jù)上 進(jìn)行；(2) 孔位確需移動時，須設(shè)計與監(jiān)理同意，并且計算回歸角度；(3) 根據(jù)試驗檢驗導(dǎo)向鉆頭的糾偏能力，在施工經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上，確 定開孔方位和傾角是否增加糾偏角，并以書面形式通知機(jī)臺；(4) 計算傾角時應(yīng)將隧道坡度考慮在內(nèi)，鋼管打設(shè)時原則上不允許向內(nèi) 偏斜。4 .鉆具組裝(1) 鉆頭楔掌板旋轉(zhuǎn)直徑 小為116mm ,楔型面與鉆具(鉆桿)交角0 20(2) 水眼直徑為8-10mm ;(3) 鉆具前部的導(dǎo)向鉆頭，探頭必須經(jīng)檢驗，保證質(zhì)量合格，性能可靠， 安裝齊全；(4) 探頭盒后部加裝燈光以備隨時測斜之

10、用。5 .沖洗液流通系統(tǒng)(1) 沖洗液具體配比由專業(yè)泥漿工程師根據(jù)具體地層情況確定。泥漿需 經(jīng)充分?jǐn)嚢瑁鶆蚺渲贫伞Ｅ渲茣r，必須嚴(yán)格執(zhí)行配比；(2) 沖洗液必須先配制好后使用，嚴(yán)禁使用中同時加清水、加料；(3) 沖洗液流通系統(tǒng)：沖洗液制備 一儲漿池一泥漿泵一送水器一鉆具一 管外環(huán)狀間隙一孔口回水閥門一高吊管一回漿管(溝)。鉆進(jìn)過程中必須保持上 述各流通環(huán)節(jié)的暢通；(4) 在施工過程中，應(yīng)根據(jù)不同的地層，合理調(diào)節(jié)泵壓、泵量，以免因沖洗液不足引起通道堵塞或因過大導(dǎo)致過量泥沙外排。此工程中，一般宜采取中低壓、中小水量。6 .導(dǎo)向鉆進(jìn)(1) 導(dǎo)向鉆進(jìn)前應(yīng)對鉆機(jī)定位情況、 方位、傾角情況，孔口管對中情

11、況， 沖洗液流通以及導(dǎo)向儀顯示情況進(jìn)行全面復(fù)檢，確認(rèn)正常后進(jìn)行試鉆；(2) 鉆進(jìn)前須先開泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進(jìn)；(3) 鉆進(jìn)時，泥漿泵壓應(yīng)控制在0.6-1.0MPa ,泵量為10-30L/min為宜。 保持中低壓力，勻速中速鉆進(jìn)；(4) 為防止水土流失，控制沉降，必要時需采用孔內(nèi)保壓措施。要始終保持回水量小于或等于進(jìn)水量；(5) 導(dǎo)向技術(shù)人員隨著不斷鉆進(jìn)，必須時刻觀察探頭角度變化情況，角 度偏差大于0.3 時，應(yīng)及時糾偏。當(dāng)糾偏無效、偏差大于 0.6 時，應(yīng)停止鉆進(jìn)， 及時報告項目經(jīng)理，研究對策后再施工。現(xiàn)場須及時進(jìn)行導(dǎo)向數(shù)據(jù)記錄和鉆具前 端長度及每次加管長度詳細(xì)記錄；(6) 鉆孔出

12、現(xiàn)涌水時，應(yīng)盡量保持泵壓，泵量不能變小，以平衡孔內(nèi)壓 力；(7) 沖洗液不正常時，嚴(yán)禁繼續(xù)鉆進(jìn)。泵工應(yīng)注意觀察沖洗液變化情況， 及時上報有關(guān)負(fù)責(zé)人；(8) 導(dǎo)向鉆進(jìn)至20及40米時，應(yīng)分別進(jìn)行一次測斜。發(fā)現(xiàn)超限，及時 補(bǔ)救。7 .回次加尺、接線、焊接(1) 每根管在下坑前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁 厚均勻，絲扣完好合格。管材內(nèi)的鐵屑、贓物及銹皮等必須清除干凈。下坑時避免與硬物相碰，以免損傷管扣；(2) 鉆進(jìn)中，每次加尺后，須先鉆進(jìn)后起出進(jìn)行棚管絲扣接縫焊接(即 先鉆后焊)，以免鉆進(jìn)時的扭力造成開焊。要求每個接縫焊接進(jìn)行自檢，保證焊 接質(zhì)量；(3) 連接的電線應(yīng)選用導(dǎo)電性能好，

13、外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風(fēng)機(jī)吹烤貼牢；(4) 回次加尺、接線、接管以及焊接過程中，均注意不得將異物遺留或掉入打設(shè)管內(nèi)。8 .探頭盒回取及終孔注漿(1) 用小8mm的鋼絲繩將探頭盒取出，取出時應(yīng)每 10米測量一次 孔 斜情況；(2) 單孔打設(shè)驗收合格后，通過管內(nèi)壓注水泥漿，對管內(nèi)及管外環(huán)狀間隙進(jìn)行充填，注漿管頭應(yīng)保持在距管底端500左右位置，待水泥漿初凝后進(jìn)行二次注漿，注漿壓力為0.6-0.8MP。其中，注漿材料：水泥P.O32.5、膨潤土， 注漿壓力：0.4-0.6MP ,配比(質(zhì)量比)：水：水泥：膨潤土(1:1: 0.2)(3) 單孔驗收合格后,在現(xiàn)場立

14、即辦理驗收合格簽證,再轉(zhuǎn)入下一孔位施工。9 .施工順序為探明地層情況，應(yīng)先施工連拱連接處的管棚，該處管棚施工完畢后待地質(zhì) 情況了解好即施工中拱頂部管棚，由此向兩側(cè)施工。另附：針對本次地鐵十號線7標(biāo)段的特點和要求初步制定了大管棚施工的具 體方案，此次地鐵隧道情況復(fù)雜、工期緊迫，制定如下方案：1 .采用(|)81*8mm或 小108*8mm的鋼管，間距300-400mm ,初始外擴(kuò)角5%-6% ,鉆至4米開始往水平方向調(diào)節(jié)鋼管打設(shè)角度，至10米左右趨于水平。2 .盡量長距離施作，避免做管棚工作室。在同一種隧道斷面類型情況下， 盡量一次完成超前長管棚的打設(shè)，最多可一次施作超過60米。3 .當(dāng)隧道斷面

15、由大變小時，可在斷面變化處水平打設(shè)管棚；當(dāng)隧道斷面由 小變大時，需采用加密小導(dǎo)管注漿向前挖進(jìn)約10米左右，然后再打設(shè)管棚。4 .無管棚施工工作室時特殊情況的處理措施：在大管棚施工過程中，由于某些原因而使大管棚一次性鉆孔深度無法達(dá) 到設(shè)計要求，且現(xiàn)場空間等條件無法滿足新開管棚工作室。解決思路：從我公司多年積累的豐富經(jīng)驗理論出發(fā)，制定出較完善的處理措施，此方法的原理是：以較小的作業(yè)面在搭接部位以一定的弧度作為過度階段并在與上 輪鋼管的搭接點相接且向后延伸， 從而達(dá)到從一端一致貫通的目的。現(xiàn)根據(jù)本工 程的特點將開鉆處設(shè)在距上鋼管底端 5米處，將此處格柵厚度降至170-200mm 處并預(yù)留2-3米的工作面。然后以一定的角度鉆進(jìn)，達(dá)到一定深度后通過鉆頭 調(diào)節(jié)角度的方式將角度逐步調(diào)平。此方法的優(yōu)點是以較短的的彎曲路徑作為過渡 階段而實現(xiàn)搭接目的，施工方便無須新開管棚工作室，縮短施工周期，減少浪費。具體步驟：(1) 鉆機(jī)就位后，以4o的初始角緩緩鉆入；(2) 深度達(dá)到4米后將角度調(diào)至2-3o繼續(xù)鉆進(jìn)并不斷調(diào)節(jié)角度直至10米；(