CN113586080A - 管棚施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种管棚施工方法，涉及隧道施工技术领域，具体为采用大孔引导和棚管顶进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力将装有工作管头的棚管沿引导孔顶进，逐节接长棚管，直至孔底，特别是顶进棚管时潜孔钻不使用回转压力，不产生扭矩，以避免发生塌孔现象，确保管棚顺利施工。本申请技术方案尤其适用于地质条件较差，多为V级围岩，且埋深较少的隧道洞口段施工中。

Description

管棚施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种管棚施工方法。

背景技术

管棚施工法常应用于隧道工程中，特别是洞口段围岩多风化破碎、岩质较差，为保证其进洞安全，常采用管棚作为超前支护，防止土层坍塌和地表下沉，以保证掘进与后续支护工艺安全运作。在施作管棚时，由于破碎松散的岩体在钻孔后存在严重的塌孔现象，无法成孔。因此，快速便捷、安全可靠的管棚施工方法尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种快速便捷、简单可靠的管棚施工方法，适用于地质条件较差，多为V级围岩，且埋深较少的隧道洞口段施工中。

本发明实施例提供的管棚施工方法，包括如下步骤：

在施作套拱、固定孔口管之后，对每个孔进行编号：将隧道顶端的孔编号为0#，左右两侧对称编号为1#，2#…N#；按照施工顺序将所有孔分为两组：0#和奇数#孔，以及偶数#孔；

每一组孔施工时，利用潜孔钻机开孔时采用低速轻压的方式将第一节钻杆压入岩层20cm；

驱动所述潜孔钻机达到预设钻速直到当前节钻杆尾部剩余20～30cm时停止，所述潜孔钻机低速反转卸下钻杆后退回原位；

安装下一节钻杆，并在所述下一节钻杆前端安装钻杆联接套，将所述下一节钻杆低速送至前一节钻杆尾部联接成一体；续接剩余的钻杆，直至孔达到设计深度；

将第一节钢管安装在所述潜孔钻机大臂上，以预设的冲击力和预设的推进压力低速顶进；续接下一节钢管直至孔底；其中，包括0#和奇数#孔的一组孔内均安装有孔钢管，包括偶数#孔的另一组孔内均安装无孔钢管；

对包括0#和奇数#孔的一组孔内的有孔钢管注水泥浆，以及对每一组孔内的钢管进行清孔和砂浆充填的工序。

进一步的，所述预设的冲击力为1.8～2.0MPa，所述预设的推进压力为4.0～6.0MPa。

进一步的，每一节钻杆两端均具有外螺纹，每个所述钻杆联接套两端具有用于与钻杆的外螺纹啮合的内螺纹。

进一步的，所述孔口管采用Φ133×4mm的无缝钢管，沿拱部环向间距40cm布置；所述有孔钢管和所述无孔钢管均采用Φ108×6mm热轧无缝钢管。

进一步的，所述孔口管的设置范围为拱部100°～120°

进一步的，每根所述Φ108×6mm热轧无缝钢管内设钢筋笼；所述钢筋笼由4根Φ20mm的主筋和若干Φ10mm箍筋组成，所述箍筋采用短管节，按间距50cm设置，与所述主筋焊接。

进一步的，所述有孔钢管包括止浆段、注浆段和钻头；其中，所述钻头为设于所述有孔钢管前端的长度10cm的合金钢片式空心钻头，所述止浆段为设于所述有孔钢管尾部的长度2.5m的一段，所述注浆段按梅花形布置间距为15cm钻设Φ10mm注浆孔。

进一步的，相邻钢管节之间均采用管节联接套连接；其中，所述管节联接套包括接头A和接头B；所述接头A的一端具有与钢管节的一端啮合的联接外螺纹，所述接头B的一端具有与相邻钢管节的一端啮合的联接内螺纹，螺纹长度不小于15cm。

进一步的，两相邻孔内的管节联接套的位置前后错开不小于1m。

进一步的，所述对包括0#和奇数#孔的一组孔内的有孔钢管注水泥浆时，压浆初压为1.0MPa，压浆终压为2.0～2.5MPa。

本发明实施例提供的管棚施工方法，采用大孔引导和棚管顶进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力将装有工作管头的棚管沿引导孔顶进，逐节接长棚管，直至孔底，特别是顶进棚管时潜孔钻不使用回转压力，不产生扭矩，以避免发生塌孔现象，确保管棚顺利施工。本申请技术方案尤其适用于地质条件较差，多为V级围岩，且埋深较少的隧道洞口段施工中，比如，某隧道工程段左右线进口明洞及浅埋段，围岩为V级，为全强风化花岗岩，岩体破碎，强度及稳定性差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的管棚施工方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的钻杆联接套的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的有孔钢管的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的管节联接套的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的大管棚钢筋笼的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供的管棚施工方法应用于地质条件较差，多为V级围岩，且埋深较少的隧道洞口段施工中，比如，某隧道工程段左右线进口明洞及浅埋段，围岩为V级，为全强风化花岗岩，岩体破碎，强度及稳定性差，均设计采用超前大管棚进行防护。

具体实施时，在施作超前大管棚之前，首先，进行洞口(明洞)边仰坡开挖施工；具体为：按设计图放样出开挖边线，清除开挖面上的危岩、松碴以及其它杂物，并按设计坡度用全站仪测量放样出仰坡起始位置；然后，采用人工配合挖掘机自上而下进行分层刷坡开挖：每开挖一层，及时对坡面进行支护加固，每一层开挖高度控制在2m以内，其中，刷坡为对边坡的倾斜表面进行平整处理，以使边坡的坡度达到设计坡度，从而确保坡面的平顺；必要时需爆破开挖边仰坡时，宜采取浅孔小台阶爆破，严格控制爆破参数，避免对边坡的过大扰动而导致边坡坍塌。

然后，及时进行边仰坡防护，坡面的防护是隧道进洞阶段防止地表水浸入软化围岩，保证隧道进口成洞面稳定的一个关键措施。具体为：严格按设计要求施作锚喷网支护结构，即锚杆、喷射混凝土和钢筋网三者并用的联合支护结构，其防护顺序为：先初喷C25混凝土，混凝土厚度要达到4～6cm；然后，沿边仰坡布置间距120cm×120cm梅花形锚杆孔，安装C22砂浆锚杆，锚杆长度为3.5m；再挂设Φ8mm钢筋网，严格按照图纸25×25cm间距标识的网孔参数布设钢筋网格，钢筋网与锚杆应焊接牢固，焊接方式采用单面搭接焊，搭接长度不小于10d(即为钢筋直径的10倍)，牢固程度达到在喷射混凝土时不得晃动为止；最后，在初喷的混凝土终凝之后复喷混凝土至设计厚度，喷射混凝土终凝后2h后，喷水养护，养护时间不小于7d。

下面对本申请提供的管棚施工方法的具体实施方式进行介绍。

请一并参阅图1至图5，本发明实施例提供了一种管棚施工方法，所述管棚施工方法包括如下步骤：

S1，在施作套拱、固定孔口管之后，对每个孔进行编号：将隧道顶端的孔编号为0#，左右两侧对称编号为1#，2#…N#；按照施工顺序将所有孔分为两组：0#和奇数#孔，以及偶数#孔。

具体实施时，在洞口开挖完成后，在明洞衬砌外设套拱(由钢拱架和砼构成)及导向管；具体为：(1)采用全站仪精确测量放样出管棚施工范围线，并标记出套拱准确位置；(2)采用挖掘机开挖至明洞拱顶标高位置时，下部适当预留核心土，套拱边墙两侧各开槽至内边缘，人工进行岩面修平整处理后喷射砼封闭，同时在控制拱顶标高位置时预留15cm的拱顶沉降变形量，精确划出套拱钢拱架内轮廓线及导向管轴线；(3)按划出的内轮廓线位置安设钢拱架，每榀钢拱架由多节弧形工字钢组成，优选的，I20b工字钢间采用220×220×15mmQ235连接钢板焊接，连接钢板之间采用螺栓连接；钢拱架按纵向间距50cm每榀安装，共安装4榀，安装时要保证与隧道纵向垂直，其上下左右允许偏差小于±5cm；钢拱架之间采用Φ22mm钢筋纵向连接，环向间距为1.0m，钢拱架与纵向连接钢筋采用焊接，优选的，各焊接部分均采用双面焊接工艺，焊缝厚度不小于5mm；(4)用全站仪以坐标法在钢拱架上精确定位出孔口管平面位置，用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角，用前后差距法设定孔口管的外插角；孔口管作为管棚的导向管，其安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量；优选的，孔口管采用Φ133×4mm的无缝钢管，与隧道轴线方向平行，其设置范围为拱部100°～120°，环向间距40m，其中，本实施例中孔口管的最优设置范围为拱部105°；将孔口管牢固焊接于工字钢架上，防止浇筑混凝土时产生位移，并使用Φ14mm长80cm钢筋固定，防止在钻孔时孔口管错位，固定孔口管时应结合施工预留变形量。需要说明的是，为了大管棚注浆方便，孔口管长度比设计加长20cm，超长部分伸出到挡头模板外，便于后期在管头加工丝扣式注浆阀；(5)安装套拱顶模、底模及侧模后浇筑C30混凝土，优选的，套拱混凝土浇筑分两次完成，先浇筑起拱线以上部分，待管棚施工完成后，再浇筑剩余部分；(6)待混凝土强度达到70％后方可拆模，拆模后立即对砼套拱进行养护，必要时可用土工布进行覆盖洒水养护。

在本实施例中，为保证成孔质量，防止邻孔钻进时前面的成孔坍塌，采取间隔钻孔，因而，对每个孔进行编号：将隧道顶端的孔编号为0#，左右两侧对称编号为1#，2#…N#，按照施工顺序将所有孔分为两组：0#和奇数#孔，以及偶数#孔；优选的，先对包括0#和奇数#孔的一组孔进行钻孔，再分别向该组孔内顶进有孔钢管后立即对孔内的有孔钢管注水泥浆以防止塌孔，并进行清孔、砂浆充填；然后，再对包括偶数#孔的一组孔进行钻孔并以及分别向这一组孔内顶进无孔钢管后进行清孔、砂浆充填。本优选实施例中管棚注浆采取间隔跳孔的方式进行，以避免相邻孔注浆时发生串浆。

S2，每一组孔施工时，利用潜孔钻机开孔时采用低速轻压的方式将第一节钻杆压入岩层20cm。

具体实施时，每一组孔钻孔可以由2台潜孔钻机由高孔位向低孔位进行。

需要说明的是，在施钻之前，必须精准核定潜孔钻机的位置，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合；施钻时，潜孔钻机台车大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动影响施钻精度。

在本实施例中，所述潜孔钻机采用Φ110mm钻头，开孔时宜低速轻压，待所述钻头钻入岩层20cm后可转入预设钻速。

S3，驱动所述潜孔钻机达到预设钻速直到当前节钻杆尾部剩余20～30cm时停止，所述潜孔钻机低速反转卸下钻杆后退回原位。

需要说明的是，潜孔钻机钻深孔时由于钻杆长度较短必须接杆，因此，随着孔深的增长，需要对回转扭矩、冲击功及推力进行控制和协调，尤其要严格控制推力，不能过大。

在本实施例中，当当前节钻杆尾部剩余20～30cm时停止钻进，人工用两把管钳卡紧钻杆(注意不得卡住钻杆丝扣)，再驱动潜孔钻机低速反转以卸下当前节钻杆，最后，潜孔钻机沿导轨退回原位。

S3，安装下一节钻杆，并在所述下一节钻杆前端安装钻杆联接套，将所述下一节钻杆低速送至前一节钻杆尾部联接成一体；续接剩余的钻杆，直至孔达到设计深度。

需要说明的是，每一次安装钻杆之前，要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通等，不符合要求的应更换，以确保正常作业。

优选的，每一节钻杆两端均具有外螺纹；每个所述钻杆联接套两端具有用于与钻杆的外螺纹啮合的内螺纹；为了确保钻杆联接套有足够的强度、钢度和韧性，钻杆联接套应与钻杆材质相同，联接套的壁厚≥10mm，如图2所示。

S4，将第一节钢管安装在所述潜孔钻机大臂上，以预设的冲击力和预设的推进压力低速顶进；续接下一节钢管直至孔底；其中，包括0#和奇数#孔的一组孔内均安装有孔钢管，包括偶数#孔的另一组孔内均安装无孔钢管。

需要说明的是，每一节钢管钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求时，及时纠正。

具体的，所述有孔钢管和所述无孔钢管均采用Φ108×6mm热轧无缝钢管，其中，所述有孔钢管包括止浆段、注浆段和钻头；其中，所述钻头为设于所述有孔钢管前端的长度10cm的合金钢片式空心钻头，所述止浆段为设于所述有孔钢管尾部的长度2.5m的一段，所述注浆段按梅花形布置间距为15cm钻设Φ10mm注浆孔，如图3所示。

在本实施例中，钢管节设有4m和6m的长度，而管棚长度设计为30m或40m，因此必须进行接长，具体为：将第一节钢管安装在所述潜孔钻机大臂上，以预设的冲击力和预设的推进压力低速顶进；优选的，所述预设的冲击力为1.8～2.0MPa，所述预设的推进压力为4.0～6.0MPa；所述第一节钢管的前端焊有合金钢片式空心钻头，长度为10cm，以防止端部顶弯或劈裂；然后，续接下一节钢管直至孔底；优选的，相邻钢管节之间均采用管节联接套连接，预先将管节联接套焊接在钢管节两端，便于连接；其中，所述管节联接套包括接头A和接头B；所述接头A的一端具有与钢管节的一端啮合的联接外螺纹，所述接头B的一端具有与相邻钢管节的一端啮合的联接内螺纹，螺纹长度不小于15cm，如图4所示。

需要说明的是，为避免管节联接套在同一断面受力，隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50％，且两相邻孔内的管节联接套的位置前后错开不小于1m，比如，管棚长度设计为30m，可选的，相邻两个钻孔内各钢管节拼接的长度顺序分别为4m、6m、6m、4m、6m、4m和6m、6m、6m、4m、4m、4m。

作为一个可选的实施方式中，当洞口段围岩为软岩时，所述有孔钢管内设钢筋笼；所述钢筋笼由4根Φ20mm的主筋和若干Φ10mm箍筋组成，所述箍筋采用短管节，按间距50cm设置，与所述主筋焊接，如图5所示。

S5，对包括0#和奇数#孔的一组孔内的有孔钢管注水泥浆，以及对每一组孔内的钢管进行清孔和砂浆充填的工序。

需要说明的是，注浆顺序遵循着“先下后上”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则，注浆量由压力控制为主，跳孔进行注浆施工，开始时注浆的浆液浓度要低一些，逐渐加浓至设计浓度。

具体的，注浆采用注浆管注浆，具体为：采用堵浆塞与管棚丝扣连接，在钢管中沿管壁安设φ15mm塑料硬管至孔底，在管口处与堵浆塞排气孔连接，作为排气管；以及安装注浆管以与堵浆塞进浆孔连接；注浆从注浆管孔口注入，压浆初压为1.0MPa；等排气孔有浆液流出时，进行终压注浆，压浆终压为2.0～2.5MPa，直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止。

注浆结束后及时清除管内浆液，用M30水泥砂浆紧密充填，以增强管棚的刚度。

上述实施例提供的管棚施工方法，采用大孔引导和棚管顶进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力将装有工作管头的棚管沿引导孔顶进，逐节接长棚管，直至孔底，特别是顶进棚管时潜孔钻不使用回转压力，不产生扭矩，以避免发生塌孔现象，确保管棚顺利施工。本申请技术方案尤其适用于地质条件较差，多为V级围岩，且埋深较少的隧道洞口段施工中。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管棚施工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在施作套拱、固定孔口管之后，对每个孔进行编号：将隧道顶端的孔编号为0#，左右两侧对称编号为1#，2#…N#；按照施工顺序将所有孔分为两组：0#和奇数#孔，以及偶数#孔；

每一组孔施工时，利用潜孔钻机开孔时采用低速轻压的方式将第一节钻杆压入岩层20cm；

驱动所述潜孔钻机达到预设钻速直到当前节钻杆尾部剩余20～30cm时停止，所述潜孔钻机低速反转卸下钻杆后退回原位；

安装下一节钻杆，并在所述下一节钻杆前端安装钻杆联接套，将所述下一节钻杆低速送至前一节钻杆尾部联接成一体；续接剩余的钻杆，直至孔达到设计深度；

将第一节钢管安装在所述潜孔钻机大臂上，以预设的冲击力和预设的推进压力低速顶进；续接下一节钢管直至孔底；其中，包括0#和奇数#孔的一组孔内均安装有孔钢管，包括偶数#孔的另一组孔内均安装无孔钢管；

对包括0#和奇数#孔的一组孔内的有孔钢管注水泥浆，以及对每一组孔内的钢管进行清孔和砂浆充填的工序。

2.如权利要求1所述的管棚施工方法，其特征在于，所述预设的冲击力为1.8～2.0MPa，所述预设的推进压力为4.0～6.0MPa。

3.如权利要求1所述的管棚施工方法，其特征在于，每一节钻杆两端均具有外螺纹，每个所述钻杆联接套两端具有用于与钻杆的外螺纹啮合的内螺纹。

4.如权利要求1所述的管棚施工方法，其特征在于，所述孔口管采用Φ133×4mm的无缝钢管，沿拱部环向间距40cm布置；所述有孔钢管和所述无孔钢管均采用Φ108×6mm热轧无缝钢管。

5.如权利要求1所述的管棚施工方法，其特征在于，所述孔口管的设置范围为拱部100°～120°。

6.如权利要求4所述的管棚施工方法，其特征在于，每根所述Φ108×6mm热轧无缝钢管内设钢筋笼；所述钢筋笼由4根Φ20mm的主筋和若干Φ10mm箍筋组成，所述箍筋采用短管节，按间距50cm设置，与所述主筋焊接。

7.如权利要求1所述的管棚施工方法，其特征在于，所述有孔钢管包括止浆段、注浆段和钻头；其中，所述钻头为设于所述有孔钢管前端的长度10cm的合金钢片式空心钻头，所述止浆段为设于所述有孔钢管尾部的长度2.5m的一段，所述注浆段按梅花形布置间距为15cm钻设Φ10mm注浆孔。

8.如权利要求1所述的管棚施工方法，其特征在于，相邻钢管节之间均采用管节联接套连接；其中，所述管节联接套包括接头A和接头B；所述接头A的一端具有与钢管节的一端啮合的联接外螺纹，所述接头B的一端具有与相邻钢管节的一端啮合的联接内螺纹，螺纹长度不小于15cm。

9.如权利要求8所述的管棚施工方法，其特征在于，两相邻孔内的管节联接套的位置前后错开不小于1m。

10.如权利要求1所述的管棚施工方法，其特征在于，所述对包括0#和奇数#孔的一组孔内的有孔钢管注水泥浆时，压浆初压为1.0MPa，压浆终压为2.0～2.5MPa。

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