高精度長(zhǎng)大管棚預(yù)支護(hù)施工技術(shù)探討①

李春波

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100018)

高精度長(zhǎng)大管棚預(yù)支護(hù)施工技術(shù)探討①

李春波②

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100018)

北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)西跑道管棚預(yù)支護(hù)工程一次性打通φ325mm長(zhǎng)148.3m管棚在國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。本文介紹了該工程的施工工藝流程及各工序的技術(shù)要求，闡述了本工程管棚管鋪設(shè)所采用的關(guān)鍵技術(shù)措施，以期對(duì)類似工程提供參考。

大管棚;施工工藝流程;施工技術(shù)

0 引言

北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)西跑道高精度長(zhǎng)大管棚預(yù)支護(hù)工程一次性打通長(zhǎng)148m，φ325mm管棚在國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。目前國(guó)內(nèi)地下工程界，采用的管棚支護(hù)多為φ159mm管，長(zhǎng)度僅60m左右，適用于小跨度純暗挖隧道。本文探討了該工程所采取的主要施工技術(shù)，以期對(duì)類似工程提供參考。

1 工程概況

箱涵設(shè)計(jì)外結(jié)構(gòu)線寬13.7m，高6.45m，涵洞長(zhǎng)度148m，結(jié)構(gòu)頂面距地面3.2～6.7m。頂進(jìn)框架式隧道采用涵頂超前大管棚支護(hù)：棚管長(zhǎng)度148m，總根數(shù)23根，棚管中心距0.65m;棚管中心距箱涵結(jié)構(gòu)外緣0.5～0.7m;棚管采用Ф325× 10mm螺旋鋼管。管棚位置示意圖如圖1所示。

圖1 管棚位置示意圖(單位：m)

1.1 水文地質(zhì)及工程地質(zhì)

1)該區(qū)土層自上而下依次為黃褐色人工填土;黃褐色粉質(zhì)粘土;褐灰色粘土或粉質(zhì)粘土，土體狀態(tài)均為軟塑。

2)地下水埋深為3.8～5.2m。滑行道兩側(cè)因先期降水，實(shí)際地下水位已低于工作面。

1.2 設(shè)計(jì)要求

1)管棚打設(shè)采用水平定向鉆進(jìn)并回拖棚管的施工方法。

2)管棚打設(shè)精度：水平0.24m，垂直0.24m，誤差率不大于3%。

2 施工工藝流程

本工程采取的施工工藝流程如下：

工作面基礎(chǔ)開挖打造→三通一平→人員設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→地板軌道鋪設(shè)→設(shè)備安裝調(diào)試→調(diào)試鉆機(jī)方位及傾角→安裝探頭、鉆頭(標(biāo)定)→沖洗液循環(huán)→導(dǎo)向鉆進(jìn)→回次加尺→導(dǎo)向鉆進(jìn)→直至設(shè)計(jì)位置→一次擴(kuò)孔→二次擴(kuò)孔→鋪設(shè)棚管(拉管)，同時(shí)進(jìn)行管外環(huán)狀間隙漿液置換(環(huán)狀注漿)→安裝灌漿裝置→混凝土灌注(管內(nèi)注漿)→管頭封堵。

3 各工序技術(shù)要求

3.1 工作面要求

安放15B鉆機(jī)的工作場(chǎng)地高程低于南端管棚管管口設(shè)計(jì)高程1.30m為宜。施工區(qū)域應(yīng)無(wú)其他妨礙施工、拉管的障礙物。保證工作面三通一平。

3.2 調(diào)試鉆機(jī)方位、傾角

鉆機(jī)孔位、入孔方位角、傾角必須在可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，孔位確需移動(dòng)時(shí)，須報(bào)設(shè)計(jì)、監(jiān)理各方同意，并計(jì)算回歸角度。管棚管不允許向下傾斜，導(dǎo)向鉆孔開孔角度可比設(shè)計(jì)角度上仰1‰～2‰，并在后50m回歸設(shè)計(jì)軌跡線，以避免擴(kuò)孔時(shí)鉆孔中心線下移而造成棚管侵線。

3.3 鉆頭、探頭安裝

每孔探頭必須使用新電池，探頭必須壓緊，不得松動(dòng)。探頭盒、鉆頭連接絲扣必須完好、合適，并要擰緊。探頭標(biāo)定長(zhǎng)度誤差要求小于1%。為保持導(dǎo)向角度穩(wěn)定性，鉆頭后部用6mФ90mm鉆桿連接，然后再連接Ф60mm鉆桿。同時(shí)，鉆頭水眼要保證暢通，鉆桿必須完好、暢通，不得有明顯彎曲。

3.4 沖洗液流道系統(tǒng)

沖洗液一般用請(qǐng)水，必要時(shí)可用膨潤(rùn)土加適量火堿配置而成，其配比根據(jù)土層及成孔狀況確定。為減少泥漿外排量，經(jīng)過濾后的合格污水、泥漿可以循環(huán)使用。水泵應(yīng)保持良好，根據(jù)不同工種、地層合理調(diào)節(jié)泵量。

3.5 導(dǎo)向鉆進(jìn)

導(dǎo)向鉆進(jìn)前要對(duì)鉆機(jī)定位，方位角及傾角，沖洗液流動(dòng)及導(dǎo)向儀顯示情況等進(jìn)行全面復(fù)檢，確認(rèn)正常后開鉆［1］。鉆進(jìn)前必須開泵，待沖洗液流動(dòng)正常后方可鉆進(jìn)。導(dǎo)向鉆進(jìn)一般宜中、低壓力，中速勻速前進(jìn)。導(dǎo)向技術(shù)員隨著鉆進(jìn)加尺，必須時(shí)刻觀察角度、深度變化情況。當(dāng)與設(shè)計(jì)軌跡偏差大于2‰時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾偏;當(dāng)糾偏無(wú)效，偏差大于4‰時(shí)，應(yīng)中止鉆進(jìn)，及時(shí)報(bào)告技術(shù)負(fù)責(zé)人或項(xiàng)目經(jīng)理，研究對(duì)策后再繼續(xù)施工。導(dǎo)向孔前70m按每20m一段、后70m按每10m一段，分段進(jìn)行地面高程與深度校正，有偏差時(shí)要調(diào)整角度回歸。應(yīng)認(rèn)真記錄導(dǎo)向數(shù)據(jù)及鉆進(jìn)加尺情況。

3.6 一次擴(kuò)孔

擴(kuò)孔鉆頭采用中截面直徑為Ф200mm的橄欖形鉆頭［2］。擴(kuò)孔時(shí)要確保沖洗液的暢通，不得干擴(kuò)。宜大、中水量，中速勻速擴(kuò)孔。如帶桿時(shí)，要加上萬(wàn)向接頭，后帶的鉆桿要擰緊，并保持前后坑道通訊暢通，避免管鉗、鉆桿等傷人。

3.7 二次擴(kuò)孔

擴(kuò)孔鉆頭應(yīng)采用中截面直徑為Ф380mm的橄欖形鉆頭［3］。要保持沖洗液的暢通?；赝茢U(kuò)孔鉆頭應(yīng)加旋轉(zhuǎn)回推，避免堵死或偏離。

3.8 管棚管焊接

管頭焊接采用坡口焊接［4］。焊接時(shí)要使用大電流連續(xù)焊接，每個(gè)接頭最少要焊接兩遍，要求焊接處高度要高出管面2mm。接管時(shí)要求不得有較大的明顯彎曲。管前端應(yīng)有管帽及牢固的連接裝置。因管材為不定尺螺旋管，焊接前要求尺量并標(biāo)明各節(jié)管長(zhǎng)度，認(rèn)真配尺，盡量節(jié)約管材，減少焊口，并最大程度避免相鄰棚管焊口出現(xiàn)在同一截面位置［5］。

3.9 管棚管鋪設(shè)

管頭與擴(kuò)孔鉆頭連接必須牢固，中間要加萬(wàn)向接頭［6］。要求加旋轉(zhuǎn)，中速勻速拉管。如中途需焊管時(shí)，必須事先設(shè)計(jì)好管尾停留位置，以利于連接及焊接順利進(jìn)行。管長(zhǎng)度及兩端處留管長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)要求一次到位。

3.10 環(huán)狀間隙漿液置換

在拉管的同時(shí)進(jìn)行環(huán)狀間隙注漿，注漿采用漿液置換的方法［7］。當(dāng)管棚拉入孔內(nèi)50m左右時(shí)，將預(yù)先配置好的混合漿替代沖洗液注入孔中，并從兩端排出孔中泥漿，直至拉管完畢。

3.11 管內(nèi)注漿

棚管打設(shè)完畢，統(tǒng)一進(jìn)行管內(nèi)注漿，漿液采用商品混凝土［8］。首先在待注棚管的低端口安裝注漿裝置，開啟輸漿泵，將混凝土從棚管低端泵入管中，從高端口排出空氣;當(dāng)漿液的液面達(dá)到端口時(shí)，停止輸漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)，低端口單向閥自動(dòng)關(guān)閉。

4 管棚鋪設(shè)關(guān)鍵技術(shù)措施

本工程設(shè)計(jì)采用“導(dǎo)向擴(kuò)孔拉管法”鋪設(shè)棚管［9］，采取了以下關(guān)鍵技術(shù)措施：

1)采用FDP－15B(或15D)水平定向鉆機(jī)為主機(jī)，Ф60mm鉆桿為主鉆桿。鉆桿前端安裝導(dǎo)向?qū)Ｓ勉@頭(內(nèi)裝有導(dǎo)向探頭)。采用美國(guó)月食導(dǎo)向儀或英國(guó)386導(dǎo)向儀全程監(jiān)控，隨導(dǎo)向鉆進(jìn)加尺(當(dāng)方位角、傾角、深度偏離設(shè)計(jì)導(dǎo)向軌跡時(shí)，隨時(shí)糾偏)將鉆桿依次打入，直至達(dá)到預(yù)定位置。根據(jù)地貌情況，導(dǎo)向孔由南區(qū)向北區(qū)穿越。

2)一次擴(kuò)孔，即將導(dǎo)向鉆頭換為Ф200mm擴(kuò)孔鉆頭，由北向南依次回?cái)U(kuò)成孔，同時(shí)將36T鉆機(jī)專用的Ф90mm鉆桿逐根帶回到南面孔口(如帶桿不便，可由36T鉆機(jī)由北向南沿孔推進(jìn))。

3)二次擴(kuò)孔，即北面將Ф90mm鉆桿與36T鉆機(jī)連接，南面換上Ф380mm的擴(kuò)孔鉆頭，由南向北擴(kuò)孔，直至全部成孔后，將擴(kuò)孔頭回推到南面孔口。

4)拉管，將預(yù)先焊接牢固的Ф325mm× 10mm鋼管用連接管頭與擴(kuò)孔鉆頭連接，內(nèi)加萬(wàn)向接頭，然后依次由南向北回拖，直至達(dá)到棚管預(yù)定的鋪設(shè)長(zhǎng)度為止。

5)環(huán)狀間隙注漿，在拉管的同時(shí)，將混合漿注入孔中，置換出原孔中泥漿，將環(huán)狀間隙充填。

6)管內(nèi)注漿，安裝管口注漿裝置，將C30混凝土從低端口注入管中，并從高端口排出空氣［10］。

5 結(jié)論

本工程一次性打通φ325mm長(zhǎng)148.3m管棚在國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。合理的施工工藝流程，針對(duì)各工序提出的科學(xué)細(xì)致的技術(shù)要求是保證工程順利完成的前提。

本工藝采用無(wú)線信號(hào)遙控探測(cè)接收與發(fā)射儀器控制鉆頭在土中的三維坐標(biāo)與姿態(tài)角，保證了糾偏精度，從而完成長(zhǎng)148.3m的導(dǎo)向孔。

完成擴(kuò)孔后，用鉆桿作牽引，將φ325mm，厚10mm的鋼管逐步焊連后，以大型拖管鉆機(jī)作動(dòng)力將鋼管從孔一端拖至另一端。測(cè)量定位無(wú)誤后，在管內(nèi)泵入C30砼，形成土中彈性地基上的梁，支撐住箱涵前端一定范圍上部土體，從而有效防止了塌方。

［1］顧翠蓮，夏才初，李向陽(yáng)，由廣明.軟土地層管幕一箱涵推進(jìn)工法阻力計(jì)算研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2007，3(1)：129－131

［2］華國(guó)強(qiáng)，沈桂平.軟土地層管幕內(nèi)箱涵推進(jìn)阻力的計(jì)算分析［J］.中國(guó)市政工程，2007，z1：64－66

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［9］由廣明，王曉形，劉學(xué)增，蔡永昌.軟土地層管幕內(nèi)箱涵頂進(jìn)推力控制［J］.巖土工程界，2006，9(2)：54－56

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Discussion on Construction Technology of High－precision and Long－large Pipe Roof

LI Chunbo

(China Railway 16thBureau Group Co.，Ltd，Beijing100018)

The High-precision and Long-large Pipe Roof of Beijing Capital International Airport west runway penetrated φ325mm 148m long pipe roof by precision for one-time，there is no precedent in China.In this paper，the author introduces the construction process and operation points，elaborates the key construction technology of pipelay in this engineering.It can provide references for the similar engineering.

large pipe roof;construction process;construction technology

U455.49

A

文章編號(hào)：1672－7169(2011)04－0048－03

2011－08－22

李春波(1975－)，男，內(nèi)蒙人，碩士，中鐵十六局高級(jí)工程師，主要從事鐵路工程的施工和管理工作。