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      長(zhǎng)大管棚泥漿護(hù)壁法施工技術(shù)

      2012-09-04 01:45:54汪樹(shù)生
      關(guān)鍵詞:大管棚管棚護(hù)壁

      汪樹(shù)生

      (中鐵四局集團(tuán)有限公司,合肥 230022)

      1 工程簡(jiǎn)介

      瀏陽(yáng)河隧道起訖里程為:DⅡK1560+785~DⅡK1570+900,全長(zhǎng)10 115 m,是武廣客運(yùn)專線的控制性工程,也是本線最長(zhǎng)隧道,隧道穿越湖南省長(zhǎng)沙市,起于瀟湘西路南側(cè),在穿越京珠高速與長(zhǎng)永高速公路牛角沖互通立交后,通過(guò)星沙開(kāi)發(fā)區(qū)的廠區(qū)密集群、高地學(xué)校區(qū)與民房區(qū)后下穿瀏陽(yáng)河,終于機(jī)場(chǎng)高速公路南側(cè)。

      本文主要介紹隧道進(jìn)口人工填土層大管棚施工技術(shù),進(jìn)口段為素填土、雜填土,堆積時(shí)代較新,結(jié)構(gòu)松散~稍松,標(biāo)貫擊數(shù)為4~17擊,工程性質(zhì)差且不穩(wěn)定,埋深8~10 m。

      2 設(shè)計(jì)支護(hù)措施

      自地表沿隧道中軸線方向,在洞身開(kāi)挖輪廓線外40 cm處布置1排φ80 cm鉆孔樁,鉆孔樁縱向間距1.2 m,防護(hù)范圍90 m。洞口段拱部1400范圍內(nèi)采取超前長(zhǎng)管棚,長(zhǎng)度40 m,環(huán)向間距40 cm,向上傾角為1°~3°,共計(jì)45根,管棚為φ108 mm熱壓無(wú)縫鋼管,壁厚6 mm,絲扣連接,注水泥漿液,注漿壓力0.5~3 MPa,長(zhǎng)管棚設(shè)置C20混凝土導(dǎo)向墻,內(nèi)置 φ140 mm鋼管導(dǎo)向,超前大管棚布置圖見(jiàn)圖1。

      圖1 洞口大管棚布置(單位:m)

      3 成孔工藝方案比選

      3.1 引孔頂入法

      引孔頂入法為鉆孔、清孔、頂管、注漿[1-3],選取拱部25號(hào)、28號(hào)孔進(jìn)行了工藝試驗(yàn),采用普通管棚鉆機(jī)鉆孔,由于該地層為人工填土層,結(jié)構(gòu)松散,鉆孔時(shí)發(fā)生塌孔、卡鉆、縮徑等現(xiàn)象,無(wú)法成孔,最大鉆進(jìn)8 m。

      3.2 跟管鉆進(jìn)法

      采用大直徑外鉆頭連接φ108 mm無(wú)縫鋼管,管棚鉆機(jī)采用小直徑合金鉆頭和沖擊器在φ108 mm無(wú)縫鋼管內(nèi)鉆進(jìn),帶動(dòng)鋼管前進(jìn),直到達(dá)到設(shè)計(jì)位置[4-7],本隧道在引孔頂入法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況,選擇了30號(hào)孔進(jìn)行了跟管鉆進(jìn)法工藝試驗(yàn),試驗(yàn)過(guò)程中,由于土層松散,基本無(wú)反壓力,管棚鉆機(jī)沖擊成孔時(shí)不能完全擊碎土體,大顆粒碎渣充填φ108 mm無(wú)縫鋼管內(nèi),導(dǎo)致卡鉆,鉆桿回轉(zhuǎn)困難,每鉆進(jìn)3 m左右需退出鉆桿,高壓水或高壓風(fēng)沖洗φ108 mm無(wú)縫鋼管管體,成孔速度極慢,30號(hào)孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)共用時(shí)2 d,工效低、成本高。

      3.3 泥漿護(hù)壁法

      采用地質(zhì)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),利用鉆孔樁正循環(huán)原理,循環(huán)泥漿護(hù)壁的方法成孔[8-12],選擇了23號(hào)孔進(jìn)行了工藝試驗(yàn),鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆進(jìn)速度、塌孔、卡鉆等情況進(jìn)行了分析比較,不斷地優(yōu)化和改進(jìn)泥漿的性能,掌握了合理的泥漿拌制參數(shù)。按照改進(jìn)的泥漿,通過(guò)24號(hào)孔的施工,大大提高了鉆孔速度和成孔質(zhì)量,24號(hào)孔從開(kāi)鉆到頂管結(jié)束用時(shí)7 h。

      4 泥漿護(hù)壁法施工工藝

      4.1 工藝流程(圖2)

      4.2 泥漿拌制

      泥漿的拌制采取在現(xiàn)場(chǎng)就地挖泥漿池的施工方法,同時(shí)設(shè)置臨時(shí)儲(chǔ)漿池,泥漿池用作拌制新泥漿,儲(chǔ)漿池用作鉆孔過(guò)程的泥漿循環(huán)。

      圖2 泥漿護(hù)壁法施工工藝

      泥漿采用黏土和水配制,本文介紹的泥漿各項(xiàng)指標(biāo)不同于鉆孔樁,其使用的環(huán)境不同于鉆孔樁,其目的是在水平鉆孔中達(dá)到泥漿護(hù)壁的作用,在鉆孔樁泥漿參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),主要控制和優(yōu)化調(diào)整泥漿的比重、粘度、含砂率、膠體率四項(xiàng)指標(biāo)。

      (1)泥漿比重

      借鑒鉆孔樁施工經(jīng)驗(yàn),初步確定泥漿比重為1.1~1.3,隧道管棚施工一般均為水平鉆孔,水平鉆孔時(shí)泥漿在孔內(nèi)快速流失,泥漿比重過(guò)低護(hù)壁效果差,不易成孔,根據(jù)23號(hào)孔的泥漿護(hù)壁效果,最終確定泥漿比重為1.4,拱頂孔位鉆孔外插角大,泥漿比重適當(dāng)加大,拱腰孔位近似水平鉆孔,泥漿比重適當(dāng)減小。在施工過(guò)程中根據(jù)鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度和回轉(zhuǎn)情況適當(dāng)調(diào)整泥漿比重。

      (2)泥漿粘度

      橋梁鉆孔樁施工時(shí),泥漿粘度越高,其攜帶鉆屑、護(hù)壁能力越強(qiáng)、泥皮厚,管棚施工要充分利用泥漿這一性能,提高護(hù)壁、攜帶鉆屑能力,同時(shí)形成適度的泥皮,泥皮過(guò)厚影響后期注漿效果。鉆孔樁松散易坍地層一般黏度為19~28 s,考慮到水平鉆孔泥漿流動(dòng)性的特性,并根據(jù)23號(hào)、24號(hào)孔成孔效果和注漿效果驗(yàn)證,泥漿黏度一般控制在40 s。

      (3)泥漿含砂率

      泥漿的含砂率高,會(huì)降低泥漿粘度,增大泥漿密度,造成泥皮松散,護(hù)壁性差,泥漿拌制是要嚴(yán)格控制泥漿的含砂率,泥漿含砂率越小越好,現(xiàn)場(chǎng)配制的泥漿含砂率嚴(yán)格控制在<4%以內(nèi)。

      (4)泥漿膠體率

      泥漿膠體率高是泥漿具有良好流變性和失水特征的保證,現(xiàn)場(chǎng)泥漿的膠體率不小于95%。

      4.3 鉆孔

      鉆孔前先檢查鉆機(jī)各部位運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,對(duì)非正常部位進(jìn)行更換,開(kāi)啟泥漿泵,勻速鉆進(jìn),做好鉆進(jìn)速度、卡鉆、塌孔等記錄,及時(shí)調(diào)整泥漿性能,確保成孔效果。

      4.4 管棚安裝

      由于該地層為松散的人工填土,雖然采取了泥漿護(hù)壁,但不及時(shí)安裝管棚同樣會(huì)出現(xiàn)塌孔、縮徑等現(xiàn)象,因此成孔后要及時(shí)頂進(jìn)鋼管,管棚鋼管利用鉆機(jī)動(dòng)力頭頂進(jìn),鋼管間為絲扣連接,安裝時(shí)用自由鉗人工旋緊。

      4.5 清孔

      清孔工序安排在管棚安裝完成后進(jìn)行,在管棚孔口安裝注漿管和止?jié){閥,用注漿泵和自來(lái)水進(jìn)行高壓沖洗,盡可能地沖破泥漿壁,提供注漿條件。根據(jù)23、24號(hào)孔注漿量與設(shè)計(jì)注漿量的對(duì)比,每個(gè)孔沖洗時(shí)間不少于20 min。

      4.6 注漿

      注漿初期采取低壓力、中流量注入,注漿過(guò)程中壓力逐步上升,流量逐漸減少,當(dāng)壓力升至注漿終壓時(shí),繼續(xù)壓注5 min,終止注漿。為確保漿液固結(jié)松散土層,注漿分兩次進(jìn)行,第二次注漿在第一次注漿完成待水泥初凝后(約4 h)進(jìn)行。注漿壓力控制在0.5~3.0 MPa。

      注漿結(jié)束后及時(shí)清除管內(nèi)漿液,并用M15水泥砂漿充填,增強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度。

      5 效果評(píng)價(jià)與結(jié)束語(yǔ)

      通過(guò)瀏陽(yáng)河隧道進(jìn)口超前大管棚成孔施工方法的比較,在人工填土地層中,地質(zhì)鉆機(jī)泥漿護(hù)壁法成孔工藝成孔速度快,成孔質(zhì)量高,洞口45根管棚(每根長(zhǎng)40 m)用時(shí)8 d。同時(shí)地質(zhì)鉆機(jī)耗電量小,不需大型供風(fēng)設(shè)備,施工周期短,節(jié)約了工程成本。

      通過(guò)本隧道超前大管棚施工工藝的研究,超前大管棚泥漿護(hù)壁法可以有效地解決軟弱地層破碎帶、堆積體、人工填土層等隧道超前支護(hù)的施工難題。

      [1]高懷鵬,毛海東.長(zhǎng)管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中的應(yīng)用[J].公路,2005(10).

      [2]張長(zhǎng)亮,石平,金美海.公路隧道大管棚超前支護(hù)技術(shù)與工程實(shí)踐[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2007(8).

      [3]李顯峰,黎新亮,路威.注漿大管棚在粉細(xì)砂大跨渡線隧道施工中的應(yīng)用[J].市政技術(shù),2008(5).

      [4]王彥臻.北京地鐵首都機(jī)場(chǎng)線某暗挖段導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)大管棚施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2010(9).

      [5]趙建勤,李子章,石紹云,等.空氣潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008(7).

      [6]張志秀.堆積體淺埋隧道超前支護(hù)大管棚施工方法[J].山西建筑,2009(34).

      [7]周劉剛,王海洋.淺埋暗挖地鐵車站管棚加交叉小導(dǎo)管超前注漿預(yù)加固施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(4).

      [8]唐宏.鉆孔樁泥漿對(duì)孔壁穩(wěn)定性及極限孔深的影響[J].山西建筑,2005(7).

      [9]牛潤(rùn)明.泥漿比重對(duì)鉆孔灌注樁質(zhì)量的影響分析[J].城市道橋與防洪,2002(4).

      [10]王立平,王一新.淺談泥漿主要特性及在巖土工程施工中的重要作用[J].安徽建筑,2007(1).

      [11]李斌,李巨龍,周玲玲.水平定向鉆進(jìn)鋪管水平孔段軟土孔壁穩(wěn)定性分析[J].巖土工程技術(shù),2005(2).

      [12]張飛.穿越粉砂層鉆孔灌注樁施工[J].建筑機(jī)械,2010(11).

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