隧道近距離側(cè)穿結(jié)構(gòu)管棚施工技術(shù)研究

李躍強(qiáng)

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2103-5640-8027

摘? 要：隧道管棚施工區(qū)間側(cè)穿哈工大香坊筒子樓高層及其南北側(cè)多層建筑，根據(jù)物探資料，南北側(cè)多層建筑基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)，樁徑為400mm，樁長為15.5m與16.5m。區(qū)間左線距離住宅樓樁基礎(chǔ)最小距離為0.7m，區(qū)間埋深約10m。區(qū)間開挖時(shí)存在引起該樓不均勻沉降、墻體開裂等風(fēng)險(xiǎn)。本環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源，為解決公濱路站至珠江路站區(qū)間對(duì)哈工大家屬院香坊筒子樓擾動(dòng)問題，在隧道拱部150°范圍內(nèi)采用Φ108×6mm無縫鋼管作管棚加固。

關(guān)鍵詞：高層建筑? 框架結(jié)構(gòu)? 無縫鋼管? 管棚加固

中圖分類號(hào)：U455.43;U231.3? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（b）-0001-03

Study on the Construction Technology of the Tunnel Short-distance Side-crossing Structure Pipe Shed

Li Yueqiang

（The First Engineering Co.， Ltd. of China Communications Third Public Bureau， Beijing， 100012? China）

Abstract： This section traverses the high-rise building of Xiangfang Tongzilou of Harbin Institute of Technology and the multi-storey buildings on the north and south sides. According to geophysical data， the foundations of multi-storey buildings on the north and south sides are pile foundations with a pile diameter of 400mm， and pile lengths of 15.5m and 16.5m. The minimum distance between the left line of the section and the pile foundation of the residential building is 0.7m， and the buried depth of the section is about 10m. There are risks such as uneven settlement of the building and wall cracking during section excavation. This environmental risk is a level I risk source. In order to solve the problem of disturbance to the Xiangfang Tongzilou of the Harbin Institute of Technology in the interval between Gongbin Road Station and Zhujiang Road Station， Φ108×6mm seamless steel pipes were used as pipe shed reinforcement within the 150° range of the tunnel arch.

Key Words： High-rise building; Frame structure; Seamless steel pipe; Pipe shed reinforcement

1? 工程概況

在根據(jù)現(xiàn)場的場地提供的原有資料及鉆探揭露的信息，得到施工現(xiàn)場場地的分布地層的主要有全新晉工沉積層。這種現(xiàn)有的地層基本是很穩(wěn)定連續(xù)的，這種地層的變化也不會(huì)太大，即使有變化也只是很小的變化，這種變化幾乎可以忽略不計(jì)，這種變化不大的地層它的水文地質(zhì)條件相對(duì)來說很簡單，在施工現(xiàn)場的場區(qū)可將它們劃為同一工程地質(zhì)分區(qū)，可以根據(jù)它們的地層成因年代和物理力學(xué)性質(zhì)，將這個(gè)區(qū)域內(nèi)的地層分成7個(gè)大層和若干個(gè)亞層。

2? 工程特點(diǎn)

2.1 工程的重難點(diǎn)及相應(yīng)的技術(shù)措施

隧道曲率半徑600m，施作管棚時(shí)，在曲率半徑的外側(cè)管棚鋼管容易侵入開挖線，鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)格控制打設(shè)角度[1]。假設(shè)要打設(shè)管棚段的弧長為c，隧道曲率半徑為r，弦高為h，弦長為s，弧長c的夾角為a，管棚支護(hù)段長100m，因隧道曲率半徑為600m，為了控制管棚打設(shè)質(zhì)量，管棚可在洞內(nèi)分兩環(huán)打設(shè)，一端長50m，另一端長55m，搭接5m，則s=50m，r=600m。

因r=600遠(yuǎn)大于s=50，所以c≈s=50;a=c÷（r×π）×180°=50÷（600×π）×180°=4.78;h=600- 600×cos（0.083÷2）=0.52m。

也就是說，長50m的管棚在隧道曲率半徑為600m時(shí)，在25m左右的地方有約0.52m沒有管棚覆蓋，可以在隧道曲率外側(cè)增加2根管棚來解決這件事情的發(fā)生，避免工程事故的發(fā)生，在薄弱的地方施加更好的保護(hù)。

2.2 管棚工作室的布置

在隧道內(nèi)管棚施工前，為保證管棚施工的可控性及精度要求，需要提前施做管棚工作室[2]，要求隧道開挖段應(yīng)適當(dāng)外擴(kuò)開挖斷面尺寸，緩坡開挖，工作室軸向長度7～8m，徑向外擴(kuò)0.8～0.85m，管棚進(jìn)孔孔位中心距開挖線0.4m，掌子面噴錨處理，厚度0.25～0.3m，保持掌子面土體穩(wěn)定性，底板做硬化或墊渣處理，保證鉆機(jī)平臺(tái)穩(wěn)定[3]，如圖1所示。

3? 管棚打設(shè)工藝

本項(xiàng)目管棚打設(shè)工藝采用了是將水平電纜導(dǎo)線和軟管插入的方法進(jìn)行的，這樣的施工工藝一次性就能完成了孔和埋設(shè)軟管這兩項(xiàng)工作任務(wù)[4]。根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求選擇的第一環(huán)管棚長度為50m，在選擇第二環(huán)管棚長度的時(shí)候比第一環(huán)管棚長了5m，選擇的是55m，這樣中間就能有5m的搭接長度。如圖2、圖3所示，這次選用的Φ108×6mm無縫鋼管作管棚鋼管，其每節(jié)長度為3.5～4.5m，選用Φ102×6mm無縫鋼管作為內(nèi)接的鋼管，它的母扣絲扣長60mm，連接公扣絲扣長度120mm。施工的1號(hào)孔第一個(gè)孔是4.5m的管子，施工的2號(hào)孔第一個(gè)孔是3m的管子，其他后續(xù)鋼管長度基本一致，管外壁不鉆花孔。根據(jù)地質(zhì)情況和工程反饋，確認(rèn)了是否需要在打孔后立即注入。

3.1 工程材料要求

本項(xiàng)目采用超大管架的方法進(jìn)行預(yù)備保護(hù)。管道的長度在50～55m，選擇Φ108×6mm的無縫鋼管，使用Φ102×6mm無縫鋼管內(nèi)接，管外壁不鉆花孔，注漿用單液漿，需提供水泥、鉆頭鐵板、封孔鐵板、速凝劑等材料。工程將以水平有線引導(dǎo)和管道插入的方式實(shí)施。

3.2 水平定向鉆進(jìn)方法原理鉆進(jìn)方法

大管棚水平定向鉆進(jìn)方法，這種方法是從非開挖管線技術(shù)中引伸而來一種新方法。該方法的目的旨在通過將預(yù)先設(shè)在鉆頭中的有線探頭，準(zhǔn)確測量鉆頭潛行過程中的地下位置和方向，利用楔形鉆頭潛行過程中的位置和方向設(shè)計(jì)軌跡，在探查系統(tǒng)的輔助下改變鉆頭潛行方向，從而將管棚鋼管按設(shè)計(jì)軌跡打入土中，直到設(shè)計(jì)深度[5]。

3.3 鉆頭控制原理

在施工現(xiàn)場，施工方法為了使用采用管道鉆入法，讓管道鋼管的安裝和鉆頭的注入是同一個(gè)過程進(jìn)行。該方法是斜向調(diào)整鉆頭的楔子[6]，采用的鉆頭是管架和鐵管等直徑的釘子型鉆頭，回轉(zhuǎn)半徑的板管半徑比，鉆頭尖端Φ6～10mm的水眼，正常旋轉(zhuǎn)鉆頭是沿著管道前進(jìn)。鉆頭由于某種原因偏離預(yù)定軌跡，如果出現(xiàn)方位偏向，就有必要錯(cuò)位。

停止鉆頭的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)施加力刺入，鉆頭由于斜面的作用而向反方向傾斜，從而調(diào)整鉆入的方向。角的方向和鉆頭的斜方向都由安裝在鉆頭后部的導(dǎo)向探針進(jìn)行監(jiān)視，通過鉆頭管的引線連接到鉆頭的控制臺(tái)上的顯示器上，從而可以很容易地調(diào)整臂彎的方向。由此，最終孔偏差控制在了5‰以內(nèi)。鉆頭示意圖如圖4所示。

如圖5所示，鉆頭內(nèi)置特制傳感器，傳感器由15V直流電直接供給。顯示出鉆頭的傾斜度（水平角度）、朝向角。若設(shè)定角度向下的話，鉆頭可以調(diào)整到12點(diǎn)鐘方向，即可以將導(dǎo)向板向上直接推上去，但在這種情況下，由于導(dǎo)向板基板，斜面面積大。鉆頭被向上的力影響而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。同樣6點(diǎn)鐘方向的鉆頭軌跡朝下，9點(diǎn)鐘、3點(diǎn)鐘方向分別是左、右方向。角度合適的話，就用等速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)去，這時(shí)鉆頭的軌跡一般是平的。鉆頭的引導(dǎo)是上下偏差的關(guān)鍵，左右偏差取決于傳感器后端的發(fā)光機(jī)構(gòu)，用計(jì)測器測量參數(shù)并移動(dòng)。

3.4 施工要點(diǎn)

開孔的設(shè)備選取及尺寸的確定：利用工程上專用的開孔鉆機(jī)做開拱部位的初期支護(hù)的結(jié)構(gòu)，在孔徑上的選取的尺寸大小為φ140mm。

調(diào)整好鉆機(jī)的位置：不斷地對(duì)鉆機(jī)的位置進(jìn)行調(diào)整，確定好修整鉆機(jī)的準(zhǔn)確位置，這樣能保證鋼管一直保持準(zhǔn)確的方向，進(jìn)行鋼管的鉆進(jìn)。

進(jìn)行護(hù)壁泥漿的配比：首先要根據(jù)現(xiàn)場的土質(zhì)和水質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)情況來確定合適的泥漿配合比例。

對(duì)孔進(jìn)行打設(shè)：在安裝大管架的時(shí)候應(yīng)跳孔打孔，最后一個(gè)孔應(yīng)跟蹤漿料，漿料應(yīng)填滿管內(nèi)外的環(huán)狀間隙，打1～3個(gè)孔后再次開鎖。如果不跳打，下面再打一個(gè)洞，地層堅(jiān)硬不均勻，鉆入時(shí)鋼管難以傾斜控制，不能保證大管架的質(zhì)量。安裝管道時(shí)必須按照施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行施工。

4? 大管棚施工工藝流程

三通一平→人力設(shè)備入場→測量放線→敷設(shè)：“h”鋼軌道→設(shè)備組裝調(diào)試→孔管埋設(shè)→調(diào)試鉆（方位、傾斜角）→鉆頭組裝進(jìn)孔→清洗液循環(huán)→導(dǎo)向鉆入→回加尺（接線、接口輔助焊接）→孔斜測→導(dǎo)向鉆入→設(shè)計(jì)深度最終孔→回取探頭箱→管內(nèi)及環(huán)狀間隙注。

5? 結(jié)語

本文主要對(duì)側(cè)穿哈工大香坊筒子樓高層及其南北側(cè)多層建筑進(jìn)行分析重難點(diǎn)及相應(yīng)的技術(shù)措施，在25m左右的地方有約0.52m沒有管棚覆蓋，可以在隧道曲率外側(cè)增加2根管棚解決此事。總結(jié)水平定向鉆進(jìn)方法原理鉆進(jìn)方法，介紹鉆頭控制原理，并提出了管棚工作室的布置以及管棚打設(shè)工藝，提出大管棚施工工藝流程。

參考文獻(xiàn)

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