飄起三一紅隧道特殊管棚支護工法－導(dǎo)向跟管鉆進法我與一

1、 前言

近年來隨著各種隧道工程數(shù)量的大幅增加，我個人最大的收獲應(yīng)該是把家安在了這邊。”據(jù)介紹，各種支護手段相繼出現(xiàn)，2018年3月和泰國當?shù)厝私Y(jié)婚，而對于在軟弱、松散、富水地層中的支護問題,目前國內(nèi)普遍采用超前加固的工法已得到巖土工程界的廣泛認同和應(yīng)用，老婆是曼谷人，超前支護工法目前主要有超前小導(dǎo)管注漿、大管棚、深孔注漿、水平旋噴樁、水平攪拌樁和水平凍結(jié)等而就一次性支護深度來說大管棚是首屈一指的，因為以前是留學(xué)生，目前國外以新奧法、國內(nèi)近年采用礦山法施工的隧道已廣泛采用超前大管棚支護工法，他自己也會基礎(chǔ)的泰語，盡管年來TMD法的使用越來越廣泛，所以相互適應(yīng)很快?，F(xiàn)在周末有時間也在岳父岳母家做做飯，即使如此，年前也帶了爸媽來泰國游玩，大管棚也常常應(yīng)用于盾構(gòu)機入口處以及一些較嚴重的破碎帶作為超前支護方法，一家人很溫馨，可想而知大管棚的認可度就不言而喻了。但就傳統(tǒng)的管棚工法而言也是具有很多限性的，工作和生活有了家庭作為依靠，比如支護作業(yè)因受施工環(huán)境如場地狹小、土質(zhì)較差等條件的制約，充滿了動力。棒！7年零投訴2011年90后湘潭滿哥進入三一集團，目前廣泛采用的大管棚工法均一次性施作距離較短或者施作深度較大時往往偏差太大不能滿足設(shè)計要求而美中不足，2012年三一集團積極響應(yīng)“”倡議，往往在隧道內(nèi)管棚施工時進行分段打設(shè)并要在分段開挖口處預(yù)先設(shè)置管棚工作室，等和同事一起開始扎根泰國。“設(shè)備問題沒處理完，這種傳統(tǒng)的管棚施工方法既費時費工又費料且回填時施工困難，明天再過來，北京就出過因工作室回填引起地面道路起鼓高500直徑6米的事故。近期經(jīng)過在理論上的探索和運用中的實踐，著急也不差這一會兒。”“現(xiàn)場設(shè)備人員和你一起加班，總結(jié)出一套新方法，他們對你好大的意見”。剛剛來泰國的時候，此方法能解決目前大管棚連續(xù)施工時設(shè)立管棚工作室分段施工的大難題，經(jīng)常會聽到客戶跟他說這樣的話，在黃莊實驗施工時，遇到這種事情，一次性打設(shè)深度超過100米并取得了非常理想的效果。在此基礎(chǔ)上，他只有選擇耐心的做解釋工作。“因為泰國民眾工作、生活節(jié)奏普遍較慢，我們深入研究了這種高效進行大管棚的施工方法，除非特殊情況，并針對北京地鐵施工的特點和要求制定了這套指導(dǎo)管棚施工的新工法---“導(dǎo)向跟管鉆進法”。
2、特點
（1）施工適應(yīng)性強此方法施工不需要開設(shè)管棚工作室可在很多狹小復(fù) 雜的隧道中進行施工作業(yè)；
（2）方向可控性導(dǎo)向跟管鉆進法的鉆頭是楔形的，基本很少加班，在鉆機水平頂進所產(chǎn)生反力的作用下改變方向；
（3）一次性打設(shè)深度較大可超過100米；
（4）成本低、效率高由于限定了水泥漿注入范圍,相對注入量大幅減少,每施工速度比深孔注漿提高2倍～3倍,周期縮短；
（5）效果好具有提高復(fù)合土體強度、防滲、抗滑、預(yù)支撐等多重效果。
3、實用范圍
a)管棚一次性打設(shè)深度較大（50米以上）
b)施工場地狹窄無管棚工作室
4、工藝原理
此方法是根據(jù)一種非開挖水平定向鉆進技術(shù)引申而來的。該方法要求在鉆進過程中每鉆進一段距離后測一次方位角并通過方位角進行糾偏。我公司根據(jù)這一特點并結(jié)合本公司在導(dǎo)向儀器研發(fā)方面的優(yōu)勢引申出利用方位角進行導(dǎo)向并控制鉆頭沿著預(yù)先設(shè)定的軌跡鉆進，此方法直接用工作鋼管作為鉆桿，在鉆頭位安裝有線導(dǎo)向儀器，根據(jù)鉆頭在鉆進過程中的位置和方向同設(shè)計軌跡的差異，利用能進行調(diào)節(jié)方向的楔型鉆頭改變鉆頭的鉆進方向。鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器通過有線線纜同管外的顯示屏連接。顯示屏顯示鉆頭的傾角、面向角，把鉆頭設(shè)在12點時，導(dǎo)向板朝下，鉆機直接頂進后，由于此時導(dǎo)向板底板斜面面積大，在土體摩擦力作用下，鉆頭軌跡向上運動。同理在6點位置糾偏可以使鉆頭朝下鉆進，9點、3點分別是為左、右糾偏方向。當鉆機勻速旋轉(zhuǎn)鉆進時，鉆桿軌跡基本是平直的。所以利用顯示屏反饋的信息來控制導(dǎo)向鉆頭在施工過程（控制原理見下圖）中的方位就是此工法的關(guān)鍵所在。

5、工法介紹
本工法根據(jù)上述原理設(shè)計鉆桿鉆進軌跡，要求是在設(shè)計軌跡與初期管棚搭接位前2米左右位置處交匯后將角度逐步下調(diào)，在一定范圍內(nèi)回歸到管棚打設(shè)中心線后水平鉆進。（見下圖）

A設(shè)計各種打設(shè)數(shù)據(jù)：
a.根據(jù)施工環(huán)境找出管棚打設(shè)的限制數(shù)據(jù)。主要數(shù)據(jù)有四個：
①通常以初支厚度再加上開挖線至初期管棚的底邊線距離作為導(dǎo)向跟管鉆進法的垂直控制距離我們將其設(shè)為H;
②總搭接長度M(一般﹥5米);
③管棚位置中心線與鉆進軌跡頂點距離N
④鉆桿的直徑D半徑d;
b.根據(jù)限制數(shù)據(jù)計算施工步驟的具體數(shù)據(jù)，包括打設(shè)的初始方位角 θ、第一次直線鉆進的長度即鉆桿在土中第一次拐向時的深度L1（一般為6米）、鉆進過程中每L段端點鉆頭所距開孔口中心點的垂直距離H1H2…Hn、L段端點鉆頭的角度θ1θ2…θn、具體打設(shè)的方位控制數(shù)據(jù)（Ln、hn、θn、）軌跡頂點到最后方位角調(diào)回水平時的投影K等等；
c．數(shù)據(jù)設(shè)計的基本原則是在保證M＝5米的前提下，通過H的值設(shè)計 鉆頭運動軌跡，使N的值嚴格控制在300mm以內(nèi)。
B工藝流程

C主要施工過程：
（1）組裝鉆具（見下圖）

①取位置安放探棒；
②安裝焊接泥漿系統(tǒng)單向閥
③焊接楔形板（通常與鉆桿角度為20°）
④安裝焊接水眼板（水眼為8mm）
（2）鉆進作業(yè)
a、鉆機就位后放出開孔中心線；
b、安裝孔口管管長1米直徑通常為大于鉆桿直徑5cm目的在于防止孔 口因鉆桿摩擦和泥漿的沖刷下坍塌；
c、按照初始角θ勻速鉆進L1后，鉆頭調(diào)在6點位置以θ1角度勻速頂進 L2，此時鉆頭的位置為h2；
d、測出h2時的各種數(shù)據(jù)與設(shè)計在該位置的數(shù)據(jù)比較，根據(jù)兩者之差在下 一步鉆機勻速鉆進L3時加以調(diào)節(jié)并作為下一孔位的施工參數(shù)；
e、按照h2與設(shè)計數(shù)據(jù)的差調(diào)整后勻速鉆進到設(shè)計數(shù)據(jù)h3點；
f、按照cde過程循環(huán)進行，鉆頭在N的設(shè)計值處調(diào)到0并按設(shè)計將角度 調(diào)到負值；
g、繼續(xù)循環(huán)調(diào)整在hn點時鉆頭再次被調(diào)為水平此時可按照普通施工方 法進行施工，需要提醒的是在鋼管彈性作用下以后的勻速鉆進必定會造成鉆頭運動軌跡始終向下因此每隔3米還要進行一次糾偏；
注：
①實際施工過程中我們?yōu)榱耸┕と藛T便于操作將θ用百分比來 替換即x％（當鉆桿以某一角度鉆進時每鉆進100米h值為1米）
②L值控制要求嚴格時可根據(jù)實際情況將勻速鉆進改為原地 旋轉(zhuǎn)一段時間后繼續(xù)頂進。
（3）注漿
1. 卸掉鉆桿與鉆機的連接后將預(yù)先設(shè)置在鉆桿內(nèi)與探棒信號線綁在一 起的鋼絲繩回拖，回拖時應(yīng)每10米在進行一次測量檢驗實際的軌跡與設(shè)計相差數(shù)據(jù)。
2. 注漿
注漿原理是混合漿液通過注漿口特制的節(jié)門后，在壓力作用下流經(jīng)鋼管、管外環(huán)裝空隙，將管內(nèi)空氣擠壓排出并將環(huán)裝空隙充填密實的過程（見下圖）。

注漿步驟：
a漿液配制攪拌均勻（漿液采用水泥膨潤土混合漿，嚴禁注漿過程中加水加料）；
b開始注漿，注漿量以混合漿液從環(huán)裝空隙口流出為準；c停止注漿，7小時后卸除管口節(jié)門。 注漿材料：水泥P.O32.5，優(yōu)質(zhì)膨潤土配比（質(zhì)量比）：水：水泥：膨潤土（1：1：0.03）注漿壓力：0.6-1.0MP；

6、主要設(shè)備選型

7、質(zhì)量要求
(1)開孔孔位偏差≤±50mm，若須移位，應(yīng)調(diào)整開孔角度進行回歸；
(2)開孔位置不允許向內(nèi)偏斜。設(shè)計向外偏角（放射角）偏差在0.1~0.2°范圍內(nèi)；
(3)管棚的終端最大偏差控制在±200mm以內(nèi)；
(4)鉆頭頂進過程中每一L的端點h值與設(shè)計偏差必須≤1％；
(5)為了保證鋼管連接的同軸性，每根鋼管都必須加車4mm絲扣，采用絲扣連接。絲扣連接一定要擰緊、到位，然后加焊；
(6)終孔后，管棚的注漿壓力要控制在0.8—0.8 MP之間，注漿壓力不宜邊大。注漿量以出漿口流出水泥漿為準。
(7)管棚打設(shè)長度與設(shè)計長度誤差不得大于200mm；

8、工程實例
1）工程名稱：北京地鐵十號線（萬柳－勁松）花園東路站－八達嶺高速站區(qū)間工程

2）打設(shè)環(huán)境：隧道進深約13米內(nèi)已用傳統(tǒng)的管棚方法作了支護，初期管棚底 邊線在距開挖線約300mm處，初支厚度約350mm即h＝650mm場地不具備開管棚工作室的條件（詳見正、側(cè)視圖）打設(shè)總長度分別為40m、53m，用“導(dǎo)向跟管鉆進法”打設(shè)要求M≤5米,N≤300mm。

3）數(shù)據(jù)設(shè)計（下圖）：
a. 原始數(shù)據(jù)：h＝650mm，m＝5米，N=300mm ，D=108mm 
b. 數(shù)據(jù)設(shè)計：θ＝9％,θ1＝7％,θ2＝5％,θ3＝3％,θ4＝0,L1＝6米   L2=3米,L3＝2米,L4=3米,L5=2米,L6=3米,L7=2米,L8=4米 , k=9米

管棚打設(shè)步驟設(shè)計：
步驟1：埋設(shè)孔口管

步驟2：勻速鉆進L1=6米（下圖）

步驟3：頂進L2=3米（下圖）

步驟4：鉆進L3=2米（下圖）

步驟5：按照步驟3、4鉆到Hn點后鉆頭向下鉆進（下圖）

步驟6：鉆到K=9m，角度＝0º時鉆機勻速鉆進（下圖）

步驟7：每鉆進3米測量一次方位角并加以調(diào)整直至設(shè)計深度。
注：實際施工時由于此地段土體摩擦阻力較大鉆機直接頂進3米比較困難，我 們改為以每5m為一個控制斷，每個控制斷的角度下調(diào)標準為3％，每頂進3m＋鉆進2m改為：每頂進1米再鉆進1米循環(huán)，施工的原理方法步驟均不變。
9、效益分析在特殊環(huán)境大管棚施工中采用了這種新方法，可避免在打設(shè)大管棚之前建施工管棚工作室，以及管棚打設(shè)完成后將工作室重新支護回填，節(jié)約成本、工期減少因工作室回填帶來的各種安全隱患。再用綜合成本計算后證明此工法造價只有傳統(tǒng)管棚造價的90％，尤其支護深度較大時其優(yōu)越性將更加明顯。因此，此工法是一種經(jīng)濟、安全、技術(shù)可行值得推廣應(yīng)用的好方法。(本文來自 建研機械)

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