一种隧道洞口软弱围岩段超长管棚施工方法与流程

本发明涉及一种针对多雨地区山岭地段隧道洞口长软弱段进行超长管棚超前支护的施工方法，具体涉及山岭隧道软弱围岩、软硬不匀、有水围岩﹙ⅴ、ⅵ级围岩﹚等地质条件特别复杂的隧道洞口进行超长管棚超前支护的施工方法。

背景技术：

在我国高速铁路隧道工程洞口施工中，管棚作为进洞的超前支护，已十分常见，施工方法也非常成熟，常见的是采用引孔顶入法施工和跟管钻进法施工两种。管棚工作原理主要有两个：一个梁式结构，通过洞口导向墙及洞内岩层形成一个简支梁；第二个通过注浆，固结钢管周边的围岩，钢管与周边围岩共同形成“成拱效应”；二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构，从而有效抑制围岩松动和垮塌。而常规的施工工艺虽然设置了洞口导向管，但由于地质不匀，管棚在引孔或钻进过程的经常发生偏孔现象，且在施做过程中检查手段有限，无法掌握管棚钻进过程的轨迹，无法有效地达到最终的对隧道开挖周边进行注浆固结的目的，经常在开挖后发现管棚尾部掉到开挖轮廓线内的现象，所以常规工法的管棚一般都控制在30～40m以内，施工进度比较慢，施工精度也较低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种隧道洞口软弱围岩段超长管棚施工方法，采用超长管棚跟管技术，即一次性管棚成形100m,采用导向技术确保了管棚施工的精度，而钻进过程对地质记录，为隧道开挖提供了参考，有效的超前支护为隧道开挖提供了技术保障。

本发明的技术方案是：一种隧道洞口软弱围岩段超长管棚施工方法及其步骤为：步骤一、施工准备；步骤二、测量放线；步骤三、导向墙施工；步骤四、掌子面及边、仰坡表面封装；步骤五、钻机就位；步骤六、钻进；步骤七、退钻具；步骤八、注浆；步骤九、封孔。

所述步骤三、导向墙施工中，首先进行导向墙内拱架安装；其次进行预埋导向管，导向管与拱架焊接牢固；最后进行导向墙立模，浇筑混凝土。

所述步骤四中，采用喷射混凝土封装，厚度≥15cm。

所述步骤六中，（1）钻杆加工：杆体6m一节，一端车内丝口、一端车外丝口，连接时局部进行焊接加强；（2）钻杆与钻机连接：钻杆第一节前方焊接一个偏心钻头，杆体后方与钻具螺纹连接；（3）纠偏:首节杆体内安装有导向仪装置，它包含有钻头位置的定位器，定位器放置在钢板上，两侧采用钢管固定，定位器通过线缆与显示器相连，导向仪装置通过变频设备与外界电源相连；在钻进过程,钻头钢管内的定位器将钻进的情况通过线缆传至显示器上，作业人员根据显示器反馈的杆体钻进偏位情况及时进行纠偏，同时随着钻进长度和土层地质情况，通过人工操作钻机调整动力，确保钻机深度和位置，直至达到要求的深度和位置；（4）记录地质情况：钻进过程中，根据岩屑情况，及时记录前方地质情况。

所述步骤八中，管棚注浆顺序遵循“先两侧后中间、由稀到浓”的原则；注浆过程采用量控与压控双重标准。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、钻进过程精准，无偏孔、坍孔现象，成孔效率高，适应于地质条件复杂，土质松散的砂层、粘土层等；

2、施作过程动力输出均匀，对地质的干扰少；

3、钻孔过程用水量少，土层中钻进采用高压空气作为动力强制钻进（干钻），岩层中控制用水，对碎石土、粘土层类土层、砂土层尤为适宜；

4、成孔速度快，工效高；

5、长管棚一端进入基岩，一端为洞口导向墙，两端均为固定端，可以有效控制起到简支梁效应，对控制洞口段开挖变形作用明显；

6、超长管棚可以有效地探明前方地层情况，为后续隧道开挖提供参考。

附图及说明

图1一种隧道洞口软弱围岩段超长管棚施工方法工艺流程图；

图2导向仪装置工作原理示意图；

图3导向墙立模示意图；

图4孔口管施工钻孔示意图。

具体实施方式

本发明具体实施方式：

实施例1：一种隧道洞口软弱围岩段超长管棚施工方法，其详细的施工工艺流程见附图1所示：

（1）施工准备：根据钻机高度和需要的纵向长度确定开挖平台的高度和宽度，由原地面自上而下挖台阶，当挖至要求的高度和宽度后，对两侧的边坡及仰坡进行放坡，同时两侧设置临时水沟；开挖方法采用机械开挖，人工配工，挖机清碴；

（2）测量放线：根据设计文件要求，采用全站仪放样出隧道中线、标高，并复核准确；根据复核正确的隧道中心线坐标和高程，在现场标识出导向墙开挖范围及标高；

（3）导向墙9施工：

导向墙9内拱架安装：导向墙9位置开挖到位后，首先对导向墙9基础进行承载力试验，如导向墙9基础承载力不足，需进行加固处理，基础合格后，于导向墙9内设置3榀i20b工字钢，每榀钢架按3个单元设置，拱架接头禁止设置在拱顶位置；

预埋导向管：通过测量放线，确定管棚开孔位置，并用十字标识，导向管采用φ127×6mm钢管，导向管与拱架焊接牢固，导向管角度严格按设计要求控制；

导向墙9立模，浇筑混凝土：导向墙9模板之前通过螺栓连接；为确保导向墙9内模圆顺，导向墙9端头模板采用5cm厚木板安装，木板间连接采用加背撑方式进行加固，木模板与钢模板之间采用扒钉或钢钉连接牢固。模板与混凝土接触面涂刷脱模剂；模板安装并检查合格后，浇筑导向墙9混凝土，浇筑过程需要严格控制原材料质量、加强混凝土的拌合质量，浇筑过程捣固密实，混凝土统一由拌和站集中供应，浇注顺序从拱脚两侧对称浇注，直至拱顶；混凝土浇筑完成后，即开始进行养护，养护期7天，同时强度达到70%后，开始拆除非承重结构及外模，强度达到100%后，即拆除内模及其它模板；按照顺序对孔口管进行编号。（见附图4）

（4）掌子面及边、仰坡表面封装：为了防止注浆过程，洞口冒浆；喷射c25混凝土封闭，厚度15cm；

（5）钻机就位：钻机采用履带式钻机，根据测量放线的位置，调整钻机位置；采用从高向低、先奇数孔后偶数孔的原则；

（6）钻进：

a钻杆加工：杆体由钢筋加工厂统一进行加工，材料为φ108*6mm管棚材料，按6m一节，一端车内丝口、一端车外丝口，丝口深度为3mm,长度8cm，连接时局部进行焊接加强；

b钻杆与钻机连接：钻杆第一节前方焊接一个偏心钻头；焊接牢固，该钻头为一次使用；杆体后方与钻具螺纹连接；

c纠偏:首节杆体内安装有导向仪装置，它包含有钻头位置的定位器3，定位器3放置在钢板1上，两侧采用钢管2固定，定位器3与洞外采用细钢丝绳相连，导向仪装置通过变频设备6与外界电源7相连；在钻进过程,钻头钢管内的定位器3将钻进的情况反映至显示器5上，作业人员根据显示器5反馈的杆体钻进偏位情况及时进行纠偏，同时随着钻进长度和土层地质情况，调整动力，确保钻机深度和位置，直至达到要求的深度和位置；施做时传感器可以发出信号，显示器5接收到信号后会显示出钻头此时离洞口的深度、高差及钻杆与就位水平线的夹角，将导向仪装置接收到的数据与理论数据进行对比，如显示高差h偏大，则需调整钻头方向朝下；夹角α用于控制水平方向，α值应≤1，α>1时则将钻头反方向“顶”进纠偏；若h和α值都在允许范围内，则沿着就位线水平前进，直到施做完毕。

d记录地质情况：钻进过程中，根据岩屑情况，及时记录前方地质情况。

（7）退钻具：钻进至设计位置后，松开钻杆与钻具之间的螺纹连接，杆头安装止浆阀；

（8）注浆

a注浆顺序

管棚注浆顺序遵循“先两侧后中间、由稀到浓”的原则。注浆施工由两端开始施工，向隧道拱顶方向推进，开始时注浆的浆液浓度要低一些，逐渐加浓至设计浓度。

b浆液拌制

按照调配好的配合比进行制浆，浆液的拌制均匀，具有良好的流动性和粘稠度。注浆过程搅拌工作不能停止，一直至注浆完毕为止。

c注浆压力与注浆量控制

注浆过程采用量控与压控双重标准，注浆时应徐徐加压，达到压力后，稳压后，浆液有时会从封口处均匀溢出，有时也会从周围的岩隙裂缝处溢出，表示已注满。注浆完毕后，应把注浆量与理论数值相比较，当注浆量小于理论数值时较多时，说明管内可能未注满，此时应停止注浆查明原因后再进行压注。

d注浆结束标准

注浆过程中只要满足以下三个条件之一，即可认为单孔注浆达到设计的要求并可结束注浆。第一，注浆压力逐步升高，达到设计终压(一般为1.0～2.0mpa)稳定10min；第二，注浆量不小于设计注浆量的80%；第三，进浆速度为开始进浆速度的1/4。

(9)封孔

注浆完成后，及时进行封孔，防止浆液外流，最终形成固定稳定的拱圈（见图4），确保隧道开挖过程中稳定能力，减少隧道在施工过程中的变形风险。