铁路隧道70米大管棚施工工艺

谢百强

谢百强（中铁二十局集团第四工程有限公司，山东青岛266061）

摘要：本文结合青荣城际铁路蓁山隧道工程施工实例，对超长管棚施工工艺进行了探讨，并对其施工过程中重难点项目的解决方案进行了具体阐述。

关键词：蓁山隧道；超长管棚；重难点项目；解决方案

1概述

管棚是在隧道开挖之前沿隧道开挖断面外轮廓，以一定间隔与隧道平行钻孔，插入四周带孔的钢管，再从插入的钢管内压注水泥浆或砂浆来增加钢管外围岩的抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化，由管棚和围岩构成棚架体系。

随着高铁的发展，超长管棚将在浅埋暗挖隧道施工中发挥着越来越重要的作用。本文结合青荣城际铁路蓁山隧道明暗交界处管棚施工，对超长管棚的施工进行了专项描述。

2概况

青荣城际铁路蓁山隧道位于山东省烟台市芝罘区境内，明暗交界处里程为DK210+580，围岩级别为Ⅵ级围岩，处于R=1800m的平曲线上，纵坡为3.013‰。铁路等级为客运专线，双线，速度目标值：200km/h。本隧道在DK210+520～DK210+550段下穿凤凰台路，交角为63°，埋深6.8m，并且路面以下2米处有自来水管道和天然气管道。明暗交界处主要为回填粘土、杂填土及部分沙土，地质条件较差。下穿公路线路长度约为30米，影响公路的长度范围25米。

为安全穿越凤凰台路，确保施工安全及控制路面沉降，下穿段隧道采用70m?准159大管棚+I22a型钢钢架加强支护+衬砌的支护体系，采用三台阶临时仰拱法进行开挖，岩石地层采用控制爆破。本文研究了该方案中70米大管棚的施工，对超长管棚的施工技术进行专门阐述。

3超长管棚施工技术

3.1导向墙。导向墙采用C20混凝土，截面尺寸为1m×1m。为保证管棚施工精度，导向墙内设2榀I20a钢架，间距50cm。钢架外缘设Φ203导向钢管，间距为40cm，钢管轴线与衬砌外缘线夹角1°，钢管与钢架焊接，大管棚在拱部144°范围内施设，共45根。

3.2长管棚施工。

（1）设备安装。根据设计测放出方位线、水平点及孔位点，并在适当位置安装设备行走系统。钢垫板与基础固定要牢，强度要高，并在升降系统上安装一定数量的斜拉筋，保证设备的整体性。

（2）钻具制作。a.钻杆制作。根据地质情况，采用“导向跟管钻进”施工方法进行管棚施工，即将Φ159钢管加工成每节4米、6米的钻杆，利用水平导向钻机将Φ159的钻杆分节钻入。钻杆与钻杆之间以套丝连接，施工中为保证钻杆强度，在套丝外加焊30厘米长弧形钢板，并要求满焊。b.钻头制作。导向跟管钻进方法是非开挖施工的一种方法。该方法要求在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向。根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的钻头（一般为楔型钻头）改变钻头的钻进方向，从而按设计要求完成施工。钻头示意图如下：

（3）清洗液循环系统。冲洗液具体配比由专业泥浆工程师根据具体地层情况确定。泥浆需经充分搅拌，均匀配制而成。配制时，必须严格执行配比。冲冼液必须先配制好后使用，严禁使用中同时加清水、加料。冲洗液流通系统：冲洗液制备→储浆池→泥浆泵→送水器→钻具→管外环状间隙→孔口回水阀门→高吊管→回浆管（沟）。钻进过程中必须保持上述各流通环节的畅通。在施工中，应根据不同地层，合理调节泵压、泵量，以免因冲洗液不足引起通道堵塞或因过大导致过量泥沙外排。

（4）导向钻进。导向钻进前应对钻机定位情况、方位、倾角情况、孔口管对中情况、循环液流通以及导向仪显示情况进行全面复检，确认正常后进行试钻。钻进前须先开泵，待循环液流通正常后，方可钻进。为防止水土流失，控制沉降，必要时需采用孔内保压措施。单号孔第一节为4米，双号孔第一节为6米，其余管节长度均为6米，保证同一断面内接头数量不得超过总钢管数的50%。在钻进过程中，必须随时观测钻进角度变化情况，出现角度偏差时，应及时纠偏。现场须及时进行导向数据记录和钻进长度及每次加管长度详细记录。

（5）成孔检查。

（6）回收探棒。

（7）封孔注浆。在完成上述工序后，进行封孔注浆。注浆参数：水泥浆液水灰比1：1（重量比）；注浆压力：0.5～2.0MPa；注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。注浆量以出浆口流出水泥浆为准。注浆结束后用M5水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。

4超长管棚施工工艺流程

5超长管棚施工重难点

5.1纵向角度。本隧道开挖拱顶距凤凰台路面约6.8米，并且路面以下2米处有自来水管道和天然气管道，所以施工时对纵向角度要求较高。

楔形钻头内装有特制的传感器，传感器直接由15V直流供电。显示屏显示钻头的倾角(水平角度)、面向角(导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面)。打设角度如果偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。所以导向钻头是上下纠偏的关键。

5.2左右角度。本方案处于R=1800m的平曲线上，假如沿切线方向钻设管棚，则70米的位置向隧道一侧偏1.36米，这样管棚将存在侵限现象，达不到施工效果，并且给后期施工带来很多不便。综上考虑，该管棚须弧线钻进，这样左右角度将会是施工的重难点。左右偏差根据传感器尾端的发光装置来定，通过仪器测量参数来纠偏。如果打设角度偏右，可以把钻头调到9点，即导向板朝右，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。受到一个向左的力，钻头轨迹就会朝左运动。同理在3点纠偏可以使钻头轨迹朝右，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。

结束语

本文系作者对超长管棚施工技术的初步探讨，不足之处请广大同行指正。另外，文中所述施工技术主要针对导向跟管钻进方法，适用于松散粘土层、粉土层、淤泥层、沙层、回填土层、强风化岩层。不同的围岩，其采用的施工方法不同，应区别对待。

参考文献

[1]铁建设[2010]241号.高速铁路隧道工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社.

[2]郭雪莽，汪伦焰.隧道洞口超长管棚效应分析[J].隧道建设，2004.