【摘 要】随着近年来水利建设的蓬勃发展和人们对生态、环境保护意识的日益提高,水利工程中水电站、引水、分洪等工程正逐渐减少明渠开挖的方式以减少对耕地的占用,越来越多地采用隧洞过流设计。但隧洞开挖属地下作业,有其工艺的特殊性,特别是大断面隧洞开挖遇到破碎围岩地段、浅埋地段或地质条件复杂的地段,须制定切实可行的支护措施。长管棚因其具有刚度大、超前支护长的特点,对洞口破碎围岩地段和浅埋地段能起到有效的超前支护作用,保证了隧洞施工质量、安全及进度。本文结合浙江省永嘉县三塘隧洞分洪应急工程(Ⅲ标段)隧洞施工方案,就大断面隧洞超前长管棚的施工方法及施工经验进行了积累总结。
【关键词】隧洞施工;管棚工艺;超前支护
1 工程概况
永嘉县三塘隧洞分洪应急工程位于永嘉县城上塘周边,总投资7.07亿元,总工期36个月,属省重点工程。工程为Ⅳ等,主要建筑物为4级建筑物,由鹅浦河、中塘溪~下塘溪二个排洪工程组成,设计排涝标准为20年一遇,校核防洪(潮)标准为50年一遇。
2 管棚施工特点
(1)投入成本低,操作简易,选用常用设备。
(2)支护能力强,缩短工期,降低施工成本。
(3)加固了自稳能力极低的围岩承支,较好地控制了软弱围岩的下沉、松弛和坍塌。
3 管棚施工技术要求
本工程管棚长度39 m,管棚施工作业是构成本工程进洞的骨架结构,对本工程能否安全、顺利进行起着关键作用。
4 主要工艺流程和施工方法
4.1 工作平台搭设
4.2 导向轨架立
大管棚施作前,先安装导向轨,仰角定位2?,既导轨坡度为3.5%。由于本工程施工的环境和条件限制,管棚施工时采用两点加一线方式定位。将导向轨安置在工作平台上,根据已布设的纵向轴线准确定位导向轨的纵向方向及位置,使用水准仪确定导轨坡度;用骑马钉将导轨加固于工作平台;由于夯机只有向前的冲击力,以上措施能控制管棚的施工角度、标高和准确性。
4.3 下管
下管前要预先按设计对每个钻孔的钢管进行配管和编号,保证相邻两管接头位置错开。其中偶数管按6m、4m、6m、4m布置,奇数管按3m-4m-6m-4m布置。
4.4 大管棚钻孔
大管棚长度较长,施工过程中将钢管棚分节钻进,分节长度4m、6m两种。2台H190夯锤机钻机,隔二钻一成孔。
(1) 若钻进过程阻力较大,可退回1m左右,多次反复,阻力减小后继续钻进。初钻用低压顶进,以保持方向,防止孔位偏斜。
(2)套管与钻具同时跟进,产生护孔功能,避免内钻杆在提出孔后产生塌孔或涌水事故,提供临时护孔,方便往孔内插管注浆。
(3)钻孔完结后,先把套管内孔注水清洗洁净后,才把钻杆取出。套管仍保留在孔内供护孔作用。
(4)钻杆取出采用钻架配置的液动夹头,进行夹紧及卸拧钻具丝扣,避免使用手动扳手操作。
(5)钢管插进完毕后,取出套管,钻进其它孔眼。套管取出时,冒落的岩土会于孔内压紧钢管。钢管口与孔口周壁用水泥密封。
(6)先用钻机钻深孔,达到设计要求,钻杆用连接套接长,直至钻至比设计孔深长0.5m。
(7)钻孔达深度要求,依次拆卸钻杆。
(8)顶管作业:采用钻机连接套管自动跟进装置连接钢管,将第一节管子推入孔内。
(9)接管,钢管孔外剩余30-40cm时,用管钳卡住管棚,反转钻机,使顶进连接套与钢管脱离,安装下一节钢管,对准上一节钢管端部,人工持管钳用钢管连接套将两节钢管连在一起,再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。
上述9步环节注重内部配合默契,施工保障体系健全到位,设备、物资及电力供应不得中断。
4.5 钢管端头连接
5 质量控制
(1)钻孔前,精确测定孔的平面位置、倾角、外插角,并对每个孔进行编号。
(2)钻孔外插角以1°~3°为宜,根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定,一般控制在1°~1.5°。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
(3)经常量测孔的斜度,发现误差超限及时纠正,至终孔仍超限者应封孔,原位重钻。
(4)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度,防止断杆。
(5)管棚所用钢管进场必须按批抽取试件做力学性能(屈服强度、抗拉强度和伸长率)和工艺性能(冷弯)试验,其质量必须符合国家有关规定及设计要求。
(6)下管前要预先按设计对每个钻孔的钢管进行配管和编号,使管棚接头错开,保证同一断面上的管棚接头数不超过50%。
(7)管棚间焊接时应利用靠尺保证管身直顺,焊缝饱满,无裂纹、气泡、夹渣等现象。
(8)注浆量应满足设计要求,一般为钻孔圆柱体的1.5倍;若注浆量超限,未达到压力要求,应调整浆液浓度继续注浆,确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。注浆速度不得大于50mL/min。注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防渗漏,对强行打入的钢管冲清管内积物,然后再注浆,注浆顺序由下而上,浆液用搅拌桶搅拌。
6 结束语
采用长管棚进行破碎围岩地段、浅埋地段或地质条件复杂地段隧洞的施工,因其具有刚度大、超前支护长的特点,对破碎、浅埋洞口能起到有效的超前支护作用。同时,长管棚与短管棚相比,其一次超前量较大,可减少安装钢管次数,并减少与开挖作业之间的干扰,大大加快了隧洞开挖进度,保证了施工质量和安全,节约了施工成本,具有显著地经济效益和社会效益。