隧道钢花管超前支护的施工工艺及施工控制要点

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铁路隧道钢花管施工技术

通过隧道的施工实践,详细总结了隧道钢花管超前支护的施工工艺及施工控制要点,为今后隧道超前支护施工提供更有力的技术支持。

一、工程概况

中铁十二局集团承建的衢宁铁路(福建段)前乾隧道起于福建省屏南县白玉村附近,止于福建省屏南县吴峰村东北侧1.6公里,隧址区为中低山区,进口段为丘陵沟谷区,山体陡峻,流水侵蚀切割剧烈,地形起伏较大,自然坡度约30*~50*,局部为陡崖。植被较发育,主要为松树林、杉木、毛竹及灌木丛。测区内更高标高1303.2m,更低标高276.2m,相对高差1027m。隧道进口通有道路,交通较为便利,出口处于山区,交通不便利。隧道全长7815.27m,单线单洞,更大埋深约858m。

二、钢花管施工

(一)钢花管施工工艺流程见图1

(二)管棚的加工制作。钢花管直径一般为70mm~180mm热轧无缝钢管,单节长度通常为4~6m,接头采用15~30cm长螺纹套管连接(套管采用内螺纹,钢管端部采用外螺纹)以保证连接强度和顺直;钢花管孔径宜为10~16mm,间距10~15cm,一周四排左右,呈梅花形排列,前端为尖形,尾部不小于1m范围内不钻孔作为止浆段。

(三)测量定位。根据设计的钢花管和导向墙的位置,分别用全站仪和精密水准仪进行管棚位置和导向墙位置放样,特别要控制钢花管位置与隧道开挖线之间的距离,以免出现钢花管位置侵入隧道初期支护空间范围的现象。

(四)开挖工作室、施作导向墙。在洞内为提供管棚钻孔施工空间,应开挖工作室,工作室的开挖尺寸应根据钻机的规格确定,一般应超出隧道外轮廓线0.5m~1.0m,并设钢支架。施作导向墙:为便于施钻和钻孔精度,在明挖和暗挖交界处设置混凝土导向墙。

图1管棚施工工艺流程图

1、导向墙在隧道外轮廓线以外施作,内埋设3~4榀工字钢支撑,钢支撑与管棚导向管焊成整体,导向管孔径比钢花管大20~30mm。

2、导向管间距、位置及方向应准确。用全站仪在工字钢架上定出其平面位置,用激光导向仪设定导向管外插脚,导向管与钢架焊接牢固,避免浇筑混凝土过程中脱落。

(五)安装钢花管。1、清孔。成孔后先利用高压风或高压水进行冲洗,然后用特制清孔钩认真进行清孔。2、管件制作。管棚ф108mm无缝钢管,预制钢管时,根钢管前端要焊上合金钢片空心钻头。以防管头顶弯或劈裂,钢管间联接用加工好的管节联接套,预先焊在每节钢管两端,以便于联接。相邻管的接头应前后错开,避免接头在同一截面上,隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%,且两相邻管接头必须错开1m以上,以满足管棚受力要求。3、顶管。顶进钢管利用电动机启动液压马达,以及挖掘机配合人工作业。偶数号孔采用无缝钢管,奇数号孔采用注浆钢花管。当根钢管推进孔内,孔外剩余30~40cm时,人工进行接管,严格控制角度,人工持链钳进行钢管联接,使两节钢管在联接套处联成一体。然后再低速推进钢管,根据管棚设计长度,按同样方法继续接长钢管。

(六)管棚注浆。1、止浆墙制作。注浆前,必须进行堵露处理。沿插管周围喷射20cm厚C20混凝土一圈,封闭该工作面,再用木塞和纸塞把无缝钢管未注浆的管头堵死,这样,止浆墙便形成。喷射砼时加入一定量的速凝剂,以满足施工要求。2、浆液配置。注浆浆液多采用水泥砂浆或水泥-水玻璃双浆液。水泥砂浆浆液水胶比宜为(0.5:1)~(1:1);双浆液配合比为水泥浆:水玻璃(体积比)=1:1。水泥一般采用42.5R以上普通硅酸盐水泥。3、注浆控制。(1)注浆管路连接好后,先压水检查管路是否漏水,待设备正常后,对围岩做压水实验,以冲洗岩石裂隙,扩大浆液通路,增加浆液扩散密实性,核实围岩的渗透性。(2)注浆分两步完成,当次注浆的浆液充分收缩后,进行第二次注浆。注浆由拱脚至拱顶左右对称交替进行。初压0.5~1MPa为宜,终压控制在2MPa,持压3~5min后停止注浆。(3)注浆结束后及时清除管内浆液,并用等级不低于30MPa的水泥砂浆填充,增强管棚的刚度和强度。(4)注浆时要记录注浆时间及注浆量。

三、施工控制要点

(一)钻孔施工控制要点:1、钻孔角度误差控制在0.5°以内,平面误差小于或等于1cm。2、钢管管节联接丝扣要认真检查,有脱扣裂纹的管节弃用。3、施钻时钻头选择:必须大于棚管外径1~2cm,以便于顶管。4、施工时钢管采用奇偶数编号进行制作,顶管时应实行“对号入座”。

(二)注浆施工控制要点:1、注浆时如遇窜浆或跑浆,必须及时进行封堵处理,然后方可注浆。2、注浆时如发现泵压突然升高,先判断是否堵塞,若堵管则进行堵管处理,否则往管道内注入清水,待泵压正常后再继续进行单液注浆。3、注浆一般采用由下向上、左右交替进行。4、注浆时应准确掌握浆液配合比,并使浆液在管内充填密实。