隧道洞内长管棚施工技术

潜孔锤成孔洞内长管棚施工技术

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（中铁XX局集团公司）

摘要：长管棚作为隧道超前支护结构在当前施工工艺已经十分成熟，在隧道施工中经济合理的选用长管棚施工方法十分重要，本文就ＸＸ隧道工程情况选用潜孔锤成孔施工长管棚方法做了总结。

关键词：洞内长管棚施工

1 工程概况

XX枢纽铁路XXX线是我国XX边疆重要的铁路枢纽。XX隧道全长3325米，是ＸＸＸ线铁路重点控制性工程。

隧道于D2KXX+XX5～D2KXX+XXX段下穿XX高速，该处隧道埋深38m，铁路下穿公路地段地质岩层为强风化砂质、泥质板岩夹炭质板岩，岩质较软，节理裂隙发育，岩层干燥无水。设计采用一环Φ159mm高精度定向大管棚（壁厚8mm）作超前支护，钢管长度60m，钢管环向间距0.4m，共43根。隧道于D2KXX+XXX～D2KXX+XXX段下穿SX02省道，该处隧道埋深33m，设计采用一环Φ159mm大管棚（壁厚8mm）超前支护，钢管长度40m，钢管环向间距0.4m。D2KXX+XXX～D2KXX+XXX段为地质断层破碎带。

本隧道进口里程为D2KXX+XXX，出口里程为D2KXX+XXX，隧道分别从进出口两头同时掘进。

2 施工难点及施工方法比选

该段岩层为全风化或强风化砂质、泥质板岩夹炭质板岩，大管棚施工时只能按单向钻进方式进行，因管棚较长，所以管棚方向较难控制，易出现钢管上翘、下挠或交叉问题。而且洞内施工作业空间狭小，施工环境较差。

根据以往施工经验，对隧道长管棚施工方法进行总结，目前国内长管棚施工主要采用以下三种方法：

第一种方法是水平导向跟管钻进法，水平导向跟管钻进法施工时采用锲子板为钻头，泥浆作为钻进循环液，用（φ89—φ220mm）管棚钢管作为钻杆，使用水平定向钻机将钢管打入土层中，并在钻进过程中通过管棚专用导向仪器随时控制钻进角度，发现角度偏差及时进行纠偏，直至监测钻进到设计长度，然后进行封孔注浆，最终在隧道拱部形成一个土层、水泥与钢管三种材质相接合共同组成的环状拱架，进而起到超前预支护的作用。此方法适用于松散粘土层、粉土层、淤泥层、沙层、回填土层及强风化岩等地层，常用管径尺寸为φ108—φ159mm。

第二种方法是“潜孔锤跟管钻进法”。潜孔锤跟管钻进法采用φ60m m—φ127mm钻杆为钻具，钻进时潜孔冲击器振动冲击中心钻头，中心钻头传递冲击给套管钻头并带动套管钻头钻进，套管与回转动力头无连接。冲击器与内钻杆连接，内钻杆通过连接头的内螺纹与回转动力头连接，回转动力头通过连接头传递扭矩给套管和钻杆，将管棚钢管依次打入土层。适用于卵石、碎石、塌方等不易成孔的地层中隧道开挖的超前支护，常用管径为φ127mm和φ133mm。在冲击器后部和钻杆之间装有孔位探测器，探测器可以随时测量钻头钻进状态并向后方发送信号（在内钻杆中增加电缆导管用于有线传输），以控制中心钻头的造斜面改变和控制方向。

第三种方法是“潜孔锤冲击成孔跟踪测量送管法”，潜孔锤冲击成孔跟踪测量送管施工，大多选用φ60mm—φ127mm钻杆为钻具，在钻杆前端安装潜孔冲击器和潜孔锤头，利用空气压缩机排出的压缩空气带动

潜孔锤头产生冲击振动，将钻杆依次打入土体。成孔后拔出钻杆及潜孔锤头，然后通过水平定向钻机将管棚钢管送入预成孔内。在钢管前端安装导向仪检测孔位深度及方位以验证其是否符合设定位置，如符合要求则进行下一个孔施工，不合格则注浆后修正钻进数据重新钻孔。此方法适用弱、中风化岩层、地层不均匀或夹碎石等地层中隧道开挖的超前支护。常用于管径为φ108mm----φ159mm 的管棚施工。

第一种施工方法对于钻孔进度控制比较灵活，在钻进过程中根据钻头后部的探测器随时监控钻进位置并调整钻头钻进状态。但是此方法需要泥浆作为钻进循环液， 泥浆中的水外渗容易减弱围岩自稳性，而且对施工环境影响很大。第二种施工方法适用于地质条件特别差，不易成孔的围岩结构，而且每次钻孔需要消耗一颗钻头，由此施工成本较高施工效率低。第三种施工方法虽不能在过程中调整钻进状态，但可以通过钻头后边的扶正器和预设打入角来校正孔位，而且无需循环泥浆，钻头可以循环使用，钻进效率高。经过对三种方法的特点分析，拟选定“潜孔锤冲击成孔跟踪测量送管法”。

3 管棚施工 1

Z3Y 3Z 5Y 5Z 22Y 22Z 7

Z 9

Z 1

1Z 13Z 1

5Y 7Y 9Y 11Y 13

Y 15Y 1

7Y 1

9Y 2

1Z 17

Z 19

Z 21

扩挖管棚工作室

159大管棚孔位

工作室立面图 施工图片

3.1 管棚工作室

为保证长管棚施工，在长管棚掌子面后方开挖一段管棚工作室，管棚工作室是将隧道洞身拱部开挖断面加大1.5米，长度为8.0米，洞身高度为7.0m。工作室洞身采用Φ108管棚超前支护和间距为0.5米I22b工字钢及C25喷砼支护体系，采用两台阶临时仰拱法开挖。

在掌子面上安设一榀管棚孔口定位钢架，并在拱架以上掌子面喷射C25砼15cm增加围岩整体性，保证钻孔施工过程中掌子面岩体不受扰动出现掉块脱落现象，防止高压注浆时水泥降压渗出；在拱架以下喷射5cmC25砼将掌子面封闭。临时仰拱面采用15cm厚度C15砼硬化铺平。

3.2 棚管制作

按照设计要求采用Φ159mm钢管（壁厚8mm），钢管长度60m，钢管环向间距0.4m，共设43根。根据管棚工作室空间和水平钻机结构尺寸，施工中将无缝钢管加工成3.0～3.5m的管节，安装过程中根据单双号孔位选用不同长度的管节，保证同一截面接头率小于50%。管节间连接采用公母丝扣法连接，即每根中间管节前端用车床加工成150mm长度的母丝扣，钢管后端则加工成150mm长度的公丝扣，丝扣深度不大于1/2壁厚（4mm）；首节管前端做成20cm长度的锥形，利于棚管顶进；尾节管管壁不打孔作止浆段，其他管节管壁钻Φ10mm孔径的出浆孔，间距为500mm，十字对打状布置。

3.3钻孔施工

3.3.1潜孔锤冲击水平成孔原理

选用HGT-100型水平钻机为动力设备，钻机前安装回转动力头和φ73钻杆，钻杆前端安装潜孔冲击器及锤头进行钻孔。由于潜孔冲击器和