管幕工法

管幕工法

一、工法介绍

首先利用水平定向钻机打设导向孔，导向孔施工时需采用专用导向系统（或激光导向系统）进行导向；导向孔完成后采用挤扩拉管法（扩孔直径小于管幕钢管直径）将管幕钢管拉到位，封孔注浆。通过管幕施工，在隧道拱部形成一个环形拱架，对隧道开挖起到超前预支护作用。

图1 局部效果图

二、适用条件

粘土层、沙层、淤泥层、回填及强风化地层，隧道下穿铁路、高速公路及其它地上构筑物，而且要求隧道两端均有施工作业面。常用管径为φ299mm—φ800mm。

三、施工实例

高崎互通连接线下穿隧道同原有铁路成小角度斜交，隧道覆盖地层主要以第四系人工填土，结构松散、厚度约3米。该处隧道分左右两线，其中左线78m，右线107m，隧道拱顶距离铁路轨面最短垂直距离为3m 左右。设计要求隧道开挖前必须在隧道拱顶施工φ299mm管幕进行超前预支护。我公司承接了该隧道管幕工程的施工任务。根据实际情况，我公司采用了先导向后挤扩拉管法施工管幕。经现场沉降观测，沉降量≤3mm，很好地控制了地表沉降，确保了隧道开挖的施工安全和铁路的正常运行。

图2 隧道过顶铁路线图3 管幕下穿铁路

图4 沉降观测

四、施工方案

1、工艺流程

2、施工步骤

2.1、管幕孔位测量放线

2.2、设备安装调试

图5 50T钻机局部图

2.3、打设导向孔

2.3.1、定向钻进

定向钻进工艺是非开挖管线施工中常用的方法。该工艺要求在钻进过程中能准确定位钻头在地下的位置和方向。导向孔钻进施工时，在钻头内部安装探棒，通过导向接收仪及机台显示屏观测钻头的深度、左右偏差、倾角和工具角(导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面)，根据监测钻头在钻进过程中的位置和方向与设计轨迹的差异，利用可调节方向的钻头（一般为楔型钻头）来改变钻头的钻进方向。打设角度如偏下，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，此时钻杆轨迹是平直的，所以导向钻头是上下纠偏的关键，终孔偏差可以控制在15cm以内。

钻头示意图

图6 制作拉管钻头

2.3.2、水平钻机设有轨道，可以在钻机平台平移、升降，钻机打设最大导向孔径为Φ220mm,打设预导孔时采用泥浆护壁，一次性成孔。

2.4、扩孔拉管

导向孔完成后，在管幕Φ299钢管前面加一个不大于Φ299的扩孔钻头，管幕钢管Φ299的上方（与垂直方向成15度角）焊接Φ60钢花管，然后采用边扩边拉，将切割的碎屑从管幕钢管Φ299管中心排出的挤扩方法，将Φ299钢管拉入，因采用挤扩拉管法，对地层扰动小，施工过程中不会导致地面沉降。

图6 钻机拉管

图7 拉出效果

2.5、回收探棒

2.6、注浆施工

为了避免相临管幕施作后引起地层松动，确保地面无沉降，在管幕施工过程中须适时在管幕外侧进行回填注浆，补偿地层的松散变形，更加有效地控制地层的扰动变形。回填注浆采用Φ60mm钢花管注浆，浆液为水泥浆，水灰比为1：0.8，注浆压力0.6Mpa--0.8Mpa。管幕钢管内可采用水泥注浆，水灰比为1：0. 8，注浆由一端（低端）进行，另一端安装在出浆口。当出浆口流出浆液后，关上阀门，然后加压至0.8MP a，停15-30分钟进行二次补浆，确保管内外填充质量，管幕钢管内也可以采用砂浆或商用混凝土灌注。

图8 砂浆注浆泵