广东省揭阳至惠来高速公路A2标隧道大管棚首件工程施工工艺总结
中铁十七局集团有限公司
揭惠高速公路A2标项目经理部
2014年5月9日
隧道大管棚首件工程施工工艺总结
为了使隧道洞口工程超前大管棚施工能够达到设计和规范要求，我项目部于2014年5月8日进行了小北山二号隧道进口端右线洞口大管棚首件工程（5#、19#、21#、29#共四根管棚）施工，并在施工中对各个工序进行了控制及检测，其结果基本符合设计及规范要求，现将大管棚施工过程总结如下：
一、工程概况
小北山二号隧道为长隧道，按左、右线分离布设。
隧道穿越低缓丘陵地貌区，为分离式隧道。
该隧道左右线进出口均采用削竹式洞门。
左线隧道起讫里程ZK19+571～ZK21+091，全长1520m，揭阳端洞口进口里程为ZK19+571，明暗分界设在ZK19+590，明洞长19m，洞口设计标高30.353m，惠来端洞口出口里程为ZK21+091，明暗分界设在ZK21+072，明洞长19m，洞口设计标高17.398m，坡度0.5%～-1.317%，隧道最大埋深约209m。
右线隧道起讫里程K19+599～K21+081，全长1482m，揭阳端洞口进口里程为K19+599，明暗分界设在K19+618，明洞长19m，洞口设计标高30.493m，惠来端洞口出口里程为K21+081，明暗分界设在K21+062，明洞长19m，洞口设计标高17.490m，坡度0.5%～-1.321%，隧道最大埋深约212m。
二、施工机械及人员
本工程大管棚施工套拱钢架在钢筋加工场统一加工并试拼，合格后运送至现场人工立架安装，管棚及管棚连接套筒由生产厂家统一加工丝扣后运送至现场，套拱基础及管棚注浆浆液有拌和站集中拌和。
根据工作需要安排钢管加工4人，电工1人，电焊工1人，钻眼打管6人，注浆3人,空压机司机1人，共计16人；潜孔钻1台，空压机1台,注浆机1台，浆液拌和机1台，钢管加工设备1套。
本工程施工过程中投入的人员及机械情况如下：
大管棚首件工程施工投入人员明细表
序号姓名职务职责备注
1 聂茂山项目总工技术负责人
2 陈栋现场副经理现场负责人
3 胡晓东安全总监安全生产
4 佘前进质检工程师质检工作
5 方叶廷工程部长施工技术工作
6 魏文秀隧道技术员施工技术工作
7 王强测量班长测量
8 陈春艳实验室主任实验检测
大管棚首件工程施工投入机械设备明细表
序号机械名称规格型号单位数量备注
1 变压器630KVA 台 1 良好
2 发电机500KW 台 1 良好
3 电焊机Ba6-300 台12 良好
4 冷弯机台 2 良好
5 切割机Y90L-2 台8 良好
6 管棚钻机CXD90B 台 2 良好
7 液压注浆机BW-250/50型台 4 良好
三、施工方法
3.1施工准备
大管棚施工前必须先施工套拱，套拱在洞身外轮廓线以外施作，里程为
K19+616-K19+618,套拱采用60cm厚C25混凝土作为长管棚套拱，套拱长2米，套拱内埋设了4榀I20a工字钢，工字钢纵向采用Φ22钢筋连接，间距1米。
钢支撑与管棚孔口管焊成整体；孔口管作为管棚的导向管，安装时用全站仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。
孔口管热扎无缝钢管Φ133mm，壁厚4mm，节长2m，共37根、间距40cm，用Φ14钢筋牢固焊接在工字钢上，可以有效防止浇筑混凝土时产生位移。
套拱基础高1米，宽1.1米，长2米，基础砼采用组合钢模浇筑，模板加固用方木顶撑及对拉加固。
套拱基础砼浇筑后24小时开始安装拱架。
安装时人工配合装载机安装。
钢架在加工厂统一加工后经现场拼装合格后装载机运送至现场，钢架采用厚15mm的钢板和连接螺栓连接牢靠，为保证钢架的稳定性，套拱内钢架一次性安装完成，用φ22连接钢筋连接成整体，内、外模板分别采用铁丝同工字钢拱架拉牢固定，
堵头板安装时，考虑到要将孔口管留在堵头板以外，以便安装φ108 钢管及注浆。
孔口管端部用彩条布包裹，保证浇筑过程中不倒灌。
套拱砼分层对称浇筑，两侧砼浇筑时高差控制在1m以内。
堵头板根据浇筑速度边浇边安装。
钢架在加工场现场拼
孔口管安装效果图
3.2长管棚施工
3.2.1参数
1、管棚长度为40m，热扎无缝钢管Φ108mm，壁厚6mm，节长3m，6m；
2、钢管布设在圆心角120°的隧道拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距为40cm；
3、管距：环向间距40cm；
4、倾角：仰角1°～3°（不包括路线纵坡），方向：与路线中线平行；
5、纵向同一横断面内的接头数不大于50%；
6、管棚连接：采用15cm丝扣连接；
7、管棚根数：37根.
3.2.2搭设钻孔平台、安装钻机
钻进采用潜孔钻机，钻孔顺序为19#、21#、5#、29#。
钻孔前复测孔口管位置，确认无误后开始钻孔施工，钻机平台在套拱预留核心土上搭设，搭设前将预留核心土顶面平整，调整钻机钻头中心线与孔口管中心线一致，用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，这样大大的保证了钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
3.2.3钻孔
为了便于安装钢管，钻头直径采用φ115mm；2014年5月8日1：00开始19#孔钻进，钻孔情况见下表：
序号
钻孔开始
时间钻孔结束
时间
钢管安装时间孔内地质注浆时间
19# 1：00 6：20 6：30—7：00 5-6m、30-36m为孤石，
其余均为土
21:00-23:30
21# 7：10 10：30 10：40-11：10 9-11m为孤石，其余均
为土
5# 11：40 15：00 15：20-16：00 28-30m为孤石，其余均
为土
29# 16：40 19：50 20：00-20:40 8-12m为孤石，其余均
为土
钻孔是按照间隔跳钻的方法进行，且钻完一根立即安装一根管棚。
钻孔开钻时均保持低速钻进，当钻进1米后钻头基本稳定可适当调整钻速及风压，管棚首件施工钻孔时，4个孔都遇到了孤石，孤石处钻进时保持低速钻进，且钻进过程中始终
保持用钻头来回扫空，清除孔内浮渣。
钻进过程中每钻进2米，用全站仪测定钢管位置，发现偏斜超过设计要求的，及时纠正，及时补救。
现场技术人员时刻观察探头角度变化情况，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量。
钻孔完毕后实测钻孔深度19#、21#、5#、29#依次为4010mm 、4005mm 、4010mm 、4015mm ，倾角依次为2º、1º、2º、1º，孔深及倾角均符合设计要求。
3.2.4清孔验孔
清孔时先用钻杆配合钻头来回进行扫孔，清除浮渣，防止堵孔；再用高压气从孔底向孔口清理钻渣；最后经全站仪检测孔位、倾角以及外插角。
3.2.5安装管棚钢管
钢管在专用的管床上加工好丝扣，管棚四周钻Φ10出浆孔，出浆孔以15*15cm 梅花形布置，将第一根钢管管头前10cm 焊成圆锥形，便于钢管安装入孔。
钢管连接采用特制连接件，连接件型号与管棚一样，连接件用机床加工丝扣，管棚加工内丝，丝长均为15cm 。
管棚利用钻机的冲击力和推力低速顶进，每钻完一孔后经现场监理工程师同意后进行顶管作业。
顶管结束后安装止浆阀。
采用间隔跳钻施工19#、21#孔
19
21
管棚钢管上采用Φ10钻头钻
管棚顶进施工
管棚安装完毕
后安装止浆阀
3.2.6注浆
安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆参数：水泥浆水灰比1∶1；水玻璃浓
度：35波美度。
注浆浆液由拌和站集中搅拌。
注浆顺序为19#、21#、5#、29#，浆液注入管棚钢管内时，初压控制在1.0MPa，终压2.0～2.5MPa，持压15分钟后停止注浆。
注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。
注浆终压2.0MPa
三、施工要点
1、管件制作：棚管采用φ108mm热轧无缝钢管。
管棚接长时先将前一根钢管顶入钻好的孔内再联接。
管棚连接采用特制连接件，连接件外部尺寸与管棚外部尺寸一样，保证管棚在推进过程中平顺，不与孔壁刮蹭。
第一根钢管前端焊接成锥形，以防管头顶弯或劈裂。
接长管件应满足管棚受力要求，相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一断面受力。
2、使用潜孔钻机施作大管棚时，用钻机顶进φ108mm管棚。
在顶进时钻机上必须安装与管棚直径相应的钢管顶进联接套，并在大臂上改换钢管扶直器。
待引导孔钻好后，使用顶管大臂进行顶进作业。
3、顶管作业：将钢管安放在大臂上后，钻机对准已钻好的引导孔，低速推
进钢管，其冲击压力控制在0.5～1.0MPa，推进压力控制在2.0MPa。
四、结束语
实践证明，揭惠高速公路小北山二号隧道进口右线管棚首件施工技术是非常合理的，对围岩加固、防止洞口地表下沉是非常有效果的，为进洞施工提供了足够的安全保证，可以作为经验指导小北山隧道剩余管棚的施工。