潜孔锤成孔洞内长管棚施工技术XXX XXX（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 1Z3Y 3Z 5Y 5Z 22Y 22Z 7Z 9Z 11Z 13Z 15Y 7Y 9Y 11Y 13Y 15Y 17Y 19Y 21Z 17Z 19Z 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。

由于潜孔冲击器和锤头高速钻进过程中在重力作用下有下垂趋势，为防止水平孔往下垂，在潜孔冲击器和φ73钻杆之间安装一段3米长的φ146钻杆作为扶正器，可以校正孔位。

另外可以采用加长钻机前端控制钻杆定位导轨的方式保证水平孔线形平直。

潜孔钻机是利用高压空气带动潜孔锤头产生冲击振动，将钻杆依次打入土体，直至达到设计长度。

成孔后拔出钻杆及潜孔锤头，用有线导向仪进行测斜,然后通过水平定向钻机将管棚钢管送入预成孔内，最后通过钢管向孔内注浆加固围岩。

潜孔冲击钻进示意图3.3.2孔位和钻进轨迹确定管棚方向应与隧道轴线平行，但是，因受松软地层和锤头钻杆自重的影响，开孔时钻杆应有一定的上仰角度。

根据施工经验、围岩条件和管棚长度，钻杆上仰角度拟定为2°钻进试验孔为其余孔洞提供参数，理论上钻进轨迹将是一条抛物线，0～30m段钻进轨迹为上仰段，钻进30米时孔位上偏高度应为70cm，30～60m段为下挠段，钻孔前端回位至设计位置。

若地层变化则根据试验孔适时修正上仰角度和钻进速率。

为探明前方围岩情况，首先施工拱脚处的管棚(左右侧第22根)，将这两个孔位可以作为试验孔先行施工，钻孔过程中记录钻进速度和渣样性质，总结试验孔施工数据可以指导和修正拱部孔位钻进施工。

钻孔施工从拱脚向拱部依次进行，每个孔位成孔后即可安装钢管，待全部棚管安装完毕最后依次封孔注浆。

3.3.3施工步骤采用全站仪测设全环43根管棚孔口位置，编号顺序以拱顶处开始编为1号孔，向两侧拱脚部位分别编为左22号和右22号。

施工时两台钻机分别从拱脚部位向拱部钻进。

a.机具组装调试采用工18型钢制作钻孔工作平台，在平台上安装8米长度钻机定位导轨。

型钢支架牢固稳定保证钻机在钻进过程中不会因震动影响孔洞方位和孔形，在支架上移动钻机可以准确对准孔位。

b.潜孔锤冲击成孔钻机安装调试正常后进行钻孔作业，高压空气带动潜孔锤头产生冲击振动，将钻杆依次打入土体。

钻头及钻杆定位有定位钢架和钻机导向轨保证，无需安装导向管。

钻进时，空气压力应控制在0.6-1.0MPa，泵量为15-20L/min为宜。

保持中低压力，匀速中速钻进；现场须及时进行数据记录和钻具前端长度及每次加管长度详细记录；每钻进一定距离须排一次沙土以防抱钻。

c.打设管棚钢管检测孔位单孔钻进设计深度后退出钻头，及时安装棚管。

将首节钢管前端做成20度斜口或锥形有利于钢管推进，并在管内安装有线导向仪。

将导向检测仪孔内分段推进，分段检测钻进孔位轨迹，检测合格安装全孔钢管，钢管用钻机逐节顶进，顶进过程中钢管按节连续接长，钢管节间用公母丝扣连接，要求隧道纵向同一截面处钢管街头数不大于50%。

为使钢管接头错开，相邻孔位首节钢管可以采用3.0m和3.5m交替布置。

4 清孔与孔内注浆钢管安装完毕，用高压风将孔内钻渣冲出孔外，然后将孔口钢管与孔壁间缝隙使用水泥浆填塞密实，在钢管头部焊接法兰盘安装止浆阀，并检查焊接强度和密封性能否达到注浆要求。

孔内压注水泥单液浆，采用P.O32.5R水泥，水泥浆强度不低于M30。

注浆时水泥浆先稀后浓由0.8:1调整至0.5:1，注浆压力控制为0.5～1.5MPa，当压力加至1.5Mpa时持压5min。

所有孔内注浆完毕，水泥浆液养生14天后准备洞身开挖作业。

效果评价管棚施工周期共28天，施工结束后将43个孔位检测数据整理后与设定孔位轨迹比较，偏差较明显孔位有5个，其中偏差最大值为50cm，但不影响管棚超前支护效果。

为保证施工安全及检查大管棚的实施效果，在隧道掘进过程中对洞内外进行监控量测。

地表零沉降，洞内拱顶最大变形量为20mm，日最大变形量为4mm。

洞身开挖过程中无下挠棚管出现。

结束语在软弱地层中应用潜孔锤冲击成孔跟踪测量送管法施工管棚是非常经济可行的。

其纯钻进效率8 m/h以上，而且孔内事故少，钻孔的精度高，方位角和仰角很容易控制，地层变化不易出现孔洞上翘、下挠或交叉问题。

与潜孔锤跟管钻进法和水平导向跟管钻进法相比较，在晋宁隧道泥炭质板岩条件下使用潜孔锤冲击成孔跟踪测量送管法施工效率高更经济。

参考文献：［1］ TZ 204-2008，铁路隧道工程施工技术指南［2］铁路工程施工技术手册中国铁道出版社。