超前支护大管棚的导向跟管钻进技术

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1、超前支护大管棚的导向跟管钻进技术隧道网www.stec.net(2007-6-1)  来源：《岩土工程界》2007年第1期   摘 要：介绍日目前大管棚超前支护施工中存在的一些问题，提出了应用]导向跟管钻进技术进行施工的新方法，外对其它相关技术问题进行了探讨。   关键词：超前支护大管硼跟管钻进注浆    因区域地质构造和围岩工程性质的变化，隧道在掘进过程中常会遇到断层或软弱、破碎带，易引起隧道拱顶围岩失稳、漏顶等T程问题。目前，国内外多采用大管棚工法，作为隧道洞口浅覆盖段和隧道内遇各种软弱土层时掘进的主要辅助措施

2、。但因其一次性施作距离较短，常需在较长隧道内预设多个管棚工作室，施工难度较大，影响工效。为解决上述问题，经过探索和试验，设计出“导向跟管钻进法”，进行长管棚施工，单向一次性扣。设棚管长度超过100m，并在北京地铁十号线等工程中得到成功应用。   1 大管棚的形式和应用范围   管棚是将花管(导管)安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓外排列形成钢管棚，管内注浆，有时还可加钢筋笼，并采用型钢钢架组合成预支护系统，以支承和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著效果。其特点是支护能力强，适用于含水的

3、砂土质地层或破碎带，以及浅埋隧道或地面有重要建筑物地段。大管捌主要应用于下述大跨度的隧道部位：   (1)穿越软弱地层、破碎带；   (2)隧道出入口、浅覆盖地带；   (3)下穿河床、湖底或海底；   (4)下穿高速公路、铁路及各种建筑物地基；   (5)城市地下轨道交通如地铁的车站等。   2大管棚施工常规方法和存在的问题   大管棚施工的一般方法为：使用地质钻机在隧道掘进前于其拱顶区域，按设计孔数、间距和深度钻探水平孔，埋设管壁预钻有孔眼的钢管，并注入水泥浆以提高钢管的刚度和加固土体，使隧道拱顶预先形成一伞状

4、管棚。此结构本身具抗弯、抗剪性能，可有效承载上覆局部松软土体的荷载，且使被加固土体的抗剪强度有较大幅度的提高，从而在隧道掘进而拱顶永久支护结构未及施工或发挥作用时，提供上覆土体所需的支撑力，起到一度卒间支护作用，减小或消除因隧道掘进引起的地面沉降和临近管线的变形，确保隧道安全掘进，并和其后施作的隧道拱顶形成同一整体结构。   目前大管棚超前支护施工中存在的问题，主要有以下几个方面：   (1)符棚施作精度较低，施工过程中常需要一初始外插角，然后“盲打”；   (2)施r距离较短，工效较低，支护效：果较差；   (3

5、)隧道中问常不便进行大管棚的施工，因预没管棚工作窜较刚难；   (4)}目前在设计方面常只能作定性说明，而不能确定大管的具体参数；   (5)在管棚打没过程中获取的经验数据，大多没有进入有天隧道施工规程中。   针对J-述问题，经过探索、试验并吸取以往工程经验，研究m一套较完善的大管棚施工方法。    3 导向跟管钻进打设管棚方法    3.1 导向跟管钻进原理   导向跟管钻进是借鉴水平定向钻进技术发展而来。水平定向钻进是非开挖管线施工的一种方法，要旨在：钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向，据此确定钻进轨

6、迹同设计轨迹的差异，利用能进行方向涮节的导向钻头(一般软土层中用楔型钻头)改变钻进方位，从而按设计轨迹钻通铺管孔道，其后再经扩孔、拉管等工序，完成地下管线的铺设。导向钻头构造示意图如图2所示如下：   导向钻头内装有特制的定位传感器，传感器通过信号线穿过钻杆连接孔外的显示器。显示器显示导向钻头的倾角和面向角(显示器上有一角度指示钟，导向板斜面朝下时为12点)。导向钻头钻进角度如果偏下，可以把导向钻头调到12点，即导向板斜面朝下，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大，受到一个向上的托力，导向钻头轨迹就会朝上运移。，

7、同理，在6点时纠偏可以使钻头钻进轨迹朝下，9点、3点时分别为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机匀速旋转钻进，导向钻头的钻进轨迹是平直的。   3.2施工方法   管棚施工中，用棚管代替钻杆，其最前端加装如上所述的导向钻头，后续棚管之间采用丝扣进行连接，利用水平定向钻机将棚管依次打人土体中。在钻进过程中，依据导向钻头内置的定位传感器传出的角度信号，对钻进角度进行调节，使棚管按设计轨迹钻进。当棚管打进至设计深度后，撤回定位传感器，随后立即向管内注浆。同传统大管棚施工方法相比，导向跟管钻进方法有如下优点：   (1)能有

8、效控制棚管打设方向，精度高，外插角可预定为0。；   (2)管棚施作距离长，T效高，一次性施作可超过100m；   (3)将钢管作钻杆直接打入，不扩大孔位，注浆后地面沉降接近零；   (4)孔底注浆，孔口返浆，必要时封口注浆，可吲化管外土体；   (5)能按特殊要求的轨迹钻进，在隧道内打设管棚无需预设管棚工作室。   4 工程实例   4.1 工程概况