管棚支护的新方法----导向跟管钻进法

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1、管棚支护的新方法导向跟管钻进法1、前言近年来随着各种隧道工程数量的大幅增加，各种支护手段相继出现，而对于在软弱、松散、富水地层中的支护问题,目前国内普遍采用超前加固的工法已得到岩土工程界的广泛认同和应用，超前支护工法目前主要有超前小导管注浆、大管棚、深孔注浆、水平旋喷桩、水平搅拌桩和水平冻结等而就一次性支护深度来说大管棚是首屈一指的，目前国外以新奥法、国内近年采用矿山法施工的隧道已广泛采用超前大管棚支护工法，尽管年来TMDt的使用越来越广泛，即使如此，大管棚也常常应用于盾构机入口处以及一些较严重的

2、破碎带作为超前支护方法，可想而知大管棚的认可度就不言而喻了。但就传统的管棚工法而言也是具有很多局限性的，比如支护作业因受施工环境如场地狭小、土质较差等条件的制约，目前广泛采用的大管棚工法均一次性施作距离较短或者施作深度较大时往往偏差太大不能满足设计要求而美中不足，往往在隧道内管棚施工时进行分段打设并要在分段开挖口处预先设置管棚工作室，这种传统的管棚施工方法既费时费工又费料且回填时施工困难，北京就出过因工作室回填引起地面道路起鼓高500直径6米的事故。为了满足市场需要和提高在同行中的竞争力，我公司近

3、期经过在理论上的探索和运用中的实践，总结出一套新方法，此方法能解决目前大管棚连续施工时设立管棚工作室分段施工的大难题，在黄庄实验施工时，一次性打设深度超过100米并取得了非常理想的效果。在此基础上，我们深入研究了这种高效进行大管棚的施工方法，并针对北京地铁施工的特点和要求制定了这套指导管棚施工的新工法---“导向跟管钻进法”。2、特点(1)施工适应性强此方法施工不需要开设管棚工作室可在很多狭小复杂的隧道中进行施工作业；(2)方向可控性导向跟管钻进法的钻头是楔形的，在钻机水平顶进所产生反力的作用下改

4、变方向；(3)一次性打设深度较大可超过100米；(4)成本低、效率高由于限定了水泥浆注入范围,相对注入量大幅减少,每施工速度比深孔注浆提高2倍〜3倍，周期缩短；(5)效果好具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重效果。3、实用范围a）管棚一次性打设深度较大（50米以上）b）施工场地狭窄无管棚工作室4、工艺原理此方法是根据一种非开挖水平定向钻进技术引中而来的。该方法要求在钻进过程中每钻进一段距离后测一次方位角并通过方位角进行纠偏。我公司根据这一特点并结合本公司在导向仪器研发方面的优势引申出利用

5、方位角进行导向并控制钻头沿着预先设定的轨迹钻进，此方法直接用工作钢管作为钻杆，在钻头部位安装有线导向仪器，根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的楔型钻头改变钻头的钻进方向。钻头内装有特制的传感器，传感器通过有线线缆同管外的显示屏连接。显示屏显示钻头的倾角、面向角，把钻头设在12点时，导向板朝下，钻机直接顶进后，由于此时导向板底板斜面面积大，在土体摩擦力作用下，钻头轨迹向上运动。同理在6点位置纠偏可以使钻头朝下钻进，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。当钻机匀速旋转钻进

6、时，钻杆轨迹基本是平直的。所以利用显示屏反馈的信息来控制导向钻头在施工过程（控制原理见下图）中的方位就是此工法的关键所在。5、工法介绍本工法根据上述原理设计钻杆钻进轨迹，要求是在设计轨迹与初期管棚搭接部位前2米左右位置处交汇后将角度逐步下调，在一定范围内回归到管棚打设中心线后水平钻进。（见下图）A设计各种打设数据：a根据施工环境找出管棚打设的限制数据。主要数据有四个：1通常以初支厚度再加上开挖线至初期管棚的底边线距离作为导向跟管钻进法的垂直控制距离我们将其设为H;2总搭接长度ML月5米）；3管棚位

7、置中心线与钻进轨迹顶点距离N4钻杆的直径D半径d;b根据限制数据计算施工步骤的具体数据，包括打设的初始方位角8、第一次直线钻进的长度即钻杆在土中第一次拐向时的深度L1（一般为6米）、钻进过程中每L段端点钻头所距开孔口中心点的垂直距离H1HT-Hn>L段端点钻头的角度8182・・・8n、具体打设的方位控制数据（Ln、hn、8n、）轨迹顶点到最后方位角调回水平时的投影K等等；C数据设计的基本原则是在保证M=5米的前提下，通过H的值设计钻头运动轨迹，使N的值严格控制在300mmz内。B工艺流程C主要施工

8、过程：（1）组装钻具（见下图）⑪取位置安放探棒；②安装焊接泥浆系统单向阀③焊接楔形板（通常与钻杆角度为20。）@安装焊接水眼板（水眼为8mm）2）钻进作业a、钻机就位后放出开孔中心线；b、安装孔口管管长1米直径通常为大于钻杆直径5cm目的在于防止孔口因钻杆摩擦和泥浆的冲刷下坍塌；c、按照初始角8匀速钻进L1后，钻头调在6点位置以81角度匀速顶进L2,此时钻头的位置为h2；d、测出h2时的各种数据与设计在该位置的数据比较，根据两者之差在下一步钻机匀速钻进L3时加以调节并作为下一孔位的