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中国中铁五局1洞口超前大管棚施工方案一、洞口超前大管棚的作用及适用条件洞口长管棚适用于洞口V级围岩，无自稳能力或洞口段地表有重要建筑物。其目的是加固周边一定范围围岩，与刚架组合成预支护系统，防止空口软弱围岩坍塌，创造进洞条件。本管段内隧道洞口表层为黄色黏土，自稳能力差，为确保安全顺利进洞，采取超前大管棚支护。二、施工工艺及方法（一）洞口大管棚施工作业流程图（二）施工工艺及方法1、钻机平台开挖测量放线施作导向墙、安设导向管钻孔棚管安设棚管制作注浆注浆材料及机具准备洞身开挖及支护封闭工作面/作止浆墙钻机作业平台开挖中国中铁五局2首先根据钻机自身高度确定台阶的开挖高度，由原地面自上而下挖台阶，仰坡面需竖直开挖，以便管棚导向墙施作。当挖至台阶底部时，形成管棚钻机施作平台。考虑钻机平台高度不能满足导墙施作高度，需将开挖平台两侧以外的位置进行加深，具体开挖断面如图1-1所示。开挖方法采用风钻打眼爆破，挖机挖装、汽车运输的方式进行。图1-1管棚作业平台开挖断面图6.982管棚钻机作业平台仰坡正面1:0.754.56导向墙1.01:0.754.562.392.56.9822、测量放线：1）首先复核线路中线、水平，根椐线路中心线控制桩及高程控制点在仰坡面标识出隧道中心线及外拱顶标高，并根据暗洞开挖轮廓线在仰坡面画出外拱弧，做为导向墙立模的依据，根据导向墙的里程控制好导向墙内外模的高度，并预留相应的沉落量。按设计图的要求导向墙的长度和厚度均为1.0m。3、施作导向墙、安设导向管（1）立模中国中铁五局3导向墙内模采用钢模板，钢模板尺寸为1.5米(长)*0.3米(宽)*0.05米(高)，外模及端头模板采用3厘米厚木板加工制作而成。由于导向墙的尺寸为1m（长度）×1m（高度）。内模有0.5米留在外面不承受载荷，内模安装前需架设2榀工字钢，钢模板支撑在I字钢上，工字钢间距为1.0米。在工字钢下方搭设钢管架支撑，以便承受导向墙混凝土浇注荷载。工字钢架架设及模板安装采用人工进行，并保证工字钢架置于稳固的基岩上，2榀工字钢之间纵向采用φ22螺纹钢与钢架间焊接牢固，螺纹钢环向间距为1.0米。1）工字钢支撑：用于支撑导向墙内模的工字钢安装架设采用三段弧长为5.946米，半径为7.3米的工字钢(I16)单元通过连接板及螺母进行拼装，钢架必须保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节钢架两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢靠，连接板应密贴，加工后进行试拼检查。工字钢架设时应严格按照设计位置进行，工字钢外轮廓线应与开挖轮廓线相吻合，确保立模位置符合中线、水平要求，并不致侵入开挖净空。2）模板安装：导向墙的内模板（内圈）弧长为18.155m，外模板（外圈）弧长为20.72m，钢模板之间通过螺栓连接，模板拼装示意图如1-2所示。经计算，内模板共需61块，外模板共需70块。为确保导向墙内模圆顺，导向墙端头模板采用5厘米厚、高1.0米、底宽0.30米、顶宽0.34米的木板安装，木板共需61块，木板间连接采用加背撑方式进行加固，木模板与钢模板之间采用扒钉或钢钉连接牢固。在安装模板前应检查模板尺寸除顶面高程允许偏差±10mm，导墙边缘位置允许偏差＋10mm中国中铁五局4或0mm；模板平整度不得大于5mm，模板表面错台允许偏差2mm。模板安装需牢固可靠，模板与混凝土接触面需涂刷脱模剂。附注：本图尺寸以厘米计；501001-1剖面图5165钢架导向墙模板拼装示意图10011图1-2钢模板（150*30*5cm)100端模板（2）预埋件安装内模安装完毕，可进行预埋件的安设，预埋件包括2榀工字钢架及导管（I20轻型工字钢及直径为140mm的无缝钢管）。预埋件（导向管）中心线位置允许偏差10mm，尺寸允许偏差+10mm或0mm，预埋件（钢架）中心线允许偏差3mm。1）工字钢安装：为保证管棚施工刚度，于导向墙内设2榀弧长为18.766米和19.988、半径分别为7.68、8.11米的工字钢架(I18)，工字钢架间距0.5米。每榀钢架分为三个单元，每单元长度为6.25米，钢架必须保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节钢架两端均焊连接板，工字钢各单元通过连接板焊接并用螺栓连接牢靠，连接板应密贴，加工后进行试拼检查,连接板规格为220*230*14mm，连接螺栓采用M24×60mm，螺母采用M24，每榀钢架共需6套螺栓、螺母。钢架安装时应严格按照设中国中铁五局5计中线及水平位置架设，安装尺寸允许偏差：横向和高程为±5cm，垂直度±2°。钢架的下端设在稳固的地层上，拱脚高度低于上部开挖底线以下15～20cm。拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块。在灌注混凝土时钢架应全部被混凝土覆盖，钢架保护层厚度不得小于40mm。钢架在加工完毕以后应在水泥地上试拼，钢架周边拼装允许偏差为±3cm，平面翘曲应小于2cm。2榀钢架间纵向采用φ22钢筋按环向1米间距布置，并与钢架焊接牢固，钢架落底需置于稳固的基岩上，拱脚开挖超深时，需加设钢板或混凝土垫块。安装工字钢时，应保证工字钢底部至内模顶面的距离达到0.15米(既工字钢底部的混凝土保护层厚度)。2）导向管埋设：工字钢架设完成后，进行导向管的埋设，导向管采用直径为140mm的无缝钢管，其壁厚为5mm，导向管的长度是1.0米，环向间距为0.4米，共需39根，为了防止导向管在灌注混凝土时发生位移，导向管按照设计要求焊接在工字钢架上。导向管示意图如图1-3所示。安装导向管时，应严格控制导向管的环向间距及纵向位置。为满足设计要求，可先在工字钢架顶面标定出导向管的位置，并按间距、方向角要求布置导向管，导向管纵向与线路方向需一致，外插角角度为1°～3°，以免管棚钻机钻孔侵入洞身开挖断面。为避免混凝土浇注时砂浆进入并堵塞导向管，安装导向管时需与端模抵紧并采取措施使其牢牢固定在端模上。中国中铁五局624601611钢架中心线4060导向管（长钢管）管棚布设中心线导向管及钢架布置图示意图图1-3附注：本图尺寸以厘米计环向间距40工字钢中心线钢架架立、模板安装及各种预埋件埋设完成后应及时报技术室及质检工程师复核及复检，待合格后报监理工程师三检，通过后方可进行下道工序施工（3）混凝土浇注：混凝土浇注前，需再次对模板、预埋件进行检查，并作必要的较正。模板的中线、水平及尺寸必须符合设计要求，预埋件的位置必须正确，模板安装及支架必须牢固紧密，导向墙采用C20混凝土，施工过程中，需严格控制原材料的质量、加强混凝土的拌合、运输、浇注、养护等各个环节质量控制。混凝土统一由拌合站集中供应，混凝土灌车运输，人工配合机械浇注并捣固密实，浇注顺序为自拱脚两侧对称浇注，直至拱顶。（4）混凝土拆模及养护混凝土浇注完毕后，需及时进行养护，养护龄期不得少于14天。混凝土强度达到设计强度的70%后可拆除非承重模板（外模）及端模板，强中国中铁五局7度达到设计强度的100%后可拆除内模及支架。4、钻孔（1）钻孔采用管棚钻机进行，钻机平台的高度根据钻机的可调控范围以及钻孔顺序进行确定，由于钻机钻孔顺序按高孔位向低孔位进行，平台位置相应自上而下进行逐步降低，以满足钻孔需要，钻机钻孔的孔径为127mm。（2）工艺要求1）钻机就位时用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线和导向轴线相吻合。2）需要打设钻机平台时，应满足承受机具、材料、人员荷载要求，连接牢固、稳定，防止施钻时产生不均匀的下沉、摆动、位移等影响钻孔的质量。3）钻孔时经常测量孔的斜度，发现误差超限应及时纠正，至终孔仍然超限者应封孔，原位重钻。4）在钻孔时，若出现卡钻、塌孔时应注浆后再钻。钻孔时，应认真填好钻孔记录，除记录钻孔深度、方向角外，还应根据钻孔出屑或取蕊情况记录不同孔时的围岩情况，达到超前探测围岩的目的。孔钻完之后应进行清孔。5、管棚的加工及安装1）成孔后要立即清孔并下管，以免因坍孔造成孔内堵塞而无法顺利安装。下管时需搭设脚手架平台，以人工推拉顶进为主，必要时辅以挖机推顶，下管时一般为6—10人。中国中铁五局82）管棚分钢管及钢花管，施工时先打设钢花管并注水泥浆液，然后打钢管，以便检查钢花管的注浆质量。3）长管棚（钢管、钢花管）为直径为108mm、壁厚为6mm的无缝钢管。管棚管壁上钻孔，并呈梅花形布置其纵向、横向间距为18.8cm，尾部为不钻孔的止浆段150cm。单孔为钢花管，双孔采用钢管，其环向间距为40mm，倾角（外插角）为1°～3°。钢管及钢花管在同一截面的接头数不得超过管数的50%。3）管棚在安装前应对钻头或高压风对钻孔进行扫孔、清孔，清除孔内浮渣，确保孔径（孔径不得小于127cm）、孔深符合要求、防止堵孔。该管棚可采用顶进安装，逐节接长，用于接长管节的接头钢管用直径为114mm，壁厚为6mm的热轧无缝钢管通过外车丝扣及内车丝扣进行连接，外车丝扣长度为15cm，内车丝扣长度为30cm。因此要求加工精度必须达到要求，才能保证连接长度、密封等。4）为了提高管棚的抗弯能力，在管棚内增设钢筋笼，如图所示。该钢筋笼采用4根主筋为18mm的Ⅱ级螺纹钢，固定环采用直径为42mm，长度为5厘米、壁厚为3.5mm的短管节。主筋采用搭接焊、帮条焊接，在焊接时焊缝的高度不小于4mm,焊缝的宽度不得小于8mm。固定环与主筋焊接，固定环与固定环的间距为1.5m，纵向两组管棚（钢花管、钢管）的搭接长度不应小于3m。管棚的安装及加工如图1-4和1-5所示：中国中铁五局95钢花管(钢筋)构造示意图钢花管注浆示意图钢筋笼钢筋固定环10.8φ1.8φ4.2100100554.210.818.818.810.818.818.818.8φ1.0-1.6注浆孔钢花管(钢管)注浆孔φ1.8钢筋钢筋笼截面示意图图1-4内车丝扣外车丝扣114mm壁厚6mm连接钢管分节钢管11.4301510.8钢管连接接头示意图图1-5附注：本图尺寸以厘米计。6、注浆（1）管棚及钢筋笼安装完成后进行注浆，浆液采用水灰比为1：1的水泥浆液，注浆顺序原则上由低孔位向高孔位进行。首先对钢花管进行单液注浆，注浆压力取0.6～1.0Pa，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验，注浆结束后采用M5水泥砂浆充填钢管。（2）由于管棚间距较小，为避免注浆时发生串孔造成相邻钢花管孔中国中铁五局10堵塞，原则上成一孔就注浆，同时可以让浆液在松散的岩层中进行扩散填充，将破碎的岩层固结，有利于相邻孔在钻孔时减少掉块，避免发生卡钻或掉钻、掉钎现象，有利于加快施工进度。（3）工艺要求1）注浆前应采用喷混凝土、喷混凝土加注浆或其它的方式对开挖工作面进行封闭，形成止浆墙，防止浆液回流影响注浆效果。2）注浆时先注单号孔（钢花管），待单号孔注浆完成后再钻双号孔并安设钢管，以检查钢花管的注浆质量。3）注浆的顺序原则上由底向高依次进行，有水时从无水孔向有水孔进行，一般采用逐孔注浆。4）注浆压力根据岩层性质、地下水情况和注浆材料的不同而定，一般情况下注浆终压取1.0Mpa。5）以单孔设计注浆量和注浆压力作为注浆结束标准，其中应以单孔注浆量控制为主，注浆压力控制为辅；注浆时要注意对地表以及四周进行观察，如压力一直不上升，应采取间隙注浆方法，以控制注浆范围。6）注浆时，应对注浆管进行编号（注浆编号应和埋设导向管的编号一致），每个注浆孔的注浆量、注浆时间、注浆压力作出记录，以保证注浆质量，注浆记录包括：注浆孔号、注浆机型号、注浆日期、注浆起止时间、压力、水泥品种和标号、浆液容重和注浆量。7）灌浆的质量直接影响管棚的支护刚度，因此必须设法保证、检验灌浆的饱满、密实。8）注浆孔封堵方式：采用钢板在钢管口焊接封堵，预留注浆管及排中国中铁五局11气管，注浆管必须安装阀门，堵头必须封闭严实。8）注浆方式：在管棚口直接注浆，注浆管深入管棚0.2～0.5m。9）对于粘土质地层、严重风化岩层、断层破碎带、溶岩溶槽段，水泥浆液水灰比采用1：1（重量比）。准备工作施作导向墙制作花管钻孔清孔顶进钢管棚清孔注管路检查注浆拌浆压力流量达到要求结束管棚注浆工序流程图四、机具配置管棚钻机1台、双浆液注浆机ZY70/80B1台、弯曲机1台、钢