大管棚施工技术介绍

薛俊斌

摘 要：如果在自稳能力较差的土层中开挖隧洞，则在开挖过程中会因施工对地层土体的扰动、隧洞顶部公路行车荷载向下的传递作用而引发塌方、冒顶等安全事故。而在隧洞穿越公路下方的过程中，采用大管棚施工技术可有效控制公路沉降，从而保证隧洞的施工安全。

关键词：南水北调；大管棚；水工隧洞；土层结构

中图分类号：U455.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.152

1 概述

南水北调中线工程（京石段应急供水工程）惠南庄—大宁段穿越京石高速公路，其水工隧洞位于北京市房山区长阳镇，在京石高速公路进京方向长阳入口匝道下穿越，隧道长度为69 m，隧洞顶部至高速公路路面土层的厚度为5.3 m。隧道结构设计形式为正圆形双联单洞，开挖直径为6 m，两洞轴线之间的净距为4.85 m 。本工程采用浅埋暗挖法施工，初衬结构为C30钢拱架-喷射混凝土，衬砌内径为5.4 m。

该隧道穿越的地层结构比较简单，主要为第四系全新统砂壤土和更新统马兰组砂壤土层结构，具有透水性弱、自稳能力较差等特点。隧洞两侧沟槽底部均低于隧洞下拱开挖线2 m，隧洞施工不存在降水问题。

2 大管棚施工方法

2.1 施工工艺

大管棚施工采用水平定向钻技术，可实现一次全长钻进，且可控制大管棚的施工偏差。大管棚采用热轧钢管制作，单根长度为69 m，外径为108 mm，壁厚为6 mm，施工环向间距为300 mm。为了确保大管棚的施工精度，采用了有线导向控制系统，并在楔板钻头后200 mm的部位安装了探棒，可将孔内大管棚的方位角和倾角直接显示在系统屏幕上。当施工出现偏离时，可通过楔板钻头顶进纠偏，从而将偏差控制在0.5%以内。在施工中，由西侧向东进行一次全长钻进。为了防止大管棚就位后注浆时浆液从另一端渗漏，在隧洞轴线的另一端预留了1 m厚的土层，待大管棚施工完成后再开挖。大管棚钻孔采用跳孔的方式钻进，为了防止出现串浆现象，应采用隔孔灌注的方式。大管棚首件施工完成后，应开展验收工作，确认首件合格后方可继续施工。

水平定向钻是非开挖管线施工的技术之一，采用该技术能在钻进过程中准确测定钻头在地下的位置和方向，还可根据实际钻进与理论钻进的对比结果，利用楔型钻头调整钻头的钻进方向，从而按设计要求完成各种管线的铺设。此外，该技术在大管棚施工中也较为适用。

水平定向钻的钻头内装有传感器，系统屏幕上可显示钻头的实时状态。如果钻头在施工过程中出现了偏移的情况，则可利用纠偏系统及时纠正。此外，在正常钻进中，钻机可匀速旋转钻进，钻杆的轨迹也处于平直状态。

2.2 施工流程

平整施工场地后，安装并调试钻进设备，埋设孔口管，调整钻机的方位、倾角；钻具组装完成后入孔钻进，开启冲洗液循环系统，并在钻进过程中随时检测钻孔偏差，钻至设计深度后注浆，单根管棚施工完成。

2.2.1 钻进设备的安装

钻进设备与基础采用钢垫板连接，并用胀栓固定，钢垫板与基础的连接应牢固。钻机安装完成后，工作人员应检查设备的安装质量，比如，H形钢轨道的水平误差和底盘对角的距离差应控制在3 mm以内，斜拉钢筋必须紧固，交叉拉力基本相等，所有螺母必须紧固。此外，测量作业人员应测量钻机入孔的方位角和倾角，以保证孔向的精确性。如果在调试过程中因遇到特殊情况而需要移动孔位，则必须经过设计单位的同意。在组装钻具时，钻头楔展板的旋转直径应≤115 mm，楔形面与钻具（钻杆）的交角应≤20°，水眼直径应为10～15 mm，检查钻具前部的导向钻头，确保其性能可靠，并在探头盒后部加装灯光设备，以备随时使用。

2.2.2 冲洗液流通系统的调试

冲洗液的具体配合比应根据施工现场的工艺试验结果确定。配制泥浆时，工作人员必须严格按照配合比调配，并搅拌均匀，且严禁在使用过程中加入水等其他成分。在施工过程中，施工人员应根据不同的地层情况调节泵压、泵量，以免因冲洗液不足而引起通道堵塞，或因冲洗液过多而导致泥沙外泄。

2.2.3 导向的钻进和加尺

钻进前，施工人员应详细检查钻机的方位、倾角、孔口管以及冲洗液的流通情况，待冲洗液流通正常后方可钻进；钻进时，泵压应控制在0.6～1.0 MPa，泵量应为10～30 L/min，并保持中低压力下的匀速钻进状态。为了防止浆液流失，应采用孔内保压措施，始终保持回水量小于等于进水量。

随着钻机的钻进，施工人员应随时观察探头角度的变化情况。当探头的角度偏差>0.3°时，应及时纠偏。如果施工人员发现纠偏无效或角度偏差>0.6°时，则应停止钻进，并在执行技术人员制订的解决方案后恢复施工。当钻孔出现涌水现象时，应保持设计压力，以平衡孔内压力。

此外，在施工前，施工人员必须详细检查每根管，管材应无弯曲，丝扣四周的壁厚应均匀，管材内的铁屑、锈皮等杂物必须清除干净。在钻进过程中，应避免大管棚与硬物碰触，以免损伤管扣，每次加尺后，必须先钻进后焊接大棚管丝扣的接缝，并检查每条接缝的质量。在加尺、焊接的过程中，不可将杂物遗留在管内。大管棚钻进就位后，应采用预设的钢索取出探头盒，检查合格方可使用。

2.2.4 大管棚注浆

大管棚就位后，可对管内环状间隙和管外环状间隙灌注水泥浆液，以提高大管棚的刚度和管棚间土体的强度。灌注的浆液一般采用水泥浆，水灰比为0.5∶1，注浆压力为0.3 MPa。在停止灌浆的过程中，应在吸浆稳压5 min后结束注浆，并在注浆完成后对管口进行封堵处理。

3 结束语

在软弱围岩中采用浅埋暗挖法开挖隧洞时，采用大管棚施工对隧洞围岩进行超前支护可有效预防塌方、沉降等情况发生，从而为隧洞施工提供安全保障。

〔编辑：张思楠〕