赵 艳 慧
(中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001)
青岛地铁长大管棚超前支护施工技术
赵 艳 慧
(中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001)
以青岛地铁2号线长管棚施工为例，通过对其工程地质条件的分析，采用自进式长管棚一次长孔的超前支护方式，论述了该施工技术的具体工艺流程，并对施工中存在的问题及其解决措施进行了研究探讨，以保证隧道施工安全。
自进式管棚，超前支护，地铁，隧道
1 长管棚施工原理
自进式管棚是将管棚钢管加工成钻杆，钢管前端焊接管棚等径的楔形钻头，通过水平钻机直接钻入岩层后注浆填充形成的超前支护刚性体。
管棚打设精度靠安设在管棚内的专用导向仪进行控制，同时为使管棚具有超前性，作为钻具的钢管通过同轴的丝扣连接，必要时进行焊接。管棚钢管不设溢浆孔，钻头前端有φ12 mm～φ15 mm的水眼，注浆时浆液先填充管棚内部，再通过水眼溢出，填充管棚外部，使其整体更具刚度。
2 工程简介
五四广场站至南京路站区间(以下简称五南区间)起自五四广场站(该站已于青岛地铁3号线先期施作，为青岛地铁2号线与3号线换乘站)，沿香港中路东行，至香港中路与南京路交叉口处南京路站。在靠近南京路站前，区间左、右线下穿家乐福地下过街通道，其中在区间里程Y(Z)SK31+006处家乐福地下通道上方存在一3.4 m×1.5 m暗渠，与隧道方向垂直。
家乐福地下通道(丽人街)商铺密集，人流量较大，是连接香港中路南北侧重要通道。在南京路站前端，区间隧道下穿家乐福地下通道，该地下通道呈“V”字形，其中与区间垂直交叉的为通道1，与区间斜交的为通道2，通道2上方存有一3.4 m×1.5 m雨水暗渠，与通道2夹角为64°，暗渠与隧道呈垂直相交。五南区间与家乐福地下通道1竖向距离最小约1.68 m，与通道2竖向距离最小约1.8 m。
3 工程地质
家乐福过街通道主要位于细砂层、粉质粘土层及粗砂层，结构底板主要坐落于强风化花岗岩上亚带，局部位于粗砂层中。该通道施工时，地层富水量较大，易出现涌砂。五南区间隧道洞身主要位于强风化花岗岩，局部地段拱顶位于粗砂层中，围岩等级为Ⅵ级，局部夹杂微风化花岗斑岩，下穿设计范围存在一条PS-WN01破碎带(ZSK31+000，YSK30+990)，宽度约3 m，根据家乐福地下通道施工经验，该段围岩呈高富水性，围岩整体性差，强风化花岗岩多呈粗颗粒状。
4 施工方案
4.1 管棚孔位设计
ZSK30+955～ZSK31+042段和YSK30+955～YSK31+015拱部150°范围内均布设一环φ127长管棚，间距40 cm，单线19根；左右线一次性打设长度分别为93 m，65 m，如图1，图2所示。
4.2 管棚参数
管棚采用壁厚8 mm的φ127 mm热轧无缝钢管，钢管每节长度为4 m～6 m，管棚施工角度左右线均为0°～0.5°；管棚连接采用公母扣丝扣连接，公扣采用壁厚8 mm的φ121无缝钢管，长度123 mm，与管棚钢管做内外套管丝扣连接。
4.3 注浆
注浆采用超细水泥浆，水灰比W/C=0.8～1.0，注浆压力0.5 MPa～1.5 MPa，注浆方式为一次注浆。
5 施工工艺
5.1 施工工艺流程
施工工艺流程见图3。
5.2 施工工艺
5.2.1 管棚工作室开挖
隧道开挖轮廓线外环向0.6 m扩挖管棚工作室，长度为8 m，管棚入孔在开挖线外0.3 m，开挖轮廓线下2 m预留实心土以支撑导向墙内模。
5.2.2 施工导向墙
掌子面设置1.0 m长导向墙，其环向强度以保证导向墙两侧基础稳定为原则，根据地形、现场地质条件确定，导向墙内设两榀22a工字钢，在其中布设φ146×6 mm导向管。待工字钢架设完毕后，导向管与工字钢焊接成整体，并用Φ22钢筋固定牢固。为了便于施工，导向墙采用C25喷射混凝土。
5.2.3 钻机平台组装
钻具工作平台为确保足够的稳定性，组装前施作20 cm厚临时仰拱。平台由Ⅰ22工字钢组成，连接采用高强螺栓通过垫板固定，钻机通过手动葫芦在底轨上左右移动，在立柱上下移动。
管棚采用导向跟管钻进施工方法，一般地质可采用水循环钻进，如遇到砂层则需要采用膨润土护壁钻进工艺。
5.2.4 钻孔
钻孔要按照现场技术人员标示的孔位及角度进行钻头就位。钻孔顺序由下而上进行施工，隔孔施工，采用导向一次性成孔。第一、二号孔作为试验孔，通过施工试验孔来验证钻孔角度、钻速、偏差纠正等设计参数，确定适用于本地质条件情况下的施工参数。
钻机调试完成后，安装管棚钢管以及有线导向仪器来进行钻孔定位，按照设计要求角度(一般入孔角度为1°,终孔角度0.5°)调整入孔方向，入孔时可以采用水平尺和导向仪互检办法精确施工角度。
管棚钢管前端安装φ130 mm楔子板合金钻头，钻孔时从上到下进行施钻，隔孔施钻，开孔时，低速低压，待入孔2.0 m后，适当加压。
角度监测。家乐福通道正下方段每钻进1 m，非正下方段每钻进3 m，必须使用导向仪器进行施工角度检查，如果发现偏转，立即采用楔形钻头进行角度纠正。
钢管连接。按设计角度完成第一根入孔钢管施工后，进行第二根钢管连接，连接时确保丝扣到位，无错台现象，可将丝扣连接缝焊接牢固。
5.2.5 管棚注浆
超前注浆浆液采用超细水泥浆，水灰比W∶C=0.8∶1.0，注浆压力为0.5 MPa～1.5 MPa，浆液配合比和注浆压力需根据现场试验进行调整。
管棚按设计角度施工合格后，端口焊接法兰盘和连接注浆管，为保证过街通道安全，打设一根后立即对管棚进行注浆。
注浆前设备调试完好和材料准备到位后，将注浆管与管棚尾端的法兰盘连接牢固，然后开始注浆，注浆压力达到1.0 MPa后停止注浆。
注浆结束标准:
1)注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10 min以上；
2)注浆结束时进浆量小于5 L/min；
3)检查孔渗水量小于0.2 L/(m·min)；
4)检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满；
5)浆液有效注入值大于设计范围。
5.2.6 管棚技术要求
1)管棚打设长度与设计长度误差不得大于200 mm；管棚进孔位置偏差±50 mm。
2)管棚倾角根据隧道坡度确定，打设成管角度偏差控制在5‰以内。
3)管棚外插角根据技术交底要求施工，外插角偏差控制在3‰以内。
4)管棚注浆压力稳定在0.5 MPa～1.0 MPa，持续时间不小于30 min。
5)管棚施工过程中要求及时进行管棚注浆，严格控制地表沉降。
6)在管棚钻进到管线位置处时必须核对钻进角度，计算并核对管棚位置偏差。
6 施工难点及解决措施
6.1 管棚打设精度控制
1)根据设计图纸和隧道坡度，确定理论施工控制标准值；
2)现场先进行试验孔施工，根据地层地质、长度等进行适应性数据采集，与理论标准角度进行对比分析；
3)使用专用有线导向仪进行角度监控。施工中每进尺3 m进行一次角度测量(关键位置可按米测量)，指导施工；
4)发现角度偏离，应立即采用楔形板进行纠偏校正，直至满足设计要求；
5)如果角度偏转过大且无法进行纠偏，应拔出管棚钢管，回填注浆该孔，待48 h后，重新施工，直至满足设计要求。
6.2 施工沉降控制
1)长管棚打设过程中，需要控制出碴和出水量，实际值不能大于理论值的1.5倍；
2)当实际出水出土量远远大于理论数值时，应采取保压施工工艺或者进行注浆预处理；
3)每根管棚施工完毕后，应及时封闭管口和四周孔壁，防止突水涌泥事故造成沉降过大；
4)一定数量管棚施工完毕后应及时注浆，保证管棚孔内充盈固结。
6.3 保压施工措施
1)保压施工条件。
a.富水砂层(粉砂、中粗)进行管棚施工钻孔，存在突水涌泥危险因素的地层；
b.围岩裂隙承压水。围岩裂隙水的流失会导致地层内形成空腔，产生负压地层损失导致施工时地表产生沉降变形。
2)富水地层施工方法。
a.注浆封闭，钻孔施工。通过孔口管侧面的卸压阀观察孔口处地层压力的具体情况,判断涌砂、涌泥的可能性。决定是否进行孔口加固注浆,注浆时用泥浆泵给地层中注入水泥浆或化学浆液,待注浆体凝固后二次重新开孔和下管；
b.单向阀控制。在管棚钻头处安装单向阀,可以正向从钻杆内通入泥浆,在不供泥浆时,单向阀自动关闭,避免地层中的水土逆向涌出,从而防止正常钻进涌水、涌泥。
3)孔口安装密封装置。
施工孔口先安装孔口管，在孔口管四周植四根钢筋，与孔口管焊接连接并加固，孔口管上安装密封装置，能够与管棚钢管紧密包裹，密封装置后方安装大球阀，可以在拔出钢管时关闭钻孔通道；管棚施工在密封装置内进行，能够有效保证地层内压力平衡和减少水土流失。
7 结语
五南区间下穿家乐福过街通道长管棚施工均达到设计长度(左线93 m 19根，右线65 m 19根)，施钻成功率达100%。通过本工程实践表明，自进式管棚具有以下优点：
1)自进式长管棚工法打设的钢管长度较大，角度通过专用导向仪精确控制管棚钢管铺设的轨迹线，精度高。
2)自进式长管棚对隧道上方岩层扰动次数少，且使用的钢管具有较高的刚性强度，而且管径相对较大，能够承载较大上部负荷，大大降低施工安全风险。
[1] 张孔晶.大管棚导向跟管钻进技术在新金华山隧道的应用[J].山西建筑，2012，38(6)：190-191.
[2] 何 倩.导向跟管钻进技术在隧道大管棚支护中的应用[J].山西建筑，2014，40(1)：178-179.
[3] 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.
[4] 崔玖江.隧道与地下工程注浆技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.
The advance support construction technology of Qingdao subway long pipe shed
Zhao Yanhui
(ChinaRailwayThirdBureauGroupLimitedCompany,Taiyuan030001,China)
Taking the long pipe shed construction of Qingdao subway No.2 line as an example, through the analysis on its engineering geological conditions, using the advance support method of self-advancing pipe shed once long hole, discussed the specific process of construction technology, and researched and discussed the existing problems and solving measures in construction, in order to ensure the safety of tunnel construction.
self-advancing pipe shed, advanced support, subway, tunnel
2015-01-29
赵艳慧(1982- )，女，助理工程师
1009-6825(2015)11-0190-03
U455.7
A
