王強(qiáng)

【摘 要】管棚技術(shù)又在暗挖施工中對于在軟巖隧道施工中穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層，涌水、涌砂層發(fā)揮了重要作用。由于預(yù)埋超前管棚做頂板及側(cè)壁支撐作用.為后續(xù)的隧道開挖奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，

【關(guān)鍵詞】管棚施工；管棚技術(shù)；水平鉆機(jī)；應(yīng)用前景；風(fēng)道；地下工程施工；地下管線

自1863年倫敦建成世界上第一條地鐵以來，到1990年世界上已有30多個(gè)國家和地區(qū)的100余座城市建成地鐵并投入了使用。幾乎世界著名的城市如倫敦、紐約、柏林、巴黎、莫斯科、東京、新加坡、香港等都先后建成并形成地鐵網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著改革開放形勢的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，地鐵在我國有著美好的發(fā)展前景。我國地鐵建設(shè)起步較晚，但隨著改革開放和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也日益得到重視。

地鐵暗挖車站施工技術(shù)是一項(xiàng)新發(fā)展的技術(shù)，地下鐵道車站常用方法多為明挖法、蓋挖法，受特殊環(huán)境限制方采用暗挖法施作，暗挖車站施工技術(shù)更為復(fù)雜而管棚技術(shù)又在暗挖施工中對于在軟巖隧道施工中穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層，涌水、涌砂層發(fā)揮了重要作用。由于預(yù)埋超前管棚做頂板及側(cè)壁支撐作用.為后續(xù)的隧道開挖奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，且施工快、安全性高、工期短.被認(rèn)為是隧道施工中解決冒項(xiàng)的最有效最合理的施工方法。下面就從以下幾個(gè)方面來闡述具體地鐵施工中的管棚技術(shù)。

管棚法被用于城市地下鐵道的暗挖施工，在建筑物密集、交通繁忙的城市中心地區(qū).采用明挖法施工地下工程必須拆遷大量的地層管網(wǎng)和地面建筑物，隨著人們對環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高及政府對環(huán)保的日益重視，承包商們不得不放棄既影響交通又不利于環(huán)境保護(hù)的明挖法而改用暗挖施工法，管棚法作為一種重要的暗挖施工法在日本、美國及歐洲各國被廣泛采用。

管棚鉆機(jī)是管棚法施工技術(shù)中最關(guān)鍵的設(shè)備，它的作用是沿著隧道斷面外輪廓超前鉆進(jìn)并安設(shè)管棚。最早的管棚法施工采用的是普通水平鉆機(jī).隨著管棚法大量應(yīng)用.專用管棚鉆機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。世界上最早推出管棚鉆機(jī)的是意大力RODIO公司的管棚鉆機(jī)。隨著一些著名的制造商也相繼推出了專用的管棚鉆機(jī).如意大利的CASAGRANDE公司、SOILMEC公司、PUNTEL公司、美國INGERSOLL.RAND公司等。目前用于管棚施工的鉆機(jī)分為坑道鉆機(jī)、定（導(dǎo)）向鉆機(jī)、水平鉆機(jī)、夯管錘及專用管棚鉆機(jī) 長隧道最好選用專用管棚鉆機(jī).短隧道如地下立交、地下過街道可考慮用其它類型的鉆機(jī)。世界上雖長的大口徑長管棚是日本八戶市一段公路隧道施工采用的管棚，全長180m，全部采用長管棚施工， 從隧道兩端設(shè)立了管棚推進(jìn)基地各推進(jìn)90m，水平鉆機(jī)安設(shè)管棚。 中國地質(zhì)裝備總公司1987年開始研制開發(fā)專用管棚鉆機(jī)，1989年北京西單地鐵車站的承建商鐵道部第十六工程局在采購管棚法施工設(shè)備時(shí)，中國地質(zhì)裝各總公司開發(fā)研制的土星鉆機(jī)以鉆孔精度高及價(jià)格低而中標(biāo)，并在舉世矚目的北京西單地鐵車站暗挖工程中獲得成功的應(yīng)用，鐵道部第十六工程局先后購買了8臺(tái)士星管柵鉆機(jī) 在工程實(shí)踐中，中國地質(zhì)裝備公司先后開發(fā)了5個(gè)品種的鉆機(jī)并形成系列產(chǎn)品。管棚鉆機(jī)廣泛適用于水電、冶金、公路、建材、國防等施工單位，適用于中硬及硬巖中的鑿巖工作，更適用于穿鑿預(yù)裂爆破及水平、階梯式爆破深孔，尤其對開邊坡預(yù)裂孔及預(yù)應(yīng)力錨索鉆機(jī)更有其獨(dú)到之處。

一、技術(shù)準(zhǔn)備

（一）測量放線

施工前熟悉設(shè)計(jì)圖紙并按設(shè)計(jì)進(jìn)行管棚輪廓線位置放樣，測量人員對孔位進(jìn)行布置，孔口管的埋設(shè)，其方位角、仰角，外留長度、埋設(shè)長度須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)執(zhí)行。架立鉆機(jī)時(shí)用羅盤、掛線相結(jié)合的方法，確保鉆機(jī)軸線與管棚設(shè)計(jì)軸線相吻合，管棚中心定位經(jīng)質(zhì)檢工程師和監(jiān)理工程師檢查合格后方可進(jìn)行鉆孔。

（二）鉆孔導(dǎo)向

為了保證管棚鉆進(jìn)精度，擬采用高精度導(dǎo)向儀，用有線和無線相結(jié)合的導(dǎo)向方法，隨時(shí)監(jiān)控鉆進(jìn)方向，隨時(shí)監(jiān)控鉆進(jìn)方向，保證有效控制偏斜，其鋪設(shè)精度為70米±30cm，即70米長度上下左右偏差不超過30cm。

（三）機(jī)具準(zhǔn)備

進(jìn)場場機(jī)具主要有水平鉆機(jī)、空壓機(jī)、風(fēng)鎬、泥漿泵、砂漿泵、泥漿攪拌機(jī)、水平導(dǎo)向系統(tǒng)、電焊機(jī)等

二、主要施工方法和措施

本工程設(shè)計(jì)管棚長度為70m，管棚選用φ159的熱軋無縫鋼管，t=8mm，環(huán)向間距400mm，鋼管間采用絲扣連接，每段長度3-6m。根據(jù)本工程的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、施工場區(qū)環(huán)境等具體情況，為防止鉆進(jìn)中地下水及泥沙涌出，確保管棚打設(shè)工程質(zhì)量，并依據(jù)我單位在非開挖定向鋪管方面的施工經(jīng)驗(yàn)，決定選用孔口設(shè)密封裝置，“一次性導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法”，即成孔和打設(shè)支護(hù)管一次完成。采用ф159×8mm管做鉆具，楔形導(dǎo)向鉆頭，焊在管棚前端，一次性使用。鉆頭內(nèi)放置導(dǎo)向探頭（含回取裝置）、固定單向閥的導(dǎo)向?qū)Ｓ勉@頭，采用泥漿護(hù)壁，利用有線導(dǎo)向儀監(jiān)控，隨鉆進(jìn)加尺（方位、角度發(fā)生變化時(shí)，隨時(shí)進(jìn)行修正），將支護(hù)管依次打入。同時(shí)將支護(hù)管接口焊接嚴(yán)密，直至達(dá)到設(shè)計(jì)長度（施工工藝流程見圖2）。主要施工程序如下：

（一）操作平臺(tái)搭設(shè)

平臺(tái)搭設(shè)前須夯實(shí)地基，以保證鉆進(jìn)過程中操作系統(tǒng)的穩(wěn)定及鉆進(jìn)精度。鉆機(jī)平臺(tái)采用枕木搭建，平臺(tái)滿鋪松木板，根據(jù)管棚孔的位置，分層調(diào)整鉆機(jī)平臺(tái)。鉆機(jī)平臺(tái)搭設(shè)好以后進(jìn)行鉆孔，鉆孔順序由高孔位向低孔位進(jìn)行， 可縮短移動(dòng)鉆機(jī)與搭設(shè)平臺(tái)時(shí)間，便于鉆機(jī)定位、定向。見圖3操作平臺(tái)布置圖。

（二）管位鑿孔

在設(shè)計(jì)管棚孔位放線定位后，人工鑿除基坑圍巖孔位，遇圍護(hù)樁位管棚采用樁身鉆孔取芯，芯孔直徑約200mm。根據(jù)管棚設(shè)計(jì)長度及該段地質(zhì)情況，管棚打設(shè)外插角為0.30-0.50，并按設(shè)計(jì)初支外弧線外放30cm（即管棚中心點(diǎn)距初支外弧線距離）?？孜昏彸獪?zhǔn)確，打設(shè)時(shí)與圍巖封閉密實(shí)。

（三）鉆機(jī)就位

1.準(zhǔn)備工作

（1）檢查設(shè)備是否有缺件，好壞程度。電機(jī)、鉆機(jī)、泵等測試運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，所有部件是否完好；液壓系統(tǒng)是否通暢，密封完好度，液壓油泄漏狀況。

（2）檢查所有焊接部位是否有開焊，各種部件是否有變形，有則進(jìn)行更換。

（3）鉆具組裝

①鉆頭楔掌板旋轉(zhuǎn)直徑Φ≤115mm，楔型面與鉆具（鉆桿）交角≤20°；

②水眼直徑Φ為8-10mm；

③鉆具前部的導(dǎo)向鉆頭，探棒必須經(jīng)檢驗(yàn)，保證質(zhì)量合格，性能可靠，安裝齊全；

④探頭盒后部加裝燈光以備隨時(shí)測斜之用。

（四）鉆機(jī)設(shè)備組裝

設(shè)備組裝順序?yàn)椋轰搲|板固定→H型鋼軌擺正找平→下行車組裝→軌道焊接→下節(jié)立柱安裝→第一層角鋼→第二層槽鋼→鎖緊斜拉筋→4柱對角找方→擺放工作臺(tái)板→水平鉆機(jī)安裝→電器安裝→前后絲杠、頂杠安裝→試運(yùn)轉(zhuǎn)。

（五）鉆機(jī)定位

進(jìn)鉆前，用經(jīng)緯儀以坐標(biāo)法在掌子面標(biāo)定管棚孔位。鉆孔方位要求與線路中線平行，必須精確核定鉆機(jī)位置。架立鉆機(jī)時(shí)用精密陀螺儀檢測、經(jīng)緯儀、掛線相結(jié)合的方法，確保鉆機(jī)軸線與管棚設(shè)計(jì)線相吻合。鉆機(jī)定位時(shí)，根據(jù)鉆孔深度鉆桿軸線與管棚軸線有一定數(shù)值的仰角，以抵消鉆深后鉆桿自重增加所產(chǎn)生的下垂。

（六）鉆孔、管棚跟進(jìn)

（1）管棚加工及連接

管棚材料應(yīng)順直，進(jìn)場后報(bào)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)，材質(zhì)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。檢驗(yàn)合格后采取在現(xiàn)場分節(jié)加工，每節(jié)鋼管長度為3.0-6m，鋼管間采用絲扣連接，絲扣長度為60mm，管箍長200mm，并均采用厚壁鋼管制作。鋼管每間隔30cm布置一孔眼，梅花形錯(cuò)開，孔眼直徑為Φ10mm。

（2）鉆進(jìn)

由于采用跟管鉆進(jìn)法，鋼管安裝和鉆機(jī)進(jìn)尺是同一過程。鉆頭采用與鉆管等徑的楔型鉆頭，楔板回轉(zhuǎn)半徑略大于鉆管半徑，鉆頭前端有Φ8-10mm的水眼，當(dāng)鉆頭正?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)鉆管沿直線前進(jìn)。水平鉆進(jìn)中受鉆具自重影響，鉆具前部產(chǎn)生下垂現(xiàn)象，鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生右旋力，造成鉆孔偏斜。因此確定開孔角度時(shí)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)孔成果，需要給開孔方位角與垂直角以合理的糾偏值，并根據(jù)已成孔測斜結(jié)果隨時(shí)予以調(diào)整糾偏角度。

開孔方位=線路走向+鉆孔放射角水平分量+水平糾偏角

開孔仰角=鉆孔放射角垂直分量+鉆進(jìn)糾偏垂直角

注：計(jì)算中應(yīng)將線路坡度考慮在內(nèi)。

用Φ8mm的鋼絲繩將探頭盒取出，取出時(shí)應(yīng)每10米測量一次孔斜情況；單孔打設(shè)驗(yàn)收合格后，通過管內(nèi)壓注水泥漿，對管內(nèi)及管外環(huán)狀間隙進(jìn)行充填。

在一般地層中，同徑管一次性跟管鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)掌握以下原則：中小水量、低轉(zhuǎn)速、中低壓力、均勻給進(jìn)。一般鉆壓800-1600kg；轉(zhuǎn)速30～60轉(zhuǎn)/min（砂層取其低值，粘性土取其高值最高≤100轉(zhuǎn)/min），泵量30-100升/min。水平鉆進(jìn)，粗碎屑易在鉆具底部沉淀，造成鉆孔上仰或左右偏斜。因此鉆進(jìn)中注意：

①加強(qiáng)沖洗液質(zhì)量管理；

②合理控制泵壓、泵量，以保證鉆進(jìn)碎屑在強(qiáng)懸浮力的作用下部分帶出孔外；

③根據(jù)不同地層，調(diào)整和控制好鉆壓、轉(zhuǎn)速，保持適度勻速給進(jìn)。

④時(shí)刻掌握導(dǎo)向探頭返回?cái)?shù)據(jù)，及時(shí)糾偏鉆進(jìn)角度。

沖洗液循環(huán)系統(tǒng)工藝流程：

①?zèng)_洗液循環(huán)系統(tǒng)：

沖洗液制備→儲(chǔ)漿池（箱）→泥漿泵→高壓管→送水器→鉆具→管外環(huán)狀間隙→孔口回水閥門→回漿管（溝）→沉淀池（箱）→儲(chǔ)漿池（箱）。

②排放污水系統(tǒng)：

基坑邊污水沉淀池及排水溝管→坑底污水池挖砌→潛污泵安置→鋪設(shè)排污水管路→電路連接→試運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、質(zhì)量保證及應(yīng)急措施

（1）為了保證管棚鉆進(jìn)質(zhì)量，采取跳孔鉆進(jìn)，鉆孔由高孔位向低孔位進(jìn)行開孔孔位偏差≤±50mm，若須移位，應(yīng)調(diào)整開孔角度進(jìn)行回歸；開孔孔位距隧道開挖線設(shè)計(jì)為300mm，不允許向內(nèi)偏斜。管棚的偏斜應(yīng)控制在5‰以內(nèi)，終端最大控制間距為300mm。

（2）施工前測量人員須校對布置好的孔位，孔口管埋設(shè)的方位角、仰角，外留長度、埋設(shè)長度須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)執(zhí)行，開鉆后鉆孔角度須復(fù)測。

（3）孔口管回水管焊接牢固，在插入孔內(nèi)部分的孔口管麻片纏繞要均勻密實(shí)。厚度適度，須保證用大錘能將孔口管貫入孔內(nèi)?？卓诠馨惭b好密封盒后，檢查是否平直，必須保證角度準(zhǔn)確。

（4）鉆機(jī)定位要穩(wěn)固，鉆具安裝好后，做到與孔口密封裝置同心，保證密封效果。鉆機(jī)定位后，根據(jù)管位高度，將給進(jìn)架吊至誤差50mm范圍內(nèi)，用儀器精確測定其仰角和方位角，通過前后微調(diào)進(jìn)行調(diào)整，給進(jìn)架卡瓦固定后進(jìn)行復(fù)測，以確保施工質(zhì)量。

（5）鉆進(jìn)前須先開泵，待循環(huán)正常后方可啟動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)。為防水土流失，控制沉降，應(yīng)通過回水閥門嚴(yán)格控制回水量，始終保持回水量小于或等于進(jìn)水量。

（6）鉆進(jìn)時(shí)泵壓控制在1.2Mpa以上，泵量為50～100L/min為宜。隨著不斷地鉆進(jìn)，結(jié)合地質(zhì)情況的變化，對技術(shù)參數(shù)不斷地適時(shí)調(diào)整。鉆孔出現(xiàn)涌水時(shí)，盡量保持泵壓，泵量不能變小，以便平衡孔內(nèi)壓力。

（7）沖洗液參數(shù)的調(diào)整要結(jié)合地層變化、孔內(nèi)情況進(jìn)行確定。沖洗液循環(huán)不正常時(shí)，嚴(yán)禁繼續(xù)鉆進(jìn)。

（8）導(dǎo)向技術(shù)人員隨著不斷鉆進(jìn)，必須時(shí)刻觀察探頭角度變化情況， 角度偏差大于0.3°時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾偏。當(dāng)糾偏無效、偏差大于0.6°時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，及時(shí)報(bào)告現(xiàn)場值班技術(shù)員，研究對策后再施工。

（9）鉆孔合格后及時(shí)安裝鋼管，其接長時(shí)連接必須牢固。注漿漿液必須充滿鋼管，注漿量和壓力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

（10）施工前應(yīng)對施工影響范圍內(nèi)和管線進(jìn)行探測，核對管線資料，最大埋深，根據(jù)調(diào)查結(jié)果做出相應(yīng)防范措施。

（11）鉆進(jìn)中出現(xiàn)地下水泥沙涌出時(shí)：

①壓緊密封裝置的壓蘭；適當(dāng)改小泵送水量；

②如發(fā)現(xiàn)地下水壓力太大，可迅速加固孔口管；增加漲管螺栓和爪片數(shù)量，以便加固孔口管，防止孔口管外移。

四、質(zhì)量驗(yàn)收和標(biāo)準(zhǔn)

（一）材料質(zhì)量驗(yàn)收

鋼管、水泥等材料符合設(shè)計(jì)及規(guī)范規(guī)定，并附有產(chǎn)品合格證、出廠檢驗(yàn)報(bào)告和進(jìn)場復(fù)試報(bào)告，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行施工。

（二）質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（1）施工資料齊全，符合《市政基礎(chǔ)設(shè)施工程資料管理規(guī)程》（DBJ01-71-2003）要求。

（2）施工質(zhì)量符合軌道交通《車站工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（QGD-006-2005）、《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB50299-1999）及其他相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

（三）施工允許偏差和檢查方法

按施工工藝程序，每道施工程序及其主控項(xiàng)目和一般項(xiàng)目的驗(yàn)收結(jié)果均應(yīng)符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范的規(guī)定。主要施工項(xiàng)目允許偏差及檢查方法如表1所示。

主要施工允許偏差表 表1

五、文明安全施工要求

（一）文明施工要求

（1）嚴(yán)格要求全體施工人員對文明施工的重要意義必須有充分的認(rèn)知，使之成為每個(gè)人的自覺行為，施工現(xiàn)場符合北京市文明施工標(biāo)準(zhǔn)化要求。

（2）材料堆碼整齊，交錯(cuò)疊放高度不得超過1.5米，做到橫成排、豎成行。機(jī)械設(shè)備、材料、物資的搬運(yùn)、裝卸時(shí)應(yīng)保證周圍施工設(shè)施。

（3）導(dǎo)管和管棚安裝前應(yīng)將工作面封閉嚴(yán)密、牢固，清理干凈。對鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生廢漿和涌出的地下水，應(yīng)及時(shí)排出，泥砂按時(shí)清理，并運(yùn)卸到指定地點(diǎn)。

（4）沖洗液池、沉淀池、排水溝應(yīng)合理布局；泥漿泵、配電柜須架空高度應(yīng)大于0.60m。

（5）超過噪音限度的施工作業(yè)，必須控制，如切割機(jī)、刨木機(jī)等；加強(qiáng)現(xiàn)場防火教育，落實(shí)消防措施，配備足夠的滅火器材。

（6）加強(qiáng)文明施工管理，愛護(hù)施工機(jī)具和材料，減少浪費(fèi)。

（二）安全措施

（1）墊高鉆機(jī)所使用的木板一定要穩(wěn)固，防止產(chǎn)生沉降、位移及塌落。

（2）電器設(shè)備、電纜、電線必須有漏電保護(hù)、防水保護(hù)。

（3）照明設(shè)備以保證各工種正常生產(chǎn)、安全生產(chǎn)為原則，燈具布局合理，盡量減少來回拉拽電線、移動(dòng)照明燈為宜。

（4）施工中使用的電力線（注意有否老化，漏電現(xiàn)象）、風(fēng)管線、水管線要布置整齊，有條理。

（5）施鉆時(shí)，按機(jī)械操作規(guī)程操作，嚴(yán)防機(jī)械傷人。

（6）注漿前嚴(yán)格檢查機(jī)具、管路及接頭處的牢靠程度，以防壓力過大爆炸傷人。

（7）要注意及時(shí)排水，防止作業(yè)面泥濘。

（8）鋼管內(nèi)注漿時(shí)，操作人員必須帶好口罩、眼鏡及膠手套。

（9）必須具備良好的照明條件。

（10）實(shí)時(shí)注意掌子面的情況，防止注漿壓力過大掌子面開裂