摘  要：介绍日目前大管棚超前支护施工中存在的一些问题，提出了应用]导向跟管钻进技术进行施工的新方法，外对其它相关技术问题进行了探讨。

    关键词：超前支护 大管硼 跟管钻进 注浆       因区域地质构造和围岩工程性质的变化，隧道在掘进过程中常会遇到断层或软弱、破碎带，易引起隧道拱顶围岩失稳、漏顶等T程问题。目前，国内外 多采用大管棚工法，作为隧道洞口浅覆盖段和隧道内遇各种软弱土层时掘进的主要辅助措施。但因其 一次性施作距离较短，常需在较长隧道内预设多个 管棚工作室，施工难度较大，影响工效。为解决上述问题，经过探索和试验，设计出“导向跟管钻进法”， 进行长管棚施工，单向一次性扣。设棚管长度超过100m，并在北京地铁十号线等工程中得到成功应用。     1  大管棚的形式和应用范围     管棚是将花管(导管)安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓外排列形成钢管棚，管内注浆，有时还可加钢筋笼，并采用型钢钢架组合成预支护系统，以支承和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著效果。其特点是支护能力强，适用于含水的砂土质地层或破碎带，以及浅埋隧道或地面有重要建筑物地段。大管捌主要应用于下述大跨度的隧道部位：     (1)穿越软弱地层、破碎带；     (2)隧道出入口、浅覆盖地带；     (3)下穿河床、湖底或海底；     (4)下穿高速公路、铁路及各种建筑物地基；     (5)城市地下轨道交通如地铁的车站等。     2大管棚施工常规方法和存在的问题     大管棚施工的一般方法为：使用地质钻机在隧道掘进前于其拱顶区域，按设计孔数、间距和深度钻探水平孔，埋设管壁预钻有孔眼的钢管，并注入水泥浆以提高钢管的刚度和加固土体，使隧道拱顶预先形成一伞状管棚。此结构本身具抗弯、抗剪性能，可有效承载上覆局部松软土体的荷载，且使被加固土体的抗剪强度有较大幅度的提高，从而在隧道掘进而拱顶永久支护结构未及施工或发挥作用时，提供上覆土体所需的支撑力，起到一度卒间支护作用，减小或消除因隧道掘进引起的地面沉降和临近管线的变形，确保隧道安全掘进，并和其后施作的隧道拱顶形成同一整体结构。     目前大管棚超前支护施工中存在的问题，主要有以下几个方面：     (1)符棚施作精度较低，施工过程中常需要一初始外插角，然后“盲打”；     (2)施r距离较短，工效较低，支护效：果较差；     (3)隧道中问常不便进行大管棚的施工，因预没管棚工作窜较刚难；     (4)}目前在设计方面常只能作定性说明，而不能确定大管的具体参数；     (5)在管棚打没过程中获取的经验数据，大多没有进入有天隧道施工规程中。     针对J-述问题，经过探索、试验并吸取以往工程经验，研究m一套较完善的大管棚施工方法。      3  导向跟管钻进打设管棚方法      3.1  导向跟管钻进原理     导向跟管钻进是借鉴水平定向钻进技术发展而来。水平定向钻进是非开挖管线施工的一种方法，要旨在：钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向，据此确定钻进轨迹同设计轨迹的差异，利用能进行方向涮节的导向钻头(一般软土层中用楔型钻头)改变钻进方位，从而按设计轨迹钻通铺管孔道，其后再经扩孔、拉管等工序，完成地下管线的铺设。导向钻头构造示意图如图2所示如下：     导向钻头内装有特制的定位传感器，传感器通过信号线穿过钻杆连接孔外的显示器。显示器显示导向钻头的倾角和面向角(显示器上有一角度指示钟，导向板斜面朝下时为12点)。导向钻头钻进角度如果偏下，可以把导向钻头调到12点，即导向板斜面朝下，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大，受到一个向上的托力，导向钻头轨迹就会朝上运移。，同理，在6点时纠偏可以使钻头钻进轨迹朝下，9点、3点时分别为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机匀速旋转钻进，导向钻头的钻进轨迹是平直的。www.tmgc8.com     3.2 施工方法     管棚施工中，用棚管代替钻杆，其最前端加装如上所述的导向钻头，后续棚管之间采用丝扣进行连接，利用水平定向钻机将棚管依次打人土体中。在钻进过程中，依据导向钻头内置的定位传感器传出的角度信号，对钻进角度进行调节，使棚管按设计轨迹钻进。当棚管打进至设计深度后，撤回定位传感器，随后立即向管内注浆。同传统大管棚施工方法相比，导向跟管钻进方法有如下优点：     (1)能有效控制棚管打设方向，精度高，外插角可预定为0。；     (2)管棚施作距离长，T效高，一次性施作可超过100m；     (3)将钢管作钻杆直接打入，不扩大孔位，注浆后地面沉降接近零；     (4)孔底注浆，孔口返浆，必要时封口注浆，可吲化管外土体；     (5)能按特殊要求的轨迹钻进，在隧道内打设管棚无需预设管棚工作室。     4  工程实例     4.1  工程概况        北京地铁十号线花园东路车站隧道，暗挖主体结构呈东西走向穿过北太平庄路北端路面，临近管线较复杂，有电力管道等，且电力管道距离开挖线只有300mm。管棚施工所处地层为粉质粘土，硬塑为、主，局部软塑，地下水类型为潜水。原设计的超前支护大管棚是由东、西两端对打，在车站中部地下搭接，每端打设长度约47m。鉴于西端已开挖、东端尚未动工的状况，我们采取有线导向跟管钻进法，由西端向东端一次性打设通长管棚，管棚施作长度约92m。由于中部不搭接，避免了中部棚管向上“高挑”的缺陷。棚管采用Φ159热轧无缝钢管，壁厚8mm，间距400mm，设于拱部，沿开挖轮廓线外缘布置，棚管外插角均为0.1度，管内灌注水泥浆。经后期隧道开挖显示，管棚施工质量合格。管棚端面如图3所示。     4.2 施工机具设备及方法     4.2.1 施工准备     (1)管棚制作：大管棚采用2～3m的管节，钢管上钻中10mm孔，间距为500mm，十字对打状布置。     (2)破除孔位喷射砼：按测量放线点标示大管 棚孔位，孔位混凝土按隔一个破除一个。待这批大 管棚完成施工后，再破除其余孔位混凝土。     (3)移动钻机至钻孔部位，调整钻机高度，将钻具放人导向孔中，使导向孔、钻机立轴和钻杆在一条直线上，并用仪器量测这一条直线的角度(一般使用地质罗盘或使用悬吊式量角器)。亦可使用经纬仪标定角度及方位。     4.2.2 钻孔     跟管钻进采用单动双管回转钻进工艺，具体施工钻具：外管由注浆套管与主动钻杆组合，内管由小钻头与主动钻杆共同组合而成。钻进过程碴土由内外管环空问隙通过复合接头处排除，当钻进进尺缓慢，套管内充填碴土较多排除不完全时，用内管钻具回转钻进排除套管内的碴土，完毕后接上外管钻具重新回转钻进，注浆套管用电焊机焊接牢靠，防止因钻具扭矩过大丝扣产生滑丝而脱扣现象，导致后续套管再无法接上。如此循环钻进直至注浆套管下至设计深度，退出内管钻具即可。     4.2.3  孔口密封     (1)用带连接注浆管的钢板与管棚钢管焊接牢 固(注浆连接管可采用阀接式；亦可采用插接绑扎式，但绑扎必须牢固，以防注浆压力较大时崩脱)。     (2)将管棚钢管与钻孔环形空间用于硬砼料封堵密实，封堵环形空问前必须用压力风将孔口部位砼墙面上的泥土及浮尘清理=i二净。     4.2.4  注浆     (1)由于采用间隔施工大管棚，为了避免先期注浆结石影响后期成孔(主要是渗入地层中的水泥结石极易造成钻孔偏斜，诱发孔内事故)，大管棚第一次注浆压力不宜过大，待周围管棚施工完成后加大注浆压力再次注浆。     (2)为了确保注浆质量，首先应向孔内压注水灰比     为l的浆液，注浆压力控制在0.2～0.4MPa，注浆量控制在1.5～2.0倍理论裸孔容积，然后向孔内压注水灰比0.6的水泥浆，当压力达到0．6MI)a并稳定后停止注浆。www.tmgc8.com     4.3 施工效果及评价     为了检查管棚支护技术的施工效果，保证车站施工安全，在管棚和注浆孔施工结束后，必须施工检查孔，对施工效果进行检查。检查孔沿车站掘进方向自中部向上左右两帮各施工一个。从取心钻探结果看，取出的岩芯如实反映了各土层的加同情况，水泥浆液扩散凝固效果较好，钻孔在取芯检查深度范围内出水甚微，满足预期设计要求。车站施工后地表沉降较小，拱顶沉降较小，都在允许范围之内。渗漏水不明显。管棚排列较整齐，施ff精度较高。     5 结  论     实践证明，导向跟管钻进技术对打设大管棚是有效的，但具体施工_丁艺仍需进一步完善。今后要重点在以下几个方面做改进工作：     (1)定量计算，确定各种具体条件下的大管棚设计参数，如管径、间距、长度、注浆量和压力等；     (2)加强数控导向管棚钻机的研制，以提高工效；     (3)土质为可塑状态时，可以试用无缝钢管代替直缝焊管，壁厚也可适当减小，材料成本可降低，且仍能满足管棚设计强度要求。     (4)不能将管棚施工单纯地看作一种隧道施工  的超前支护手段，而应作为超前支护、超前探测和施工监测的综合手段，形成新的管棚设汁与施工理念。   黄昌富 （1、  北京科技大学   2．中铁十六局集网有限公司） 《岩土工程界》2007年第1期
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