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摘要:广州市科翔路电力隧道工程接近乌涌附近地质条件比较复杂。在施工过程中由于地下有直径为2.5m的污水管道以及大量的通讯光缆及其他管线无法采用明挖方法施工，本文主要介绍了长管棚超前支护施工技术进行地下暗挖，总结了成功的施工实践。
关键词:长管棚 超前支护地下暗挖
Abstract: Guangzhou Kexiang electric tunnel project near the Ukrainian Chung near the complicated geologic condition. In the process of construction with diameter of 2.5m due to underground sewage pipes and a large number of communications cable and other pipeline cannot by open excavation construction method, this paper introduces the long pipe shed advanced support construction technology for underground excavation, summarizes the successful practice.
Key words: long Guan Peng, pre-support, underground excavation
中图分类号：TD353文献标识码：A文章编码：
1 工程概况
1.1地理位置
科翔路电力电缆隧道工程位于科翔路与乌涌交接处，本隧道要在直径2.5m污水管道下穿越、污水管道上面有大量光缆 及电缆。
1.2地质情况
①-1层粘性素填土:该层厚度1.00～6.50m，平均3.05m。
①-4层压实中粗砂填土：棕色,稍湿-饱和,松散,主要由中粗砂组成,混粘性土约10%左右。厚度1.50～4.80m，实测标贯击数7.0～9.0击，平均7.6击。
②-2层粉质粘土：棕黄色,灰黄色,局部灰绿色，可塑,较匀质。厚度0.50～8.00m，平均3.23m；层顶埋深1.20～16.20 m，平均5.26m；层顶标高10.91～27.210m，平均21.89m。
②-2A层中砂: 棕黄色,饱和,稍密,含少量粘粒。厚度1.60～5.10m，平均3.10m；层顶埋深3.50～4.20m，平均3.73m；层顶标高22.37～27.24m，平均23.78m。该层进行标贯试验4次，实测标贯击数10.0 ～11.0击，平均10.8击。
②-4层中粗砂：棕黄色,浅灰色,饱和,稍密-中密,混少量角砾,含少量粘粒。厚度1.00～17.90m，平均7.55m；层顶埋深1.50～15.60m，平均8.36m；层顶标高10.37～28.38m，平均19.85m。该层进行标贯试验82次，实测标贯击数10.0～26.0击，平均16.1击。
1.3管棚超前支护施工技术
该段暗挖隧道穿越地层为Ⅰ类，Ⅱ类围岩，覆土厚度约5m左右，Ⅰ类，Ⅱ类围岩具有“高压缩性、高灵敏度、低强度”的特点，极易产生蠕动现象，开挖后自稳能力极差，易坍塌，地面沉降难以控制，严重时可能发生涌水、涌砂现象，使施工无法进行。针对这种软弱地层，施工中采用了25.3米长大管棚超前预支护，管棚间距为0.4m,施工时设6m长的管棚
工作室；注浆采用HC-T凝结时间可调注浆材料或水泥-水玻璃双液浆。
2、施工工艺及操作要点
大管棚施工工艺流程详见下图7-2。
图7-2大管棚施工工艺流程
2 .1开挖管棚工作室
2.2 管棚工作室长6m，跨度约为5.15m,在软弱围岩中开挖,必须及时施作初期支护。为便于架设钻机,安设钢管，工作室应挖至区间隧道开挖轮廓线以外0.8m。
2.3 导向管是控制成孔方向使其不发生偏斜的主要手段，导向管长度不小于2.0m，采用ф127mm钢管加工，经精确测量后焊接在钢拱架上并喷混凝土固定。
2.4由于I类，Ⅱ类围岩段隧道长度为25.3m，根据现有水平孔钻进技术条件，隧道一次施作管棚。注浆后进行隧道掘进。
3、搭设平台、安装钻机、测定孔位
3.1 钻机平台采用枕木搭建，平台满铺松木板。根据管棚孔的位置，分层加高钻机平台。钻机平台搭设好以后进行钻孔。
3.2 安装钻机。进钻前，以坐标法在掌子面标定管棚孔位。钻机平台要稳固，钻机要安装牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、移动而影响钻孔质量。
3.3 钻机定位。钻孔方位要求根据线路中线与管棚工作室的位置确定，必须精确核定钻机位置。架立钻机时用全站仪和挂线相配合的方法，确保钻机轴线与管棚设计轴线相吻合。
4、管棚孔钻进
4.1管棚孔开孔：开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联接是否紧密。由于考虑到钻孔时钻具下沉，必须计算管棚打设的仰角及外插角，在架好钻机、调整好孔位的水平偏角及仰角后，开始下步工序。
4.2管棚孔钻进
a.为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键。钻进前10～20m时，要反复校核钻杆方向，调整钻机位置，并用全站仪及挂线检测偏斜无问题后方可继续钻进。
b.管棚管下入孔内前要先配管，保证管棚管的同心度。
c.加接钻杆和钢套管：当跟管钻进至钢套末端导向墙孔口约30cm时停钻，然后钻机反转收偏退钻、卸杆，动力头后退至末端加接钻杆或钢套管，此时应先拧紧钻杆，然后再拧紧联接套管。
5、注浆：
注浆参数的选择：
注浆扩散半径：0.3～0.4m；
注浆速度：30～50L／min；
凝结时间：30～5；
注浆终压：0.7～1.5MPa；
W／C：1：1；
HC-T凝结时间可调注浆材料
或水玻璃：波美度40，模数2.6
水泥浆：水玻璃（体积比）：1：1
平均单孔注浆量：
Q=3.14×R2×L×v×η×n
=3.14×0.32×25.3×0.5×1.25×0.6
=2.68(m3)
式中：Q:单孔注浆量（m3）
L:注浆段长（m），取25.3m；
R:浆液扩散半径（m）取0.3m；
v:注浆段土层孔隙率，取0.5m；
η:浆液损失率，取1.25；
n:浆液有效填充率，取0.6；
5.1 采用上述设计参数配制浆液。
5.2 注浆采用分段后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备由出气管与进浆管，由阀门来控制开关。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。
5.3关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。
5.4注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10分钟，才结束注浆。
5.5 注浆结束标准及效果检查。
5.6单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80％，或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。
5.7全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象。
5.8注浆效果检查：采用分析法，注(压)水试验，开挖取样等方法进行。
5.9达不到结束标准，应补充重新注浆直到满足要求为止。
6、设备材料及人员组织
設备材料有：MK—5型工程水平钻机两台，BW—150型注浆泵两台，UBJ-3型注浆泵一台，自制搅浆机一台，250型搅拌机一台，盛浆桶两个，空压机一台，HC-T 凝结时间可调注浆材料、普通硅酸盐水泥、40波美度的水玻璃及带有套丝的Φ108×6mm钢管若干，方木、钢扒钉、塑料管、木板、注浆管、三通管若干。
人员组织：可分两个工班进行作业，每工班15人。其中：施工指挥1人，施工技术指导1人，测量工1人（负责布孔、定位、量测），工人8人（负责破孔、移动钻机、装卸钻杆、安装钢管、拌浆注浆等），电焊工1人，钻机司机2人，材料调度1人。
地下暗挖
暗挖通道管线布置
详见下图。
图4-2暗挖通道管线布置图
短台阶隧道开挖支护工法说明
暗挖隧道在施工中采用短台阶工法开挖。
图7－1 短台阶工法开挖支护施工工序示意图
首先开挖上台阶土体，初喷砼封闭，架设钢架，设置锁脚锚管及临时支撑，喷锚支护，上台阶实现封闭，上台阶掘进3~5m后，开挖支护下台阶，实现全断面初支封闭；随着通道初支封闭，根据监测通道收敛变形的数据，在初支变形稳定后及时施工隧道二衬。台阶法施工顺序如表7－2。
表7－2台阶法施工步骤表
主要的施工技术说明
暗挖通道部分施工的主要施工技术有长管棚超前支护施工技术、注浆加固施工技术、初期支护施工技术、二次衬砌施工技术。初期支护和二次衬砌联合作用，作为隧道永久支护结构。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:长管棚 超前支护地下暗挖
Abstract: Guangzhou Kexiang electric tunnel project near the Ukrainian Chung near the complicated geologic condition. In the process of construction with diameter of 2.5m due to underground sewage pipes and a large number of communications cable and other pipeline cannot by open excavation construction method, this paper introduces the long pipe shed advanced support construction technology for underground excavation, summarizes the successful practice.
Key words: long Guan Peng, pre-support, underground excavation
中图分类号：TD353文献标识码：A文章编码：
1 工程概况
1.1地理位置
科翔路电力电缆隧道工程位于科翔路与乌涌交接处，本隧道要在直径2.5m污水管道下穿越、污水管道上面有大量光缆 及电缆。
1.2地质情况
①-1层粘性素填土:该层厚度1.00～6.50m，平均3.05m。
①-4层压实中粗砂填土：棕色,稍湿-饱和,松散,主要由中粗砂组成,混粘性土约10%左右。厚度1.50～4.80m，实测标贯击数7.0～9.0击，平均7.6击。
②-2层粉质粘土：棕黄色,灰黄色,局部灰绿色，可塑,较匀质。厚度0.50～8.00m，平均3.23m；层顶埋深1.20～16.20 m，平均5.26m；层顶标高10.91～27.210m，平均21.89m。
②-2A层中砂: 棕黄色,饱和,稍密,含少量粘粒。厚度1.60～5.10m，平均3.10m；层顶埋深3.50～4.20m，平均3.73m；层顶标高22.37～27.24m，平均23.78m。该层进行标贯试验4次，实测标贯击数10.0 ～11.0击，平均10.8击。
②-4层中粗砂：棕黄色,浅灰色,饱和,稍密-中密,混少量角砾,含少量粘粒。厚度1.00～17.90m，平均7.55m；层顶埋深1.50～15.60m，平均8.36m；层顶标高10.37～28.38m，平均19.85m。该层进行标贯试验82次，实测标贯击数10.0～26.0击，平均16.1击。
1.3管棚超前支护施工技术
该段暗挖隧道穿越地层为Ⅰ类，Ⅱ类围岩，覆土厚度约5m左右，Ⅰ类，Ⅱ类围岩具有“高压缩性、高灵敏度、低强度”的特点，极易产生蠕动现象，开挖后自稳能力极差，易坍塌，地面沉降难以控制，严重时可能发生涌水、涌砂现象，使施工无法进行。针对这种软弱地层，施工中采用了25.3米长大管棚超前预支护，管棚间距为0.4m,施工时设6m长的管棚
工作室；注浆采用HC-T凝结时间可调注浆材料或水泥-水玻璃双液浆。
2、施工工艺及操作要点
大管棚施工工艺流程详见下图7-2。
图7-2大管棚施工工艺流程
2 .1开挖管棚工作室
2.2 管棚工作室长6m，跨度约为5.15m,在软弱围岩中开挖,必须及时施作初期支护。为便于架设钻机,安设钢管，工作室应挖至区间隧道开挖轮廓线以外0.8m。
2.3 导向管是控制成孔方向使其不发生偏斜的主要手段，导向管长度不小于2.0m，采用ф127mm钢管加工，经精确测量后焊接在钢拱架上并喷混凝土固定。
2.4由于I类，Ⅱ类围岩段隧道长度为25.3m，根据现有水平孔钻进技术条件，隧道一次施作管棚。注浆后进行隧道掘进。
3、搭设平台、安装钻机、测定孔位
3.1 钻机平台采用枕木搭建，平台满铺松木板。根据管棚孔的位置，分层加高钻机平台。钻机平台搭设好以后进行钻孔。
3.2 安装钻机。进钻前，以坐标法在掌子面标定管棚孔位。钻机平台要稳固，钻机要安装牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、移动而影响钻孔质量。
3.3 钻机定位。钻孔方位要求根据线路中线与管棚工作室的位置确定，必须精确核定钻机位置。架立钻机时用全站仪和挂线相配合的方法，确保钻机轴线与管棚设计轴线相吻合。
4、管棚孔钻进
4.1管棚孔开孔：开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联接是否紧密。由于考虑到钻孔时钻具下沉，必须计算管棚打设的仰角及外插角，在架好钻机、调整好孔位的水平偏角及仰角后，开始下步工序。
4.2管棚孔钻进
a.为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键。钻进前10～20m时，要反复校核钻杆方向，调整钻机位置，并用全站仪及挂线检测偏斜无问题后方可继续钻进。
b.管棚管下入孔内前要先配管，保证管棚管的同心度。
c.加接钻杆和钢套管：当跟管钻进至钢套末端导向墙孔口约30cm时停钻，然后钻机反转收偏退钻、卸杆，动力头后退至末端加接钻杆或钢套管，此时应先拧紧钻杆，然后再拧紧联接套管。
5、注浆：
注浆参数的选择：
注浆扩散半径：0.3～0.4m；
注浆速度：30～50L／min；
凝结时间：30～5；
注浆终压：0.7～1.5MPa；
W／C：1：1；
HC-T凝结时间可调注浆材料
或水玻璃：波美度40，模数2.6
水泥浆：水玻璃（体积比）：1：1
平均单孔注浆量：
Q=3.14×R2×L×v×η×n
=3.14×0.32×25.3×0.5×1.25×0.6
=2.68(m3)
式中：Q:单孔注浆量（m3）
L:注浆段长（m），取25.3m；
R:浆液扩散半径（m）取0.3m；
v:注浆段土层孔隙率，取0.5m；
η:浆液损失率，取1.25；
n:浆液有效填充率，取0.6；
5.1 采用上述设计参数配制浆液。
5.2 注浆采用分段后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备由出气管与进浆管，由阀门来控制开关。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。
5.3关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。
5.4注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10分钟，才结束注浆。
5.5 注浆结束标准及效果检查。
5.6单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80％，或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。
5.7全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象。
5.8注浆效果检查：采用分析法，注(压)水试验，开挖取样等方法进行。
5.9达不到结束标准，应补充重新注浆直到满足要求为止。
6、设备材料及人员组织
設备材料有：MK—5型工程水平钻机两台，BW—150型注浆泵两台，UBJ-3型注浆泵一台，自制搅浆机一台，250型搅拌机一台，盛浆桶两个，空压机一台，HC-T 凝结时间可调注浆材料、普通硅酸盐水泥、40波美度的水玻璃及带有套丝的Φ108×6mm钢管若干，方木、钢扒钉、塑料管、木板、注浆管、三通管若干。
人员组织：可分两个工班进行作业，每工班15人。其中：施工指挥1人，施工技术指导1人，测量工1人（负责布孔、定位、量测），工人8人（负责破孔、移动钻机、装卸钻杆、安装钢管、拌浆注浆等），电焊工1人，钻机司机2人，材料调度1人。
地下暗挖
暗挖通道管线布置
详见下图。
图4-2暗挖通道管线布置图
短台阶隧道开挖支护工法说明
暗挖隧道在施工中采用短台阶工法开挖。
图7－1 短台阶工法开挖支护施工工序示意图
首先开挖上台阶土体，初喷砼封闭，架设钢架，设置锁脚锚管及临时支撑，喷锚支护，上台阶实现封闭，上台阶掘进3~5m后，开挖支护下台阶，实现全断面初支封闭；随着通道初支封闭，根据监测通道收敛变形的数据，在初支变形稳定后及时施工隧道二衬。台阶法施工顺序如表7－2。
表7－2台阶法施工步骤表
主要的施工技术说明
暗挖通道部分施工的主要施工技术有长管棚超前支护施工技术、注浆加固施工技术、初期支护施工技术、二次衬砌施工技术。初期支护和二次衬砌联合作用，作为隧道永久支护结构。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。