编号：04010305
管棚施工作业指导书
编制:
审核:
审批:
中国路桥工程有限责任公司
京沈客运专线辽宁段TJ-1标项目经理部
2014年3月15日发布
目 录
1.适用范围 ...................................................... 1 2.作业准备 ...................................................... 1 3.技术要求 ...................................................... 1 4.施工方法和工艺流程 ............................................ 4 5.施工要求 ...................................................... 7 6.劳动力组织 ................................................... 10 7.材料要求 ..................................................... 10 8.机械设备配置 ................................................. 10 9.质量控制与检验 ............................................... 11 10.安全与环保要求 .............................................. 12
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1.适用范围
本作业指导书适用于京沈客运专线辽宁段TJ-1标三棱山隧道超前管棚工程施工。
2.作业准备 2.1内业准备
（1）开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。制定施工安全保证措施。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训、安全培训。
（2）施工前必须根据施工图标示的工程及水文地质资料进行研究。 （3）施工前，试验室要进行注浆浆液配合比设计。
（3）在充分考虑到上抬量和上抬角度后，正确算出各钻孔口位置和倾角。 2.2外业准备
（1）及时组织钻机进场，自验合格后报验；提前加工好管棚施工所需材料，并应满足设计及规范要求。
（2）根据现场工程地质条件进行试验确定注浆施工各种参数，主要包括注浆方法、注浆压力及注浆标准，来指导现场施工。
3.技术要求
3.1 三棱山隧道进出口及斜井洞口均设置超前大管棚，其中进出口管棚设置长度为40m，斜井洞口设置长度为30m，施工技术参数为：
（1）管棚钢管规格：外径108mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管； （2）管距：环向间距330mm；
（3）倾角：外插角1°～3°，可根据实际情况作调整； （4）导向管钢管规格：内径140mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管； （5）钻孔直径：127mm；
（6）注浆材料：1:1水泥浆（重量比）； （7）设置范围：拱部140°范围。 超前大管棚设置情况见图1所示。
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正 面 图
管棚钢管布置图
I—I剖面
图1 超前大管棚布置示意图
3.2 三棱山隧道暗洞洞身V级围岩及IV围岩浅埋地段设置超前中管棚，施工技术参数为：
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（1）管棚钢管规格：外径89mm、壁厚5mm的热轧无缝钢管； （2）设置范围：拱部140°范围； （3）管距：环向间距330mm；
（4）管棚长度的设置：洞身中管棚每环单根长10m，IV级围岩6榀型钢设置一环，V级围岩11榀型钢设置一环，搭接长度不小于3m；
（5）倾角：外插角3°～5°，可根据实际情况作调整； （6）注浆材料：1:1水泥浆（重量比）。 超前中管棚设置情况见图2所示。
3.3 大管棚、中管棚为超前预支护，应在隧道暗洞开挖之前完成。
正 面 图
侧 面 图
图2 超前中管棚布置示意图
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4.施工方法和工艺流程 4.1施工方法
不同地质条件下，施作大管棚工艺分为引孔顶入法和跟管钻进法。 引孔顶入法：当钻进地层易于成孔时，一般采用先钻孔、后插管（引孔顶入法）的方法，即钻孔完成经检查合格后，将管棚单根钢管连续接长，用装载机或挖掘机在人工配合下顶进将其装入孔中。（本方法为常用方法）
跟管钻进法：当地质条件复杂，遇碎石土、砂卵层、淤泥质粘土或破碎带不易成孔时，采用跟管钻进工艺，将管棚钢管及钻杆同时钻入，成孔后取出钻杆，将管棚钢管留在地层中。跟管钻进工艺见图3所示。
图3 跟管钻进施工工艺图示
4.2施工工艺流程
引孔顶入法和跟管钻进法施工工艺流程见图4和图5所示。
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施 工 准 备
测 量 放 样
安装导向管，浇筑套拱
搭设工作平台，钻机就位 钻 孔
清 孔 补孔
不合格 钻孔验收
合格
棚管加工 顶入管棚，安装止浆塞 原材料进场检验
喷混凝土封闭工作面 初选浆液配合比 连接注浆管路、调试 初配浆液试验注浆
压水试验 确定浆液配合比
注浆作业 浆液制备
注浆效果分析 调整注 不合格 浆参数 合 格
封孔、连接钢架结构
结 束
图4 管棚引孔顶入法施工工艺流程图
施 工 准 备
测 量 放 样
安装导向管，浇筑套拱
搭设工作平台，钻机就位 棚管加工 跟管钻进作业
注水清洗内杆
退 杆
安装止浆塞 原材料进场检验
喷混凝土封闭工作面 初选浆液配合比 连接注浆管路、调试 初配浆液试验注浆
压水试验 确定浆液配合比
注浆作业 浆液制备
注浆效果分析 调整注 不合格 浆参数 合 格
封孔、连接钢架结构
结 束
图5 管棚跟管钻进法施工工艺流程图
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5.施工要求 5.1大管棚 5.1.1施作导向墙
（1）导向墙套拱采用C20混凝土，在开挖廓线以外拱部140°范围内施作，断面尺寸为1.0×1.0m，导向墙内设3榀I18工字钢架,钢架外缘设Φ140壁厚 6㎜导向钢管,钢管与钢架焊接。
（2）修建施工作业平台。在明暗交界处隧道圆心点以下明洞范围开挖土石方留一长约5m的台阶，作为施工套拱和管棚施钻的工作平台。
（3）架立套拱内钢架。大管棚导向墙内钢架在明暗分界处明洞范围架立，其架立榀数、设置间距、断面轮廓尺寸应符合施工图要求，钢架之间环向用纵向连接筋焊接成一个整体。在加工钢架时，其断面轮廓尺寸应注意考虑预留变形量和二次衬砌加宽值，架立时，其底部必须座落在坚实基础上。
（4）安装导向管。孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。导向管内径应比大管棚钢管外径大30～40mm，安设于钢架支撑上部，数量、环向间距和外插脚与大管棚一致。用全站仪在工字钢架上定出其平面位置；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
（5）模筑套拱混凝土。套拱混凝土模板可以用开挖原状土做底模进行浇筑，亦可以在钢架下搭设支架铺设底模进行浇筑。灌注时从下向上、左右对称进行。
5.1.2 管棚钢管加工
（1）管棚钢管分节加工，为满足接长管棚钢管受力要求，相邻钢管的接头应前后错开至少1m，同一横断面内的接头数不大于50%。对于采用引孔顶入法施工的大管棚，单根管棚钢管采用3.0m和6.0m两种规格，奇数孔首根3.0m，偶数孔首根6.0m，其余的均为6.0m，以避免钢管接头在同一断面上。对于采用跟管钻进法施工的大管棚，每节钢管长度由使用钻机钻孔时最大行程决定，一般情况下，单根管棚钢管采用2m和1m两种规格，奇数孔首根1.0m，偶数孔首根2.0m，其余的均为2.0m。
（2）分节加工的钢管采用套管连接，见图6。
（3）对于土质地层，管棚钢管均采用钢花管，在钢管上钻设注浆孔，孔径10～16mm，孔间距150mm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm，见图7。对于石质地层，编号为单号的钻孔采用钢花管，编号为双号的钻孔采用钢管。
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（4）为提高导管的抗弯能力，土质地层在钢管内增设钢筋笼。钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋直径为16～20mm，固定环采用短管节，按0.5m间距设置。具体见图8所示。
图6 钢管接头连接示意图
图7 钢花管注浆孔示意图
图8 钢花管内部设置钢筋笼示意图
5.1.3 搭设钻孔平台、安放钻机
（1）钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。
（2）平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。
（3） 钻机钻杆定位：钻机钻杆要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精
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确核定钻机钻杆位置。用角度仪、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
5.1.4钻进
（1）为了便于安装钢管，钻头直径采用Φ127mm。 （2）钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。
（3）钻机开钻时，低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
（4）钻进时产生坍孔、卡钻时，补注浆后再钻进。
（5）钻进过程中经常用角度仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。
（6）钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
（7）认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。
5.1.5 安装钢管
钻孔达到设计深度后，用高压风从孔底向孔口清理钻渣，然后用装载机在人工配合下顶进钢管。
5.1.6 注浆
（1）注浆前先用高压水将孔内泥砂清洗干净。
（2）注浆使用专用注浆泵，注浆按由下至上隔孔注浆、浆液按先稀后浓、注浆量先大后小的顺序施工。
（3）注浆压力为0.5～2.0Mpa，为保证浆液能够较好地将围岩裂隙全部充填满，采用分级加压法，即注浆压力从0.5Mpa开始进行压注，经过一段时间后，将注浆压力提高一个级别接着进行注浆，再经过一段时间后，再将注浆压力提高一个级别继续注浆，如此反复，直至达到设计最终压力值为止，使浆液先充填围岩较大的裂隙，再接着填充较小的裂隙，直至将全部的围岩裂隙全部填满为止，分级注浆压力值由注浆泵油压控制表调节。
（4）单根钢化管注浆量按下式估算： Q=π×R2×L×n×β 式中：Q—注浆量；
R—注浆扩散半径，取R=0.6m； L—单根钢花导管长度，m；
n—为围岩的孔隙率，%，风化岩层取2%～3%； β—浆液有效充填围岩裂隙系数，取0.85。
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（5）注浆异常现象处理：当发生串浆现象，即浆液从其它孔中流出时，采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆；当注水泥浆压力突然升高时，即可能发生了堵管，立即停机检查；水泥浆单液进浆量很大，压力长时间不升高，则调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。
（5）注浆结束后用M10水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。 5.2 中管棚
（1）钢管棚按设计位置施工，注意钻机上安设角度测量工具，进行钻孔偏斜角度测量，严格控制管棚打设方向。
（2）为保证管棚支护效果，尽量减少管棚外插角，可在型钢钢架腹板开孔以穿管棚，也可采用一榀格栅替代需开孔的型钢钢架，钢管尾部与钢架焊接。
（3）管棚施工时，应对钢管主要材料进行材质检验。
（4）选用钻机先应适合钻孔深度及孔径要求，钻机要求灵活，可在水平方向360°范围内钻孔，施钻时应有导向架。
（5）施工期间应遵守隧道施工技术安全规则及注浆作业操作规程。 （6）其他可参照大管棚施工工艺进行操作。 5.3 施工控制要点
（1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。 （2）钻孔外插角大管棚以1°～3°为宜，中管棚以3°～5°为宜，工点应根据实际情况作调整。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
（3）严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
（4）经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
（5）掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。 6.劳动力组织
钻机操作工2～4人，管棚在专业厂家加工，钢管顶进6人，注浆6人。 7.材料要求
材料（热轧无缝钢管、钢筋、水泥）应能满足设计要求。 8.机械设备配置
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管棚施工机械设备配置见表1。
表1 超前支护施工每班设备机具配置表 设备机具名称 主要技术规格 数量（台套） 多功能作业台架 自制 1 3电动空压机 20m 2 水平地质钻机 1 高压双液注浆泵 1 砂浆注浆泵 1 灰浆搅拌机 1 注浆筒 自制 2 电焊机 1 钢筋调直机 1 钢筋弯曲机 1 混凝土湿喷机 1 风镐 2 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 备注 9.质量控制与检验 9.1 质量检验控制标准
《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）。 9.2 质量控制要求 9.2.1 主控项目
（1）管棚所用钢管、钢筋进场必须按批抽取试件作力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求。
检验数量：以同牌号、同炉罐号、同规格、同交货状态的钢管，每60t为一批，不足60t按一批计，按每批抽检一次。
（2）管棚所用钢管的品种和规格必须符合设计要求。 检验数量：全部检查。 检验方法：观察，钢尺检查。 （3）管棚搭接长度应符合设计要求。 检查数量：全部检查。 检验方法：尺量。
（4）注浆浆液的配合比应符合设计要求。 检验数量：全部检查。
检验方法：进行配合比选定试验。
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（5）注浆压力应符合设计要求，注浆浆液应充满钢管及其周围的空隙。 检验数量：全部检查。
检验方法：检查施工记录的注浆量和注浆压力，观察。 9.2.2 一般项目
管棚钻孔允许误差应符合表2的规定。
表2 超前小导管、超前锚杆钻孔允许偏差 序号 1 2 3 项目 方向角 孔口距 孔深 允许偏差 1° ±30mm ±50mm 10.安全与环保要求
（1）操作钻机必须严格按照钻机操作规程进行；大管棚施工时，施工用电多为临时发电机发电，要严格遵守发电机发电操作规程。
（2）施工期间，尤其在注浆时，应对支护的工作状态进行检查。当发现支护变形或损坏时，应立即停止注浆，采取措施。
（3）注浆结束后，经检查确认浆液凝固结体达到设计规定强度后再进行隧道开挖。
（4）大管棚、中管棚的钢管要与钢架焊接牢固，注浆后注浆孔要堵塞密实。
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