管棚施工作业指导书.doc

中铁十三局集团有限公司 施工过程控制标准化管理手册（隧道分册） 管棚施工作业指导书 编 制： 审 核： 批 准： 目 录1.目的12.编制依据13.适用范围14.施工准备14.1技术准备14.2施工准备15.劳动力组织16.材料要求26.1棚管加工26.2水泥36.3砂子36.4水玻璃和外加剂。37.主要施工机具设备38.先钻孔后插管引孔导入法施工工艺流程39.引孔导入法的施工方法49.1管棚设计49.2管棚工作室（套拱）施工59.2.1洞内管棚工作室59.2.2洞外套拱导向系统59.3搭钻孔平台安装钻机79.4钻孔79.5清孔验孔79.6安装管棚钢管89.7注浆810.质量控制要点910.1质量控制标准及检验方法910.2质量控制要点及措施911.常见问题及处理方法1012.安全及环保要求1012.1安全控制要点及措施1012.2环境保护1113估算指标11管棚施工作业指导书1.目的明确隧洞特殊地段管棚施工作业工艺流程、操作要点和相应的工艺、质量标准，指导、规范管棚施工作业。2.编制依据铁路隧道施工规范（TB10204-2002）铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10417-2003）3.适用范围管棚主要适用于较大、大跨度隧道地质破碎、覆盖浅的出入口，地质破碎的浅埋段，地面有重要建筑物地段以及下穿河床、湖底或海底地段等。在隧道预支护作用中主要是提高拱部以上土体的承载力，加固隧道围岩和控制地表沉降，确保隧道施工安全。4.施工准备4.1技术准备备齐施工设计图纸及有关技术资料，并组织技术交底和复核；施工前按设计要求选定各种原材料并进行配合比试配、选定；根据现场的地质情况进行实验确定注浆液的各种参数。4.2施工准备根据工程进展情况，提前加工好棚管及相关配件；检查机具设备和风、水、电等管线路，并试运转，确保各项作业正常运行；洞口边仰坡以上的山坡危石应全部清除，按设计做好边仰坡防护工程。开挖掌子面应喷射混凝土封闭，确保钻孔安全。5.劳动力组织劳动力组织见表1。表1 劳动力组织表序号人员人数职责1技术人员1掌握技术标准、负责施工指导、监督施工质量、记录2工班长1组织和协调3测量人员2测量放样、检查验收、并对整个施工过程进行摄像4钻孔人员5凿孔施工5安装人员6准备材料、安装导管6浆液制备人员5准备材料、制备浆液、搅动浆液、清洗设备7注浆泵司机2注浆泵的操作、维修保养及鼓掌排除8清洗废浆工1清理废浆9注浆记录工1记录注浆压力、注浆量、流量、胶凝时间及其他的情况10安全员1负责施工安全11搬运工4搬运材料、机具12其他8电工、管棚加工、空压机司机等合计356.材料要求6.1棚管加工 棚管常采用直径为89mm、108mm、159mm的无缝钢管制作，管棚壁厚一般为68mm。管身钻孔，孔眼直径810mm，间距为0.5m，梅花形交错布置，最后2m不钻孔；第一节棚管头加工成锥形，长度为30cm；棚管间连接采用丝扣连接，每节棚管前端加工成外丝扣，后端加工成内丝扣，丝扣长度为20cm；为防止浆液倒流，最后一节棚管尾部与止浆器连接，止浆器采用长30cm棚管和2cm厚钢板制作而成，中间有两个20的圆孔，以备注浆时和排气排水用。具体制作见图1、图2和图3。图1 棚管注浆孔及螺纹制作图图2 棚管端头加工图图3 止浆器制作图棚管进场必须按批抽取试件作力学性能和工艺性能试验，其必须符合国家有关规定及设计要求；6.2水泥42.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，对其安定性、凝结时间、强度及其他必要的性能指标进行检验，水泥质量应符合铁路混凝土工程施工质量验收补充标准（铁建设2005160号）第6.2.1条规定。6.3砂子采用中细砂，砂的含泥量不大于3%，；6.4水玻璃和外加剂。7.主要施工机具设备主要施工机具设备见表2。表2 施工机具设备表。序号项目设备、机具名称1钻机钻进能力：50100m；孔径150mm；钻孔角度：0360；动力：冲击式、回转式、冲击回转式。2吹风管高压（0.6MPa以上）3单（双）液注浆泵注浆压力（1012.5）MPa，排浆量100L/min，并可连续注浆4水泥浆搅拌机有效容积600L，搅拌改性水玻璃应选用高速机械式或风动式5储浆桶2m36检验测试设备秒表、PH计、波美计7动力空压机（20 m3）8加工设备钢筋切断机、交流电焊机9其他设备流量计、混和器、抗震压力表、高压胶管、高压球阀、水箱8.先钻孔后插管引孔导入法施工工艺流程管棚的施工方法主要有两种:引孔导入法和顶入法。在引孔导入法中，因成孔的难易又有两种施工工艺：对能成孔或经处理能成孔的地质采用先钻孔、后插管，即钻孔完成后经检查合格后，将管逐节连续顶进将其装入孔内；对不能成孔地质采用同步跟管钻进工艺(见附件)。所谓顶入法，就是将管直接顶入就位。一般常用的是引孔导入法，顶入法仅适用于软弱地层中。本作业指导书使用的工艺就是先钻孔后插管引孔导入工艺。先钻孔后插管引孔导入法施工工艺流程见图4。图4 先钻孔后插管引孔导入法施工工艺流程图9.引孔导入法的施工方法9.1管棚设计根据隧道断面不同，每环的根数也不同，单线隧道每环约2030根，双线隧道每环约3045根，环向间距一般为40cm，根据特殊要求，间距可适当调小，管棚断面布置示意图见图5；管棚的长度一般为20m40m不等，管棚外插角15，管内注浆多为水泥砂浆，也有水玻璃水泥双液浆，根据地质情况，适当控制浆液的配合比和黏稠度；注浆压力一般在0.51.0MPa。图5 管棚断面布置示意图9.2管棚工作室（套拱）施工为进行管棚施工，在洞内要开挖管棚施工工作室，在室内搭设工作平台和导向装置：在洞外要修套拱导向系统和搭设工作平台。9.2.1洞内管棚工作室在每次管棚施工前，都要在洞身扩挖一个加高、加宽各1.0m、长10m的洞室作为工作室。在工作室内搭设简易工作平台，以便安放钻机。在工作平台前，安装至少三榀用工字钢组拼的长管棚导向拱，导向拱要满足钻机振动的要求。在导向拱内设置孔口管做为长管棚的导向管，其间距按棚管间距布设，并向施工面拱圈及孔口管周围岩面喷射厚10cm的C25混凝土，以防钢管注浆时岩面缝隙跑浆。洞内管棚工作室设置示意见图6。图6 洞内管棚工作室设置示意图9.2.2洞外套拱导向系统套拱部位开挖应现场地质条件确定，宜采用预留核心土开挖；当地质条件允许时，可一次落到底，要及时做好开挖面的防护工作。混凝土套拱作为施做长管棚的导向墙，套拱在隧洞外轮廓线以外施做；先架设34榀50cm 工20b的工字钢钢架支撑，钢支撑与管棚孔口管焊连成整体；孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确程度将直接影响管棚的施工质量。因此采用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外倾角；孔口管须牢固的焊连在工字钢钢架上，以防浇注套拱混凝土时发生位移。套拱施工工艺流程、孔口管纵向布置示意图和洞外管棚施工示意图见图7、图8和图9。混凝土浇筑后按要求进行养护，待混凝土养护强度达到设计强度的85%时开始管棚施工。图7 套拱施工工艺流程图图8 孔口管纵向布置示意图图9 洞外管棚施工示意图9.3搭钻孔平台安装钻机（1）钻机平台用钢管脚手架搭设或采用自制凿岩台车，平台要支撑于稳固的地基上，防止钻机在钻孔时产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。（2）脚手架平台应一次搭好，连接要牢固、稳定，以保证工作平台的稳定性。（3）开钻前首先对导管统一进行编号，并用红油漆写在套拱上。（4）钻机要求与已设定好的孔口管方向平行。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法对钻机进行定位，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。9.4钻孔（1）钻孔选用比棚管直径大2030mm合金钻头。（2）打试验孔：为保证长管棚施工质量，在拱脚部位，选2个孔作为试验孔，探明地层结构，并进行注浆和砂浆充填试验。（3）钻孔时按编号施工顺序从低孔开始，由两侧往中间方向对称进行施工，隔孔施钻，钻孔时钻机距工作面的距离一般情况下应不小于2m，以方便接杆、退杆。（4）钻机开钻时，应低速低压，待成孔1m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。若钻进过程阻力较大，可退回1m左右，多次反复，阻力减小后继续钻进。（5）钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，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）岩质较好的可以一次成孔。如果钻进时产生坍孔、卡钻时，需补注浆后再钻进。（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，以便指导洞身开挖。9.5清孔验孔（1）用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。（2）用高压风从孔底向孔口清理钻渣。（3）用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。9.6安装管棚钢管（1）接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。加工钢管时将钢管进行配管和编号，管棚单序孔第一节长6（9）m，双序孔第一节长3（4.5）m，其余管节长度均为6（9）m。（2）钢管在专用的管床上加工好丝扣，丝扣一般长不少于15cm；导管四周钻设孔径810mm注浆孔，尾部2m不钻孔；孔间距50cm呈梅花型布置；管头焊成圆锥形，便于入孔。为增强钢管的刚度，可在钢管内安装钢筋笼。如图10。图10 棚管大样图（3）钢筋笼由四根18主筋和固定环组成，固定环采用短管节，将其与主筋焊接，按1m间距设置。（4）钻孔检查合格后，将钢管连续接长：当前一根钢管推进孔内，孔外剩余3040cm时，开动钻机反转，使顶进联接套与钢管脱离，钻机退回原位，人工装上后一节钢管，大臂重新对正，钻机缓慢低速前进对准前一节钢管端部（严格控制角度），人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接处联成一体。钻机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。棚管顶入完成后人工顶入钢筋笼。（5）钢筋笼顶进后即在棚管端头焊接止浆板，中间焊有注浆管，管口拉丝2cm，以备连接止浆阀。棚管端头大样见图11。图11 棚管端头大样图9.7注浆（1）安装好棚管后使用锚固剂将孔口管及棚管间缝隙封闭住，喷混凝土封闭工作面，达到强度后方可对孔内注浆，注浆前备足止浆阀。注浆材料可采用单液或水泥-水玻璃双液，水泥砂浆等。注浆参数：水泥浆与水玻璃体积的比例为1：0.5；水泥浆水灰比1：1；水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数2.4。（2）采用注浆机将浆液注入管棚钢管内，注浆压力初压宜控制在0.51.0MPa为宜，终压宜控制在2.0MPa为宜，持压15min后停止注浆，拧紧止浆阀。（3）止浆阀待砂浆凝固后卸下，清洗后循环使用。（4）注浆时先灌注“单”号孔，待12天固结后，再灌注“双”号孔。（5）注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍。若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直到符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。（6）注浆过程中压力突然升高，可能发生堵管，应停机检查；注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应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，以便凝结，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间，才能避免产生注浆不饱满。10.质量控制要点10.1质量控制标准及检验方法（1）管棚所用钢管的质量、规格和数量必须符合国家有关规定及设计要求。检验数量：全部检查检验方法：检查每批质量证明文件并进行相关性能试验，观察，尺量。（2）管棚搭接长度应符合设计要求。检验数量：全部检查；检验方法：观察，尺量。（3）钻孔的孔位、外插角、孔径施工允许偏差和检验方法应符合表3的规定。表3 管棚施工允许偏差（mm）和检验方法项 目钻孔外插角孔 距孔 深检验数量检验方法管 棚115050全部检查仪器测量、尺量（4）注浆浆液强度和配合比应符合设计要求，且浆液应充满钢管及周围的空隙。检验数量：全部检查。检验方法：查施工记录的注浆量和注浆压力，观察。10.2质量控制要点及措施（1）钻孔前，准确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔进行编号。（2）严格控制钻孔断面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。（3）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。在安装前用测量仪器以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；并与工字钢架焊牢。（4）配备专职量测人员，随时监测钻孔的方向及仰角，做到勤测勤纠，确保精度控制在允许误差内。若发现偏差超限时及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。（5）清孔时做到管内清洁，注浆孔无堵塞，安置集料斗收集渣土，保持工作面的整洁。（6）管棚注浆压力和注浆量双控标准，注浆中如发生与其他孔串浆应将串浆孔堵住，轮到注该孔时，拨出堵塞物，用高压风或水冲洗，如拨出堵塞物时，仍有浆液外流，则可不冲洗，立即接管注浆。压力突升则可能发生堵管，应立即停机检查处理。如果压力长时间上不去，应检查是否窝浆或流往别处，否则将应调整浆液配比，缩短胶凝时间，进行小泵量低压或间歇注浆，但间歇时间不能超过浆液胶凝时间，以保证管棚刚度并填充钢管与管周土体间空隙为要。（7）选用钻机首先应适合钻孔深度及孔径的要求，钻机要求平稳灵活，能在水平360范围内钻孔，施钻时应有导向架。（8）纵向两组管棚的搭接长度应不小于3.0m，见图12。图12 管棚搭接示意图11.常见问题及处理方法钻进中发现孔斜明显超限，须查明原因，采取有效纠偏措施，例如：调整角度或补打等。12.安全及环保要求12.1安全控制要点及措施（1）施工前对机械设备进行全面的检查保养，保证设备的正常运转。（2）施工设备定位稳定，固定牢固，防止钻进时发生位移。（3）钻孔平台上做好栏杆，防止高空坠落。（4）注意电器的接地以及电缆的防护工作，杜绝漏电事故的发生。（5）注浆前必须牢固封闭钢管端部与孔口管间的空隙，采用锚固剂封闭，达到强度后方可进行压浆施工，压浆过程中管口正面杜绝人员逗留，防止浆液喷出伤人。（6）施工过程中随时处理掌子面的渣土和撒漏浆液，保持掌子面干燥。（7）注浆人员必须佩带防护用品，防止浆液对皮肤的损害。（8）施工过程中人员设备较多，派专人现场协调指挥，杜绝混乱场面造成安全质量事故。12.2环境保护 洞内作业，设置和维护好通风和排水设施，防止粉尘含量超标和施工场地污染。洞外，维护好工地范围内的排水系统，确保排水通畅，防止水泥泞，防止因排水不畅而导致的水土流失。施工机械维修产生的含油废水、须经生化处理达到排放标准后方能排放，施工废水按有关要求进行处理达标后排放，不得污染周围水环境。废碴和施工弃碴要运往指定的弃土场。13.估算指标表4 主要项目估算指标表序号项目单位数量备注1钻孔m/h510不同岩层对进度影响较大2清孔min 103安装注浆管m/h304注浆m3/h5与注浆机功率有关第 11 页 共 11 页