导向跟管钻进技术在隧道大管棚支护中的应用

何 倩

(山西晋城路桥建设有限公司，山西晋城 048000)

0 引言

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、漏顶等工程问题。在隧道施工过程中，一旦出现类似险情后，大多采用大管棚超前支护的施工措施。本文针对某隧道塌方段具体情况，经多方研究，最后选用了大管棚的“导向跟管钻进技术”进行管棚施工，在施工中得到了成功应用，并取得了明显的效果。

1 工程概况

某隧道左线LK21+830～LK22+355，长525 m，地质状况为全、强风化片麻岩层，粒状变晶结构，片麻状构造，矿物成分以石英、长石、云母为主，岩层分化强烈，围岩稳定性差，侧壁经常小坍塌，处理不当会产生大坍塌，属中透水层。进口明洞20 m，出口明洞8 m，Ⅴ级浅埋122 m，Ⅳ级围岩295 m，Ⅲ级围岩60 m，进出口洞门采用端墙式洞门。右线RK21+862～RK22+340，长478 m，地质状况为弱风化岩，青灰色，粒状变晶结构，片麻状构造，矿物成分以石英、长石、云母为主，岩体较完整，围岩稳定性较好，属弱透水层，雨季时有滴水现象。进口明洞5 m，出口明洞12 m，Ⅴ级浅埋171 m，Ⅳ级围岩250 m，Ⅲ级围岩40 m，进出口洞门采用端墙式洞门。

该隧道在施工到距离洞口110 m处，由于该地连降暴雨，在左线LK22+245～LK22+258范围洞顶发生了坍塌。透顶区域山顶沉陷宽度7 m，长度13 m，由于当时撤离及时，无任何损失。

塌方发生后，施工单位积极联系设计单位对现场地质进行勘察，该处属贫水段，工程地质较差，塌方土体总体松散，无自稳能力。经多方研究，采用大管棚进行超前支护的方案，管棚钻机采用“导向跟管钻进技术”。

2 大管棚的导向跟管钻进原理及布设

导向跟管钻进是用管棚代替钻杆，在其最前端加装自制导向钻头，钻进过程使用导向仪能准确测定钻头在前方的位置和方向，据此确定钻头轨迹。同设计轨迹相比较，利用能进行方向控制的楔形钻头改变钻进方位，从而按设计轨迹钻通孔道，来保证后续开挖隧道的平面位置和纵向坡度不受影响。

管棚连接采用内丝扣进行接长，利用水平定向钻将管棚分节依次旋转顶进围岩中。当管棚在定位传感器指引下打至设计长度后，安装加工好的钢筋笼，再进行注浆、封闭等工序作业。

3 大管棚施工顺序

1)施工准备。施工准备主要是施工作业人员和机械设备的配置和调试。根据需要每台钻机配置5名操作工人。钻机采用500型专用钻机，管棚钻用导向仪采用200型管棚专用导向仪，配备有线数据棒，另外配置一台250型注浆泵和两台灰浆搅拌机，为管棚打设后进行注浆加固。

2)测量放线。按照图纸设计对大管棚孔位进行测量放线，按照33 cm间距进行布设，并对每个孔位进行编号，做好孔位标记。

3)钻机就位调试。安装管棚钻机采用3 t倒链作为提升动力，采用焊接的方式把钻机和导向拱架焊接牢固。调整钻机高度，将钻具与孔位对中，使孔位、钻机立轴和钻杆在一条直线上。

4)钻头安装。采用φ108 mm管棚制作楔形钻头，中部安装有线数据棒作为钻头。

5)导向孔的打设。按测量放线时所标的大管棚孔位，采用钻机自带浅孔冲击器打设导向孔。

6)钻孔作业。导向孔施工完毕后，即可安装钻头进行钻孔作业。在钻孔中，如果发现管棚有下垂现象，可以把楔形钻头调到斜面朝下，直接顶进，此时由于楔形钻头底板斜面积大，从而受到一个向上的托力，偏移的楔形钻头轨迹就会朝上转移。同理可以调整其他方向的偏移。如果角度合适，钻机匀速旋转钻进，其钻头的钻进轨迹就是平直的。当管棚打至设计深度后，回撤定位有限数据棒。终孔位置大约抬高0．3 m～0．5 m，满足施工要求。

7)安装钢筋笼。管棚钻进到位后，使用钻机顶进加工好的钢筋笼。钢筋笼的顶部要做成尖状，以满足钢筋笼送进时起到导向作用。前一节钢筋笼与后节钢筋笼采用焊接连接，焊接时要牢固。送钢筋笼切记不可蛮送，如果遇到异物无法顶进时，就应把钢筋笼来回缓慢活动一下，无阻碍时方可继续送入。

8)孔口密封。用带注浆管的钢板与管棚端头焊接牢固，注浆连接管可采用阀接式，必须焊接牢固，以防浆液压力较大时崩脱或漏浆。将管棚与钻孔环形空隙间用砂浆封堵密实，封堵环形前必须用高压风将孔口部位混凝土墙面上的浮尘清理干净。

9)注浆。管棚全部打设完毕后，即可对管棚进行注浆作业。为确保注浆质量，首先向孔内压注水灰比为1∶1的水泥浆液，注浆压力控制在0．2 MPa～0．6 MPa，进浆量控制在 1．5 倍 ～2．0 倍理论裸孔容积，当注浆压力达到0．6 MPa并稳定后停止注浆。关闭注浆阀，同时封堵注浆管。

4 导向跟管钻进方法的优点

1)能有效控制棚管打设方向，精度高，外插角可预设;

2)管棚施作距离长，一次性施作可超过50 m;

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，可扩大管外土体注浆;

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导向墙。

5 结语

导向跟管钻进技术在某隧道长管棚支护中的成功应用，很大程度上满足了施工现场的施工需要，减少了工序，节约了工期，取得了很好的效果。通过施工实践，在特殊施工条件下使用“导向跟管钻进技术”进行大管棚施工，实现了对管棚钻进方向的可控性，钻进精度有所提高，从而减少了隧道隐患的发生。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范［S］．

［2］单慧强．浅谈软弱围岩管棚施工技术［J］．山西建筑，2011，37(13):179-180．