隧道近距离侧穿结构管棚施工技术研究

李跃强

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2103-5640-8027

摘  要：隧道管棚施工区间侧穿哈工大香坊筒子楼高层及其南北侧多层建筑，根据物探资料，南北侧多层建筑基础均为桩基础，桩径为400mm，桩长为15.5m与16.5m。区间左线距离住宅楼桩基础最小距离为0.7m，区间埋深约10m。区间开挖时存在引起该楼不均匀沉降、墙体开裂等风险。本环境风险为Ⅰ级风险源，为解决公滨路站至珠江路站区间对哈工大家属院香坊筒子楼扰动问题，在隧道拱部150°范围内采用Φ108×6mm无缝钢管作管棚加固。

关键词：高层建筑  框架结构  无缝钢管  管棚加固

中图分类号：U455.43;U231.3              文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2021）06（b）-0001-03

Study on the Construction Technology of the Tunnel Short-distance Side-crossing Structure Pipe Shed

Li Yueqiang

（The First Engineering Co.， Ltd. of China Communications Third Public Bureau， Beijing， 100012  China）

Abstract： This section traverses the high-rise building of Xiangfang Tongzilou of Harbin Institute of Technology and the multi-storey buildings on the north and south sides. According to geophysical data， the foundations of multi-storey buildings on the north and south sides are pile foundations with a pile diameter of 400mm， and pile lengths of 15.5m and 16.5m. The minimum distance between the left line of the section and the pile foundation of the residential building is 0.7m， and the buried depth of the section is about 10m. There are risks such as uneven settlement of the building and wall cracking during section excavation. This environmental risk is a level I risk source. In order to solve the problem of disturbance to the Xiangfang Tongzilou of the Harbin Institute of Technology in the interval between Gongbin Road Station and Zhujiang Road Station， Φ108×6mm seamless steel pipes were used as pipe shed reinforcement within the 150° range of the tunnel arch.

Key Words： High-rise building; Frame structure; Seamless steel pipe; Pipe shed reinforcement

1  工程概況

在根据现场的场地提供的原有资料及钻探揭露的信息，得到施工现场场地的分布地层的主要有全新晋工沉积层。这种现有的地层基本是很稳定连续的，这种地层的变化也不会太大，即使有变化也只是很小的变化，这种变化几乎可以忽略不计，这种变化不大的地层它的水文地质条件相对来说很简单，在施工现场的场区可将它们划为同一工程地质分区，可以根据它们的地层成因年代和物理力学性质，将这个区域内的地层分成7个大层和若干个亚层。

2  工程特点

2.1 工程的重难点及相应的技术措施

隧道曲率半径600m，施作管棚时，在曲率半径的外侧管棚钢管容易侵入开挖线，钻进时严格控制打设角度[1]。假设要打设管棚段的弧长为c，隧道曲率半径为r，弦高为h，弦长为s，弧长c的夹角为a，管棚支护段长100m，因隧道曲率半径为600m，为了控制管棚打设质量，管棚可在洞内分两环打设，一端长50m，另一端长55m，搭接5m，则s=50m，r=600m。

因r=600远大于s=50，所以c≈s=50;a=c÷（r×π）×180°=50÷（600×π）×180°=4.78;h=600- 600×cos（0.083÷2）=0.52m。

也就是说，长50m的管棚在隧道曲率半径为600m时，在25m左右的地方有约0.52m没有管棚覆盖，可以在隧道曲率外侧增加2根管棚来解决这件事情的发生，避免工程事故的发生，在薄弱的地方施加更好的保护。

2.2 管棚工作室的布置

在隧道内管棚施工前，为保证管棚施工的可控性及精度要求，需要提前施做管棚工作室[2]，要求隧道开挖段应适当外扩开挖断面尺寸，缓坡开挖，工作室轴向长度7～8m，径向外扩0.8～0.85m，管棚进孔孔位中心距开挖线0.4m，掌子面喷锚处理，厚度0.25～0.3m，保持掌子面土体稳定性，底板做硬化或垫渣处理，保证钻机平台稳定[3]，如图1所示。

3  管棚打设工艺

本项目管棚打设工艺采用了是将水平电缆导线和软管插入的方法进行的，这样的施工工艺一次性就能完成了孔和埋设软管这两项工作任务[4]。根据相应的设计要求选择的第一环管棚长度为50m，在选择第二环管棚长度的时候比第一环管棚长了5m，选择的是55m，这样中间就能有5m的搭接长度。如图2、图3所示，这次选用的Φ108×6mm无缝钢管作管棚钢管，其每节长度为3.5～4.5m，选用Φ102×6mm无缝钢管作为内接的钢管，它的母扣丝扣长60mm，连接公扣丝扣长度120mm。施工的1号孔第一个孔是4.5m的管子，施工的2号孔第一个孔是3m的管子，其他后续钢管长度基本一致，管外壁不钻花孔。根据地质情况和工程反馈，确认了是否需要在打孔后立即注入。

3.1 工程材料要求

本项目采用超大管架的方法进行预备保护。管道的长度在50～55m，选择Φ108×6mm的无缝钢管，使用Φ102×6mm无缝钢管内接，管外壁不钻花孔，注浆用单液浆，需提供水泥、钻头铁板、封孔铁板、速凝剂等材料。工程将以水平有线引导和管道插入的方式实施。

3.2 水平定向钻进方法原理钻进方法

大管棚水平定向钻进方法，这种方法是从非开挖管线技术中引伸而来一种新方法。该方法的目的旨在通过将预先设在钻头中的有线探头，准确测量钻头潜行过程中的地下位置和方向，利用楔形钻头潜行过程中的位置和方向设计轨迹，在探查系统的辅助下改变钻头潜行方向，从而将管棚钢管按设计轨迹打入土中，直到设计深度[5]。

3.3 钻头控制原理

在施工现场，施工方法为了使用采用管道钻入法，让管道钢管的安装和钻头的注入是同一个过程进行。该方法是斜向调整钻头的楔子[6]，采用的钻头是管架和铁管等直径的钉子型钻头，回转半径的板管半径比，钻头尖端Φ6～10mm的水眼，正常旋转钻头是沿着管道前进。钻头由于某种原因偏离预定轨迹，如果出现方位偏向，就有必要错位。

停止钻头的旋转，同时施加力刺入，钻头由于斜面的作用而向反方向倾斜，从而调整钻入的方向。角的方向和钻头的斜方向都由安装在钻头后部的导向探针进行监视，通过钻头管的引线连接到钻头的控制台上的显示器上，从而可以很容易地调整臂弯的方向。由此，最终孔偏差控制在了5‰以内。钻头示意图如图4所示。

如图5所示，钻头内置特制传感器，传感器由15V直流电直接供给。显示出钻头的倾斜度（水平角度）、朝向角。若设定角度向下的话，钻头可以调整到12点钟方向，即可以将导向板向上直接推上去，但在这种情况下，由于导向板基板，斜面面积大。钻头被向上的力影响而发生运动。同样6点钟方向的钻头轨迹朝下，9点钟、3点钟方向分别是左、右方向。角度合适的话，就用等速旋转钻进去，这时钻头的轨迹一般是平的。钻头的引导是上下偏差的关键，左右偏差取决于传感器后端的发光机构，用计测器测量参数并移动。

3.4 施工要点

开孔的设备选取及尺寸的确定：利用工程上专用的开孔钻机做开拱部位的初期支护的结构，在孔径上的选取的尺寸大小为φ140mm。

调整好钻机的位置：不断地对钻机的位置进行调整，确定好修整钻机的准确位置，这样能保证钢管一直保持准确的方向，进行钢管的钻进。

进行护壁泥浆的配比：首先要根据现场的土质和水质进行试验，根据试验情况来确定合适的泥浆配合比例。

对孔进行打设：在安装大管架的时候应跳孔打孔，最后一个孔应跟踪浆料，浆料应填满管内外的环状间隙，打1～3个孔后再次开锁。如果不跳打，下面再打一个洞，地层坚硬不均匀，钻入时钢管难以倾斜控制，不能保证大管架的质量。安装管道时必须按照施工组织设计进行施工。

4  大管棚施工工藝流程

三通一平→人力设备入场→测量放线→敷设：“h”钢轨道→设备组装调试→孔管埋设→调试钻（方位、倾斜角）→钻头组装进孔→清洗液循环→导向钻入→回加尺（接线、接口辅助焊接）→孔斜测→导向钻入→设计深度最终孔→回取探头箱→管内及环状间隙注。

5  结语

本文主要对侧穿哈工大香坊筒子楼高层及其南北侧多层建筑进行分析重难点及相应的技术措施，在25m左右的地方有约0.52m没有管棚覆盖，可以在隧道曲率外侧增加2根管棚解决此事。总结水平定向钻进方法原理钻进方法，介绍钻头控制原理，并提出了管棚工作室的布置以及管棚打设工艺，提出大管棚施工工艺流程。

参考文献

[1] 李兆平，史磊磊.北京地区暗挖地铁车站结构设计方法研究进展综述[J].隧道与地下工程灾害防治，2019，1（3）：14-21.

[2] 邓一，沙鹏，练浩，等.层状岩体隧道CRD法施工工序数值模拟研究[J].公路，2020（4）：377-382.

[3] 邢宇祺.浅埋软弱围岩暗挖隧道超前变形规律及控制模型试验研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[4] 宋子文.城市暗挖隧道邻近的既有建筑物风险辩识及控制技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.

[5] 刘文彬，任大勇.隧道穿越浅埋段沟谷长管棚注浆加固施工技术[J].煤炭工程，2018，50（10）：30-32.

[6] 熊熊.软弱围岩隧道长管棚超前支护施工技术探讨[J].四川建材，2018，44（6）：108-109.