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地铁隧道φ159长大管棚施工工法
第二工程有限公司华东地铁公司 马天文
一、前言
随着我国经济的迅速发展，各大城市都准备修建地铁，在建筑物林立的城市市区进行地铁开挖也将越来越多。如何在不影响地表建筑物安全的前提下进行地铁施工将是我们面临的一个新课题。
在南京地铁南京站~红山动物园站区间隧道过红山饭店段施工中，针对地表沉降要求高、隧道埋深浅的特点，运用38m长φ159大管棚做隧道超前预支护，保证了地表房屋和隧道施工的安全并节约了资金。
二、工法特点
1、可以将地表沉降控制在允许范围内，确保地表建筑物的安全。 2、施工方便，只需搭设一简易平台。
3、设备体积小，机动性强，机械易操作；劳动强度低，机械化程度高。 4、噪音小，无论是钻孔还是注浆作业，所用机具躁声和振动力都较小。 5、可以确保隧道施工安全、不塌方。
三、适用范围
1、城市闹市区中地铁区间隧道的开挖。 2、既有建筑物下的隧道修建。
3、软弱围岩、不良地质的地下工程开挖。 4、地表沉降要求高的地下工程开挖。
四、施工工艺
1、大管棚主要参数
（1）钢管规格：热轧无缝钢管Φ159，壁厚8mm，节长4m、6m。 （2）管距：环向间距中对中40cm （3）钻进深度： 38m
（4）倾角：钻杆与纵坡仰角采用1°（考虑钻杆下垂）
（5）钢管施工误差：径向不大于2cm，沿相邻钢管方向不大于10cm
（6）隧道纵向同一断面处的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少需要错开1m。 2、施工平台设置
采用钢管做操作平台，在平台四周挖一条20cm×20cm的排水沟，把水引向一个积水井中，再将其引排到水沟中。
3、导向护拱施工
为确保大管棚施工的精度，使钻头、钻杆钻进时始终保持同一钻进角度、方向。在管棚钻进前，先在施工平台上浇注管棚施工导向护拱。见图1。导向护拱内安设导向管（Φ180×6，长2m），导向管根据管棚进出口坐标，焊接定位固定于护拱内钢筋骨架上。为保证护拱内导向管安装的精度，焊接前须对每一根导向管位置进行坐标测量定位，为保证钢筋骨架的稳定，骨架采用三排钢筋拱架连接而成，施工时注意：调整导向坐标时考虑由于钻机沉落或其它因素而产生的各种偏差，取调整误差为1°，导向管调整3.5cm，用于角度控制，防止由于各种因素造成管棚下垂而导致侵入隧道限界。
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图1 导向护拱示意图导向护拱导向管隧道中心线施工平台隧底标高 4、Φ159大管棚加工及连接
为了确保隧道拱部围岩的稳定，形成一层加固壳，要对大管棚进行注浆处理，为了使浆液充分渗透，管棚采用花管。即在钢管上钻孔径为Φ15mm的注浆孔，孔眼排列呈梅花形布置，间距为15cm×15cm。
每一根管棚在安装最后一节时，在钢管上要预留1.5m长不钻注浆孔以起到止浆作用。 钢管的连接采用焊管连接法，具体方法如下：
在钢管每一个端头开4个1cm×15cm的口，内套一个40cm长Φ140的钢管，套管长20cm，焊接于管棚钢管一个端头，并把管棚端头的开口与内套管连接焊平，详见图2。
图2 大管棚加工及注浆示意图护拱导向管管棚预留注浆口用钢板焊死孔口止浆处（于导向管口焊死）拌合机1515cm浆池套管1515cm对接焊缝开口焊缝管棚1cm 5、钻孔
钻孔前用枕木及木板调整钻机位置，使钻杆能平顺地置于导向管内，钻杆不得出现变形，采取跳孔钻进，每钻完一孔及时进行清孔下管，防止暴露时间长而出现塌孔现象，待一期管棚全部完成后，及时进行连续注浆，然后再施工二期。在钻孔过程中及时检查钻孔方向的准
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确性，用测斜仪测量钢管钻进的偏斜度，同时要把钻芯取出来，并排列整齐，做好岩性记录，用以对隧道开挖提供超前地质预报。
6、顶进钢管棚
使用钻机自身的伸缩进行顶管，一旦出现顶进困难时，采用手动葫芦固定于护拱上辅助顶进，下管时考虑到钢管接头在同一断面上不能超过50%，所以下管时4m及6m钢管交叉使用。
7、注浆 （1）、水泥浆拌合
设置一个2m×2m×2m的浆池，可采用砌筑或用钢板焊接而成，拌合机放置于浆池上面。
注浆参数： 水泥浆：水玻璃（体积）1：0.5
水灰比 1：1
水玻璃 35玻美度 注浆压力 0.5～1Mpa
（2）注浆施工
注浆前先用浆液把孔中水压出管外，待浆液流出并且流出浆液浓度与浆池中相同时，立即用钢板密封钢管孔口，通过钢管上预留的注浆孔进行注浆，加压并要稳定压力在0.5～1Mpa之间，尽量不要间断注浆，注浆顺序自下而上，水泥浆要时刻进行搅拌，以保证浆液度相同，同时检测流量、再续注。
五、机具设备（见表1）
表1 机具设备 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 钻机 注浆机 电焊机 水泥搅拌机 手动葫芦 水泵 测斜仪 水管 枕木 木板 型号 XY-2B BW-250 Φ50 数量 2台 2台 2台 2台 4台 2台 2个 80m 5 m3 4m3
六、劳动组织
采用2班制，每班由12人组成，详见表2。
表2 劳动组织 序号 工种 职责范围 1 机长 负责施工管理 2 钻工 负责钻机操作 3 泵工 负责水泵、注浆泵操作 4 电工 负责电路畅通 5 修理工 负责设备的维修 6 普工 协助工作 7 技术员 掌握技术、质量标准 人数 1 2 2 1 1 4 1
七、质量控制
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主要通过施工过程中的各工序操作、工艺参数等因素来控制质量，主要有： 1、孔位误差不大于5cm。
2钻孔时要进行抽芯取样，核对地质资料，同时进行钻深记录，核对管棚长度与钻孔深度是否一致。
3、用测斜仪经常进行测斜，确保管棚的精度。 4、根据冒浆情况，调整注浆参数。
八、安全措施
1、各种机具设备按照有关规程进行操作，专门设备由专人操作、养护维修。 2、操作平台要经常检查，以免失稳。 3、对地表房屋要进行监测。
4、做好操作平台四周的围挡工作。
九、效益分析
本工法较好的解决了在建筑物下进行地铁施工所带来的地表沉降问题，避免了对地面建筑物的破坏，并保证了隧道施工的安全，直接经济效益在千万元左右，例如，避免了建筑物的搬迁费、修理费和赔偿费等。
十、工程实例
南京地铁南京站~红山动物园区间有一段从红山饭店下方穿过，隧道埋深6m左右，隧道采用38m长φ159大管棚做超前预支护，顺利的通过了房屋，实践表明，φ159长大管棚做超前预支护在城市地铁施工是安全、可靠、可行的。
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