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 1
2.编制依据 1
3.适用范围 1
4.施工准备 1
4.1技术准备 1
4.2施工准备 1
5.劳动力组织 1
6.材料要求 2
6.1棚管加工 2
6.2水泥 3
6.3砂子 3
6.4水玻璃和外加剂。 3
7.主要施工机具设备 3
8.先钻孔后插管引孔导入法施工工艺流程 3
9.引孔导入法的施工方法 4
9.1管棚设计 4
9.2管棚工作室（套拱）施工 5
9.2.1洞内管棚工作室 5
9.2.2洞外套拱导向系统 5
9.3搭钻孔平台安装钻机 7
9.4钻孔 7
9.5清孔验孔 7
9.6安装管棚钢管 8
9.7注浆 8
10.质量控制要点 9
10.1质量控制标准及检验方法 9
10.2质量控制要点及措施 9
11.常见问题及处理方法 10
12.安全及环保要求 10
12.1安全控制要点及措施 10
12.2环境保护 11
13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
⑴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；
⑵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；
⑶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
⑴根据工程进展情况，提前加工好棚管及相关配件；
⑵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；
⑶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
35

6.材料要求
6.1棚管加工
棚管常采用直径为φ89mm、φ108mm、φ159mm的无缝钢管制作，管棚壁厚一般为6～8mm。管身钻孔，孔眼直径8～10mm，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Φ20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[2005]160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：50～100m；孔径≥150mm；钻孔角度：0～360°；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≥（10～12.5）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
≥2m3
6
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20～30根，双线隧道每环约30～45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20m～40m不等，管棚外插角1°～5°，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0.5～1.0MPa。

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3～4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20～30mm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8～10mm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Φ18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30～40cm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0.5～1.0MPa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1～2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
1°
±150
±50
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
⑴ 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。
⑵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。
⑶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。
⑷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/h
5～10
不同岩层对进度影响较大
2
清孔
min
10

3
安装注浆管
m/h
30

4
注浆
m3/h
5
与注浆机功率有关

第 11 页 共 11 页