水平定向钻 夯管锤施工大管棚工法.doc

PAGE 水平定向钻+夯管锤施工大管棚工法 工法编号：GZSJGF 07-04-15 中铁隧道集团有限公司北京分公司 葛亮、刘继强、林少杰 一、前言 大管棚超前支护是在软弱地层进行浅埋暗挖隧道施工常用的一种预支护形式。传统的大管棚施工方法一般为地质钻机钻进成孔或洛阳铲人工打设成孔，施工工艺较为落后，成孔方向精度差，侵占隧道净空现象屡有出现，且打设长度有限，没有护壁措施，严重影响管棚安装质量，引起地表较大沉降。中铁隧道集团有限公司在北京地铁五号线06标段东单车站大管棚支护和北京地铁十号线0标段黄庄站大管棚支护工程中，采用水平定向钻机成孔+夯管锤夯进技术，成功施作了大管棚，保证了管棚的设计长度和设计精度，管棚施工引起的沉降很小，获得了较好的技术效果，取得了一定的社会效益。本工法在两工程大管棚施工技术的研究总结中形成。 二、工法特点 （一）施工精度高 水平定向钻机采用无线导向系统，可确保管棚导向孔的成孔误差在±100mm以内。夯管锤安装管棚时，管棚通过与导向孔方向一致的导轨进行安装，使管棚的安装精度误差可控制在±100mm以内。 （二）地表沉降控制好 施作导向孔时，全程采用泥浆护壁，可以保证施工过程中不塌孔并减少土层流失；夯管锤施工时，钢管沿导向孔夯入，其直径大于导向孔的直径，且管棚钢管前端为圆锥形并封闭，夯管时土体沿导向孔周边向外挤压密实，加速管棚周围的土层固结并补偿部分土层损失，使施工过程中地表沉降很小。 （三）施作长、大管棚潜力大 采用夯管锤安装管棚，能有效提高管棚的作业长度和管径。目前的施工经验已可施作50m的长管棚，最大管径可达φ377mm。根据工程的实际情况及地质条件，采取此工法施工管棚的长度和管径还有很大的上升空间。 （四）机械性能好、施工速度快 水平定向钻机和夯管锤这两种设备体积较小，就位、移动方便，机械性能好，施工速度较快。 三、适用范围 （一）各种软弱土层，以及含卵石的最大粒径≤1/3管径的地层； （二）在地下水位以上的地层或地下水含量较低的地层。 （三）单根管棚长度在50m以内、管径小于φ400mm的长大管棚。 四、工艺原理 运用水平定向钻机施作导向孔、再用夯管锤安装管棚，从而使施作完成的管棚精度、质量达到更佳效果。 （一）导向孔钻进施工原理 在软质的土层中，导向钻进使用射流辅助切削钻头，钻头底唇面是一个斜面，用以控制钻进方向。当钻头连续回转时钻进直孔，而保持钻头不回转加压钻进时，则钻孔偏斜钻进。在钻具内或在紧接其后部位安装有电子信号探头（发射器），用于测量孔底钻具的位置信息，并将信息通过编码后以电磁信号发射给跟踪接收器。钻进过程中，探头（发射器）发射的信号到地表后，由导向人员手持的接收器接收。操作人员根据这些数据及其处理这些数据得到的图表，采取适当的技术措施调整孔内控制钻进方向的斜面板，从而控制钻孔的轨迹，达到设计的方向、深度和其他要求。 （二）管棚夯进施工原理 夯管锤为一个低频、大冲击力的气动冲击器，由压缩空气驱动。在夯管施工过程中，夯管锤产生较大的冲击力，直接作用在钢管的后端，通过管体传递到前端头切削土体，并克服土层与管体之间的摩擦力使钢管不断进入土层。 五、施工工艺 （一）施工工艺流程 水平定向钻机成孔+夯管锤夯进施工工艺流程见图1。 图1 水平定向钻机成孔＋夯管锤夯进施工工艺流程图 图1 水平定向钻机成孔＋夯管锤夯进施工工艺流程图 施工准备 仪器调试 导向孔成孔 泥浆制作、钻进监测 夯管锤就位 验　收 设备撤场 管内注浆填充 空压机调试 钢管满焊连接 设备安装 夯进钢管 （二）施工方法及主要技术措施 1、总体施工顺序 先沿管棚设计线路（中线、标高）位置对设备进行定位，再用水平钻机按设计线路施作导向孔，完成导向孔后随即用夯管锤进行管棚安装。 2、水平定向钻机成孔施工 （1）工作场地整理完成后，按照设计顺序准确安装水平定向钻机。在安装牢固，管路连接准确无误后进行操作； （2）配置泥浆，准备钻进施工； （3）严格按使用技术规程使用导向仪器，先细心调试，直到精度测量误差小于10cm为止； （4）在每一根钻杆钻进过程中严格控制钻进参数，导向员导向过程中要及时与司钻人员联系沟通，确保钻孔施工准确无误，使成孔位置精确。 （5）在地表布设地面沉降点，严格按测量技术规范要求进行监测，准确测量各项参数，随时准确掌握地面沉降情况； （6）钻机钻进时采用“快旋慢推”和全程泥浆护壁法，从工艺上保证导向孔的成孔质量； （7）如管棚间距较小时，采用间隔钻进法进行施作，以减少施工对土壤扰动的影响，起到更好的地表沉降控制作用。 （8）钻进到设计深度后，逐节快速撤出钻杆。 （9）导向孔大小根据管棚直径、地层情况合理选择，如果管棚直径较大，还需要对导向孔进行扩孔施工，扩孔施工与导向孔施工方法相同。 （10）水平定向钻机钻进施工