談隧道超前支護(hù)護(hù)護(hù)施工技技術(shù)--非開挖技技術(shù)術(shù)在隧道道施工工中的應(yīng)應(yīng)用

來源：北京中中中鐵隧建筑筑有有限公司司

摘

要：從隧道道超超前支護(hù)護(hù)的施施工工藝藝著手手，介紹紹了幾幾種用非非開挖挖技術(shù)施施作隧隧道超前前支護(hù)護(hù)的方法法，并并進(jìn)一步步說明明了其中中若干干問題，為為達(dá)達(dá)到質(zhì)量量最好好、效率率最高高、經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益益最大化化的隧隧道超前前支護(hù)護(hù)施工提提供參參考作用用。

關(guān)鍵詞詞詞：隧道超超前前支護(hù)非開挖技技術(shù)應(yīng)用

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引言

隨著城城城市地下下空間間建設(shè)和和開發(fā)發(fā)的不斷斷加快快，對地地下工工程施工工技術(shù)術(shù)的要求求也在在不斷提提高。由由于淺埋埋暗挖挖法具有有無可可比擬的的優(yōu)越越性，已已成為為城市地地下工工程施工工的主主要方法法之一一。城市市地下下工程絕絕大多多數(shù)位于于繁華華地段和和靠近近密集建建筑物物或居民民區(qū)，因因此控制制好施施工過程程中引引起的地地表下下沉和對對周邊邊結(jié)構(gòu)物物的影影響，是是淺埋埋暗挖法法施工工成敗的的關(guān)鍵鍵。

經(jīng)過近近近幾年來來的不不斷發(fā)展展和實實踐，隧隧道超超前支護(hù)護(hù)作為為一項保保證隧隧道開挖挖安全全、保護(hù)護(hù)地面面建筑以以及控控制地表表沉降降等的技技術(shù)越越來越受受到重重視，其其應(yīng)用用也越來來越廣廣泛。隨隨著隧隧道超前前支護(hù)護(hù)施工的的不斷斷發(fā)展，新新工工藝、新新技術(shù)術(shù)也不斷斷涌現(xiàn)現(xiàn)，極大大的提提高了地地下工工程的施施工安安全和施施工效效率。而而非開開挖技術(shù)術(shù)作為為一項新新興的的施工技技術(shù)由由初期的的市政政地下管管線的的鋪設(shè)，向向城城市隧道道暗挖挖施工的的超前前支護(hù)技技術(shù)方方向延伸伸，并并已顯示示了較較大的優(yōu)優(yōu)越性性。

1

工藝原理理

隧道超超超前支護(hù)護(hù)又名名管棚支支護(hù)，就就是沿著著隧洞洞開挖輪輪廓周周線，用用特定定的機器器把一一系列鋼鋼管順順著隧道道軸線線方向按按一定定次序打打人開開挖前方方的地地層內(nèi)，然然后后向管內(nèi)內(nèi)注漿漿固結(jié)管管子周周圍的圍圍巖，最最終形成成一個個棚架支支護(hù)體體系，以以支撐撐來自外外側(cè)的的圍巖壓壓力，從從而保證證其隧隧洞開挖挖、襯襯砌的連連續(xù)性性和安全全性。特特定的機機器主主要是指指用來來進(jìn)行非非開挖挖施工的的水平平定向鉆鉆機和和夯管錘錘。

2

施工工藝藝

目前，施施作大管管棚的的工藝很很多，其其中非開開挖技技術(shù)施作作大管管棚就是是其中中的一類類。而而非開挖挖技術(shù)術(shù)施作管管棚的的方法又又分為為夯管錘錘直接接夯進(jìn)法法、水水平定向向鉆機機頂進(jìn)法法、水水平定向向鉆機機回拖法法、夯夯管錘和和水平平定向鉆鉆機結(jié)結(jié)合法幾幾種。

2.111

工藝流程程

利用非非非開挖技技術(shù)施施作大管管棚的的工藝流流程見見圖1-圖4。

2.222

施工步驟驟

2.2...1

施工準(zhǔn)備備

在開始始始施工之之前，先先對施工工區(qū)域域地下管管線和和地質(zhì)情情況進(jìn)進(jìn)行詳細(xì)細(xì)探測測，弄清清地下下管線位位置和和是否有有障礙礙物，防防止施施作時破破壞地地下管線線及制制定相應(yīng)應(yīng)的措措施。如如在含含卵石或或有障障礙物地地層中中用夯管管錘施施作管棚棚時，在在鋼管夯夯入頭頭安裝切切削頭頭，防址址鋼管管頭變形形影響響管棚精精度；；根據(jù)不不同地地質(zhì)情況況，選選擇合適適的鉆鉆頭、回回擴(kuò)器器、合適適泥漿漿配置方方案以以及進(jìn)行行鉆進(jìn)進(jìn)曲線設(shè)設(shè)計，保保護(hù)好地地下管管線的安安全。圖1夯管錘直直接夯夯進(jìn)法工工藝流程程圖圖2

水平定定定向鉆機直直接接頂進(jìn)鋼鋼管法法工藝流流程圖圖圖3

水平鉆鉆鉆機回拖鋼鋼管管法工藝藝流程程圖圖4

水平鉆鉆鉆機和夯管管錘錘結(jié)合法法工藝藝流程圖圖

用水平平平定向鉆鉆機直直接頂進(jìn)進(jìn)法施施工時，為為了了加強其其頂進(jìn)進(jìn)過程中中的導(dǎo)導(dǎo)向作用用，提提高管棚棚的精精度，還還需要要用制作作管棚棚的鋼管管自制制一個楔楔形鉆鉆頭，鉆鉆頭前前要滿焊焊一塊塊加工有有射水水孔的鋼鋼板，孔孔徑大小小根據(jù)據(jù)管徑大大小確確定，一一般在在10-2200mm之間。并并且且在鉆頭頭里加加工一個個裝探探棒腔的的定位位裝置，探探棒棒腔里裝裝有探探棒，用用來進(jìn)進(jìn)行導(dǎo)向向控制制，結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖圖5所示。無無線線探棒是是通過過發(fā)射無無線信信號傳遞遞導(dǎo)向向信息，而而鋼鋼管對無無線信信號有屏屏蔽作作用，因因此要要在楔形形鋼管管鉆頭上上加工工適當(dāng)?shù)牡目p隙隙，有利利于信信號的發(fā)發(fā)射，增增強其導(dǎo)導(dǎo)向作作用。圖5

自制的的的鋼管鉆頭頭結(jié)結(jié)構(gòu)示意意圖

在用水水水平定向向鉆機機和夯管管錘相相結(jié)合法法施工工時，由由于要要進(jìn)行擴(kuò)擴(kuò)孔操操作，為為了提提高管棚棚精度度，需要要加工工一個特特殊的的回擴(kuò)頭頭，回回擴(kuò)頭兩兩端都都是錐形形，并并且上面面有射射水孔，具具體體形狀如如圖6所示?；鼗財U(kuò)擴(kuò)頭是通通過絲絲扣接頭頭與鉆鉆桿連接接；在在回擴(kuò)頭頭表面面加工排排泄泥泥漿的螺螺旋槽槽；回擴(kuò)擴(kuò)頭直直徑中根根據(jù)管管棚的大大小來來定。圖6

回擴(kuò)頭頭頭示意圖

2.222.2

設(shè)備的安安裝裝、就位位

按照設(shè)設(shè)設(shè)計要求求和施施工條件件，準(zhǔn)準(zhǔn)確把設(shè)設(shè)備進(jìn)進(jìn)行安裝裝、調(diào)調(diào)試和就就位，使使設(shè)備的的位置置、安裝裝角度度等符合合施工工要求。

用夯管管管錘施工工時，牢牢固鋪設(shè)設(shè)鋼管管導(dǎo)軌和和安裝裝夯管錘錘基座座，在每每次安安裝出土土器、夯夯管錘以以及錐錐套時，用用測測量儀器器進(jìn)行行檢測，保保證證二個部部件的的中心線線在同同一直線線上。進(jìn)進(jìn)行空壓壓機的的調(diào)試，以以準(zhǔn)準(zhǔn)備夯擊擊，同同時要注注意導(dǎo)導(dǎo)軌地基基堅固固穩(wěn)定，鋪鋪設(shè)設(shè)的管線線越長長，地基基的穩(wěn)穩(wěn)定性越越重要要。導(dǎo)軌軌要選選用重型型槽鋼鋼、工字字型鋼鋼，而且且作導(dǎo)導(dǎo)軌的型型鋼必必須調(diào)直直，對對于大直直徑鋼鋼管(φ210mmm以上)，一般采采用用兩根工工字鋼鋼作導(dǎo)軌軌。工工字鋼安安裝要要平直，并并根根據(jù)鋼管管可能能的偏斜斜趨勢勢適當(dāng)上上揚或或下調(diào)一一定角角度，以以抵消消一部分分可能能的偏斜斜。一一般在軟軟地層層中鋼管管容易易向下偏偏斜。

用水平平平定向鉆鉆機施施工時，在在開開始安裝裝設(shè)備備前，先先校核核探棒的的準(zhǔn)確確性。根根據(jù)設(shè)設(shè)計要求求，用用測量工工具準(zhǔn)準(zhǔn)確定位位水平平定向鉆鉆機的的位置、方方向向、角度度，并并且將鉆鉆機固固定好，防防止止鉆機在在推力力和扭矩矩的作作用下出出現(xiàn)傾傾斜和移移動，影影響管棚棚精度度。同時時考慮慮到鋼管管自身身有撓度度、地地層的具具體情情況以及及鉆機機在操作作過程程中產(chǎn)生生的誤誤差，在在調(diào)整整鉆機時時一般般先放一一個仰仰角，角角度的的大小主主要是是根據(jù)管管棚的的長度、鋼鋼管管壁厚以以及地地層條件件等因因素來定定，一一般在1％-2％。

2.222.3

導(dǎo)向鉆進(jìn)進(jìn)、擴(kuò)擴(kuò)孔

導(dǎo)向孔孔孔是回擴(kuò)擴(kuò)、回回拖管線線的基基礎(chǔ)，導(dǎo)導(dǎo)向孔孔的質(zhì)量量將直直接影響響到以以后各道道工序序的施工工。在在鉆進(jìn)過過程中中，通過過導(dǎo)向向儀隨時時進(jìn)行行監(jiān)控，盡盡量量保證鉆鉆進(jìn)軌軌跡與設(shè)設(shè)計的的鉆進(jìn)曲曲線重重合。如如有偏偏離，應(yīng)應(yīng)及時時糾偏，糾糾偏偏遵守“勤糾少糾”的原則。

為了能能能更好的的成孔孔，保證證鉆進(jìn)進(jìn)順利，要要根根據(jù)地質(zhì)質(zhì)情況況及時調(diào)調(diào)配泥泥漿和控控制泥泥漿的流流速。泥泥漿的主主要作作用是保保護(hù)孔孔壁、防防止鉆鉆孔坍塌塌以及及攜帶和和懸浮浮鉆肩，并并排排到孔外外，冷冷卻和沖沖洗鋼鋼管，起起到潤潤滑作用用，減減小鉆機機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)及推進(jìn)進(jìn)阻力力，保證證施工工順利暢暢通。有有時為提提高泥泥漿的潤滑性，降低低低摩擦阻阻力，增增強攜屑屑效果果，需加加入增增黏劑和和潤滑滑劑。在在鉆進(jìn)進(jìn)過程中中要根根據(jù)地層層情況況和壓力力情況況及時調(diào)調(diào)整泥泥漿稠度度和鉆鉆機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，及及時記錄錄各種種技術(shù)參參數(shù)。

擴(kuò)孔就就就是把導(dǎo)導(dǎo)向孔孔通過回回擴(kuò)頭頭擴(kuò)至施施作鋼鋼管所需需要的的孔徑大大小，滿滿足鉆機機的工工作功率率?；鼗財U(kuò)頭的的直徑徑應(yīng)滿足足其回回擴(kuò)后的的孔徑徑為鋼管管直徑徑的1.3倍。

2.2...4

鋼管的施施作作

根據(jù)選選選用的施施作方方法，用用相應(yīng)應(yīng)的設(shè)備備把鋼鋼管送(水平鉆機機直直接推進(jìn)進(jìn)、回回拖或者者夯管管錘夯擊)人土層中中，形形成管棚棚支護(hù)護(hù)系統(tǒng)。

用夯管管管錘施作作管棚棚時，由由于鋼鋼管是非非控向向的，所所以第第一節(jié)鋼鋼管的的夯進(jìn)是是保證證管棚精精度的的關(guān)鍵。夯夯進(jìn)進(jìn)第一節(jié)節(jié)鋼管管時，必必須非非常慎重重，按按照管棚棚設(shè)計計要求，準(zhǔn)準(zhǔn)確確調(diào)節(jié)好好第一一節(jié)鋼管管方向向、角度度，然然后輕微微開啟啟空壓機機閥門門，慢慢慢夯進(jìn)進(jìn)鋼管，保保證證第一節(jié)節(jié)鋼管管準(zhǔn)確夯夯入土土層。同同時要要注意所所夯鋼鋼管的長長度要要與鋼管管直徑徑、壁厚厚相匹匹配。大大管棚棚施工時時，一一定要采采用合合適壁厚厚的鋼鋼管，使使鋼管管能承受受相應(yīng)應(yīng)夯管錘錘型號號的夯擊擊力，使使管棚達(dá)達(dá)到設(shè)設(shè)計要求求。具具體匹配配見表表1。表1

鋼管直直直徑、壁厚厚匹匹配表

用水平平平鉆機直直接推推進(jìn)鋼管管法施施作時，開開始始推進(jìn)第第一節(jié)節(jié)鋼管時時，在在開孔階階段采采取低速速低壓壓，待鋼鋼管進(jìn)進(jìn)入一段段距離離(一般是1m左右)后，壓力力逐逐漸升高高，達(dá)達(dá)到合適適值(根據(jù)現(xiàn)場場條條件而定)，鉆速升升致致正常轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。在在鉆進(jìn)過過程中中，必須須在鋼鋼管內(nèi)注注壓力力水(泥漿)，以沖掉掉鋼鋼管前端端泥土土，潤滑滑鋼管管外表面面，減減小鉆進(jìn)進(jìn)阻力力和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)扭矩矩，使鋼鋼管能能順利旋旋轉(zhuǎn)前前進(jìn)，因因此，鋼鋼管不能能開注注漿孔。

在鉆進(jìn)進(jìn)進(jìn)過程中中，通通過導(dǎo)向向儀隨隨時進(jìn)行行監(jiān)測測，及時時掌握握鉆進(jìn)數(shù)數(shù)據(jù)。如如果壓力力水(泥漿)未及時把把鋼鋼管前面面的土土沖掉，會會使使水壓和和推力力突然增增大，這這時把鋼鋼管來來回推動動，使使水盡量量把泥泥土沖掉掉，達(dá)達(dá)到正常常的運運轉(zhuǎn)范圍圍。

開始鉆鉆鉆進(jìn)時，在在人人土處焊焊一個個定位三三角架架卡好鋼鋼管，防防止由于于鋼管管旋轉(zhuǎn)帶帶來的的偏移，保保證證鋼管的的中心心線在開開孔處處沿著設(shè)設(shè)計軌軌跡前進(jìn)進(jìn)。

2.222.5

鋼管的連連接接

主要有有有絲扣和和電焊焊兩種方方式連連接鋼管管。根根據(jù)不同同的施施工方法法采用用不同的的連接接方式。用用夯夯管錘夯夯擊鋼鋼管時一一般用用滿焊，焊焊縫縫處加綁綁鐵的的方式連連接，使使焊縫處處能承承受較大大的夯夯擊力；；用水水平鉆機機施作作時一般般用絲絲扣連接接，使使鋼管接接頭處處能傳遞遞較大大的軸向向力和和扭矩。不不論論采取哪哪種方方式，在在加裝裝鋼管時時，都都必須注注意檢檢查鋼管管是否否彎曲，全全部部管子中中心線線是否在在同一一直線上上。

2.222.6

注漿

在管棚棚棚施作完完以后后，需在在鋼管管上開注注漿孔孔進(jìn)行注注漿，以以固結(jié)管管子周周圍的圍圍巖，最最終形成成一個個棚架支支護(hù)體體系，使使管棚棚能起到到支護(hù)護(hù)作用。在在用用水平鉆鉆機直直接推進(jìn)進(jìn)鋼管管法施作作時，由由于鋼管管是當(dāng)當(dāng)鉆桿使使用，所所以不能能在鋼鋼管上開開注漿漿孔。在在采用用水平鉆鉆機和和夯管錘錘結(jié)合合的方法法施工工時，由由于是是鉆大孔孔夯小小管，所所以必必須在鋼鋼管上上開孔注注漿，以以減少管管棚與與孔壁間間的間間隙，防防止產(chǎn)生沉降。

3

適用范圍圍與與應(yīng)用

3.111

使用范圍圍

由于傳傳傳統(tǒng)的管管棚施施工方法法存在在鋪管方方向控控制難，一一次次性支護(hù)護(hù)長度度短，降降低了了隧道開開挖效效率，提提高了了施工成成本。其其現(xiàn)有的的管棚棚設(shè)備已已無法法滿足長長、大大管棚的的鋪設(shè)設(shè)要求。而而使使用非開開挖技技術(shù)進(jìn)行行管棚棚施作，較較好好地解決決了這這些不足足，既既能鋪設(shè)設(shè)長、大大管棚，又又能能很好的的控制制管棚的的精度度。但是是不同同的地質(zhì)質(zhì)，使使用的施施工方方法和施施工設(shè)設(shè)備各有有不同同。

使用夯夯夯管錘施施作管管棚時，適適用用的管徑徑范圍圍較大，但但是是由于大大管棚棚的管徑徑一般般都在φ377mmm以下(少數(shù)也達(dá)達(dá)到φ400mmmm)，根據(jù)管管徑徑與長度度匹配配表以及及地層層條件，該該方方法施作作管棚棚的長度度一般般在30m以內(nèi)。同同時時，該方方法對對地層的的適應(yīng)應(yīng)性強，既既適適應(yīng)于含含水層層，也適適應(yīng)于于卵石層(要求卵石石粒粒徑不超超過鋼鋼管直徑徑即可可)。但是夯夯管管錘聲音音大，不不宜在居居民區(qū)區(qū)、學(xué)校校等對對聲音環(huán)環(huán)境要要求高的的地方方施工。

水平定定定向鉆機機直接接頂進(jìn)鋼鋼管法法一般用用于φ130-φ175mmm，長度小小于30m的管棚施施工工，但是是在非非粘土層層和礫礫石層中中施工工困難，一一般般適用粘粘土層層。

水平定定定向鉆機機回拖拖鋼管法法施工工速度快快，對對地表干干擾小小，可控控制鋪鋪管方向向，施施工精度度高，可可以開注注漿孔孔等優(yōu)點點，一一般適用用于φ108-φ500mmm，長度小小于70m的管棚施施工工。但是是用該該方法施施作管管棚，對對施工工場地要要求較較大，必必須兩兩邊都有有施作作空間，而而且且導(dǎo)向鉆鉆進(jìn)不不適用于于砂層層和礫石石層，一一般適用用于黏黏土層。

水平定定定向鉆機機和夯夯管錘結(jié)結(jié)合施施工的方方法適適用于軟軟土層層，不適適用于于沙層和和礫石石層。在在機器器丁作功功率滿滿足施工工的情情況下，一一般般適用于φ108-φ210mmm、長度15-4400m的管棚施施工工。但是是該工工藝對操操作人人員的技技術(shù)要要求高，輔輔助助施工時時間較較長，其其施丁丁速度較較慢，不不適用于于工期期緊張的的工程程。

3.222

應(yīng)用實例例

從上面面面的施工工工藝藝說明可可以知知道，每每種工工藝既有有各自自的優(yōu)點點，也也有其不不足之之處。施施工時時，要根根據(jù)管管棚的設(shè)設(shè)計要要求和現(xiàn)現(xiàn)場的的施工條條件以以及經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益益選擇合合