摘要：管棚法被用于城市地下铁道的暗挖施工，是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进的新技术。地铁多处于闹市区，受地下管线及不良地质影响，为了预防管线与地面沉降及拱顶土体坍塌的潜在危险，多设计大管棚施工。
关键词：地铁车站；暗挖法；管棚；预支护；精度；注浆效果
1 概述
大管棚是地铁暗挖工程超前支护非常有效的一种手段，在隧道内拱顶采用该施工工艺，能够确保结构下穿或侧穿建（构）筑物的稳定，而且后期对地表及管线沉降有较大的控制效果，其质量好坏直接影响到地铁暗挖初期支护施工过程的稳定状态。
在建的北京地铁3号线工人体育场站上层小导洞拱顶地层主要为细中砂和卵石层，该地层是一种典型的力学不稳定地层，其基本特征是结构松散、无胶结，呈大小不等的颗粒状，开挖后易变形，开挖过程中的扰动易诱发地层坍塌，周边地埋管线风险源较多。本文就针对该车站上层小导洞大管棚施工为例，阐述小导洞初期支护中特殊地层大管棚施工工艺及质量控制要点。
2 车站暗挖工程概况及大管棚施工参数
2.1车站概况
工人体育场站为3号线与17号线“T”字型换乘站，3号线在下，17号线在上。
3号线车站为岛式车站，车站长253.4米，总宽23.7米，有效站台长186米，站台宽14米，拱顶覆土厚度约12.5m，底板埋深约36.9m。主体结构为地下三层直墙三连拱结构，
17号线车站为岛式车站，车站长318.2米，总宽23.4米。主体结构为地下两层直墙三连拱结构，靠近换乘节点处局部为地下两层平顶直墙三跨结构，两层拱顶段覆土厚度约12.8m，两层平顶段覆土厚度约15.7m，底板埋深约29.3m。
工人体育场站1A横通道～车站西端距离为81.4米，5号横通道～交叉平直段距离为91.1米，在砂卵石地层打设如此超长大管棚，成孔、钢管跟进、孔位控制等施工工艺缺少成熟经验，在开工前选择代表性地层进行了多次试验，通过试验对比，大管棚施工工艺最终选择为潜孔偏心锤跟管法，即潜孔偏心锤冲击振动前方土体，使用风压将土体通过钻杆和套管之间的空隙排出套管端部。
2.2大管棚施工参数
主要材料包括φ108×6mm无缝钢管、1:1水泥砂浆，主要设备有YG-100工程钻机及ZML-160型号钻机、SYB-60/5注浆泵、SJY-双层立体式搅拌桶、钻杆（1、1.5m，根据现场需要）、GL70遥显仪及探棒、0-4MPa压力表等。
3 施工工艺及质量控制要点
3.1大管棚施工工艺
施工准备→测量定位→墙体初支混凝土凿除→钻机进场、钻机就位→导向管安装及冲击器定位→钻孔跟进钢管→孔口密封处理→管棚注浆→效果检查→结束
（1）测量放线与钻机就位
在工作断面前搭设钻机操作平台，由测量员放出隧道开挖轮廓线，在隧道开挖轮廓线外20cm处标定钻孔入土点。钻机运至作业面后必须固定牢固。调整钻机钻杆轴线与导向管轴线相吻合。
（2）导向管安装及钻杆定位
沿预施做大管棚支护的孔位范围，采用风镐凿出导向孔位并打入导向管，确保钻杆引入φ108钢管时具备足够精调空间并能在钻进过程限制其偏离。调整钻机高度，将钻具放入导向孔套管中，使导向孔、钻机立轴和钻杆在一条直线上，并用仪器量测这一条直线的角度。
（3）钻孔
在确认钻孔方向和角度满足设计要求后方可开钻。钻孔过程中要始终注意钻杆角度的变化，并保证钻机不移位。每钻进10m要用仪器复核钻孔的角度是否有变化，以确保钻孔方向。
（4）清孔验收
成孔后对孔深进行检查，确保与设计相符。用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
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（5）管棚钢管跟进与安装
根据管棚打设长度，冲击器初始定位采用1°～2°上仰角进行钻孔，管棚钢管采用丝扣连接，同一断面上的管接头数不超过50%，接管要及时、快速。钻机钻杆轴线与导向管轴线相吻合。钻孔采用跳孔方法进行管棚施工。成孔跟管达到设计深度后，方可反转回退钻杆施工。
（6）孔口密封：
用带连接注浆管的钢板与管棚钢管焊接牢固，然后再将管棚钢管与钻孔环形空间用干硬砼料封堵密实。
注浆
安装好钢管后及时对孔内注浆。
2）注浆材料采用1:1水泥砂浆，采用注浆机将浆液注入管棚钢管内。
3）注浆量应满足设计要求，注浆体积不小于孔内体积；若注浆量超限，未达到压力要求，应持续注浆至压力达到设计要求。
3.2施工质量控制要点
大管棚施工质量控制要点包括：砂卵石地层长距离管棚打设、施工精度控制、施工沉降控制等。
（1）砂卵石地层中长距离管棚打设。
为克服长距管棚施工中钢管与地层的摩擦产生的阻力，现场采用较大功率的ZML-160型钻机进行成孔作业，必要时加入膨润土、润滑剂降低钢管与地层的摩擦。
（2）管棚施工精度控制。
随着不断钻进，时刻观察探头角度变化情况，角度偏差偏大时，及时纠偏。准确做到初始角度控制，加强过程量测，通过信息来反馈施工，遇到特殊地质采取慢进，反复冲击控制角度等有效措施。
（3）管棚施工沉降控制。
1）建立沉降预警机制，加强沉降监测，沉降监测频率每天不少于1次。
2）保持孔道畅通，注浆时要让浆液能够返回到孔口，适当加大注浆量。
3.3异常情况处理
（1）坚硬异常障碍物
在钻进过程中遇坚硬异常障碍物导致钻进困难，在排除既有管线和建构筑物的基础上，可采取更换钻机或更换合金牙轮钻头，增强钻进动力、增强钻头强度。
（2）冒浆
注浆过程中认真观察地表及相邻管线的变化情况，由于浆液的进入，引起地层变化，封闭强度较低的地方，首先可能会冒出浆液，这就需要在冒浆处加以堵塞，必要时采取间歇注浆方式，以保证浆液有效的注入地层。
（3）注浆压力变化：
注浆过程中，控制注浆压力，过大或过小的注浆压力都不能满足施工需要，如果压力过低检查是否有漏浆之处，或浆液通过地下某些管道流走，压力过高检查管路或混合器是否被堵塞。施工时控制好注浆终压不能高于规定的注浆压力值。
（4）注浆泵异常：
在注浆过程中，由于凝胶时间短，管路在两种浆液混合过程中，不可避免的发生凝固和堵塞现象，此时注浆泵会由于管路故障而提高压力，机器发出异常的声音，压力表指示压力上升，如果不及时处理会产生高压伤人危险事故。
4大管棚常见问题及预控、处理措施
4.1相邻的钻孔相撞和立交
原因：钻杆初始方向偏差较大，相邻两孔相交方向钻进；钻进过程中钻机移位；钻头遇障碍物水平偏离。
措施：严格预控，控制钻杆初始钻进方向，钻机必须固定牢固，做好钻孔前验收。
4.2侵入隧道开挖线内
原因：钻杆初始角度错误；钻头遇障碍物竖向向下偏离；钻进过程中复核钻孔角度，造成的误调整。
措施：严格预控，控制钻杆初始钻进角度，做好钻孔前验收。侵界棚管割除后视开挖后注浆效果，在该孔位采取深孔注浆等措施补强。
4.3管内凝固浆体不饱满
原因：注浆压力表失效导致不能正确控制注浆压力；未达到单孔注浆结束条件即停止注浆；未及时进行有效封堵，导致浆液流失。
措施：做好注浆前施工准备工作检查，督促施工单位严格执行技术交底，对方案中施工工艺不合理的地方根据实际情况进行修订。
结语：
北京地铁3号线工人体育场站已成功完成多段大管棚施工，在施工过程中严格按图纸及规范要求施工，在开挖过程中拱顶土层稳定，拱顶沉降很小，说明本工程管棚作为预支护措施，与周围土层和初期支护结构形成了整体稳定状态，超前支护质量得到了满意的效果。
参考文献：
[1]《地下铁道工程施工质量验收标准》（GBT 50299-2018）
[2]《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）
[3]《地铁暗挖隧道注浆施工技术规程》（DBJ01-96-2004）
论文作者:魏宁,关红军
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/19
标签：注浆论文; 钻机论文; 钻杆论文; 钻孔论文; 地层论文; 浆液论文; 拱顶论文; 《防护工程》2019年第5期论文;