（中铁工程设计咨询集团有限公司城市轨道交通设计研究院，北京100055）
摘要：结合浅埋暗挖隧道下穿市政道路施工实例，阐述非开挖导向一次性跟管钻进的技术原理及工艺，介绍其在长管棚施工中的特点及技术措施。
关键词：超长管棚；导向；技术
前言
随着城市地下空间建设和开发的不断加快，对地下工程施工技术的要求也不断提高，隧道施工工艺也日趋成熟，各种支护方法相继出现。在浅埋暗挖隧道施工时，为解决隧道穿越软弱、富水围岩，并能有效控制沉降，一般以长管棚作为超前支护手段。但就传统的管棚工法而言也具有很多局限性，往往一次打设长度较短，或打设较长时轴线偏差较大而不能满足施工需要。莞惠城际轨道项目根据现场地质条件，经过理论上的探索与实践运用，采用非开挖导向技术解决长管棚轴线控制问题，加快施工进度，节约成本。
1工程概况
莞惠城际暗挖隧道依次下穿新城路、迎宾路、工业东路后进入市区，该暗挖区间与新城路、工业东路垂直交叉，其余部分基本沿迎宾路南侧绿化带下穿行，埋深为8～12m不等。隧道穿越范围内地下管线密集，种类繁多，其中下穿新城路范围为90m，隧道拱顶埋深10m，地表至拱顶范围均为素填土，隧道洞身范围为粉质粘土（具体线路关系如图1所示）。
为确保隧道安全穿越新城路主干道，在隧道拱部150°范围内设置Φ108mm（t=6mm）长管棚，管棚环向间距为0.3m，单根管棚100m，浆液采用1：1水泥浆，管棚之间打设Φ42mm（t=3.25mm）L=3m超前小导管。
2工艺原理
一次性导向跟管钻进管棚施工技术，是以管棚自身作为钻杆，钻杆内安装导向仪进行实时跟踪导向，在导向仪监测系统监控下完成整根管棚钻进施工（钢管之间连接采用内套丝连接）。然后撤出导向仪，封闭管口，安装注浆阀，压注1：1水泥浆液。
管棚钻机共有两根输入管路，一根接高压油泵，提供钻进动力，一根接高压水泵，向钻杆内注入高压水（跟管钻进管棚上不可设置花孔）,高压水通过钻杆由自制钻头射出，冲刷前方土体。高压水不仅起到冲刷、软化围岩，同时可降低钻头温度，保护导向仪的作用。
2.1导向原理
导向系统由电缆传感器（探棒）、远程显示器以及电源组成，其工作原理为位于钻头内的传感器将信号通过钻杆内的电缆直接传输到显示器上，实时监测钻头的钻进方位，据此确定钻进轨迹同设计轨迹的差异（具体如图2所示）。
2.2施工纠偏
管棚纠偏主要依靠钻头的特殊构造来达到纠偏目的，钻头采用导向专用鸭嘴板式钻头（如图2），结合高压水孔共同纠偏。需要纠偏时，当钻头斜面向下，在高压水及导向板作用下，给钻杆向前推力（此时钻杆不转动），钻头将逐步上抬，达到向上纠偏的目的，其他方向同理。
3.2施工准备
管棚施工前，应对施工区域地下管线及地质情况进行探测，调查清楚前方是否有障碍物或不良地质，防止管棚施工破坏地下管线或发生不良地质风险。在砂层中钻进需采用泥浆护壁，严禁直接使用高压水钻孔，否则砂层会随高压水流失，导致前方地层下陷。
为确保管棚位置及轴线准确，应在管棚起点做导向墙，安装孔口管。导向墙厚度为20cm喷射砼，喷射砼前先预埋φ127mm（t≥5mm）孔口管，孔口管长度为1.5m，中心位置同管棚位置。
根据长管棚施工区域不同，一般分为洞口管棚和洞身管棚两种。根据施工需要，洞身管棚在施工前需对隧道初支进行扩挖，施工管棚工作室，管棚工作室一般长度为6m，径向扩挖1.12m（具体见附图5）。
3.3管棚制作
管棚越长，所承受的摩擦力就越大，跟管钻进的钻杆即为管棚自身，所以对管棚材质、厚度等提出很高要求，以承受较大的扭转力矩。一般管棚采用无缝钢管制作，壁厚不小于6mm，丝扣长度为400mm，丝扣连接管材质同管棚材质，为便于钻进，连接管采用内套管方式进行连接。
管棚下料时，根据钻机和管棚工作室长度而定，单节长度采用定尺，并制作调节管。为提高管棚的抗压性能，相邻管棚接缝应错开1m。
3.4钻机安装就位
根据隧道断面，采用工字钢加工临时钻机台架，台架分前后两条主梁，主梁高度采用倒链调整，钻机在水平方向移动也采用倒链平移，前后主梁可根据管棚设计角度任意调整，以满足施工定位需要，钻机定位后应临时固定，防止钻机在推力及扭矩的作用下出现倾斜或移动，影响管棚精度。考虑管棚自身挠度、地层具体情况及钻机在操作过程中产生的误差，在钻机定位时，一般先预设一个仰角，角度大小主要根据管棚长度、钢管壁厚以及地层条件等因素确定。
3.5导向钻进
钻孔前，先采用10mm厚钢板加工鸭嘴式钻头（如图2），鸭嘴板端部可根据地层情况加工成锯齿状，钻进过程中，采用导向仪（探棒）实时监控管棚走向，尽量保证钻进轨迹与设计位置重合，如有偏离，应及时纠偏，纠偏应遵守“勤纠少纠”的原则。
在一般粘土层中钻孔，除钻机自身推进动力和旋转动力外，还必须借助高压水来软化土体，降低钻头温度等。若遇到砂层，需配置泥浆，以起到护壁的作用，防止塌孔或泥砂流失，造成安全隐患。在钻进过程中，要根据地层情况和油泵压力情况，及时调整泥浆参数或钻机转速，详细记录各种参数及推进情况。
由于孔口管略大于管棚，首节钢管推进时必须控制好轴线，按照管棚设计位置及设计参数，调整好管棚方向、角度，慢慢推进，使达到管棚设计要求。
跟管钻进工法，由于采用高压水或泥浆作为润滑剂，高压水或泥浆直接从钻头端部的高压水孔射出，以冲掉钢管前段泥土，减少钻进阻力及旋转扭矩，因此在管棚上不得开孔。终孔后，在钢管尾部焊接堵板，并安装阀门，便于注浆。
3.6注浆
管棚安装结束后，及时实施注浆，填充管棚内部及管棚与围岩之间松散处，以固结管棚周围的围岩，最终形成一个棚架支护体系。
为保证密实，浆液中可掺入适量的膨胀剂，注浆压力控制在0.5～1.5MPa，注浆时要有保压措施，环状间隙保压主要依靠单向阀门及孔口密封，压力持续时间不小于5min。
4适用范围及优点
非开挖导向跟管钻进技术适用于各种粘土、粉质粘土、全风化岩层以及回填土层中。由于采用跟管钻进技术，在砂层中施工时必须加强泥浆配比，防止泥砂随管口涌出。
传统的管棚施工方法存在一次性支护长度短，管棚方向难以控制，在穿越连续建筑物或主干道时，需不断扩挖管棚工作室，反而增加了安全隐患。使用非开挖导向技术施做管棚，较好的解决了这些不足之处，既能施做长、大管棚，又能很好的控制管棚施工精度。
非开挖导向技术与普通管棚相比，大大的减少了管棚工作室的施工，降低施工风险，节约成本，而且加快施工进度，同时施工精度得到保障。
5结语
莞惠城际浅埋暗挖隧道在穿越新城路时，隧道拱部150°范围内打设长100m，直径108mm的长管棚，施工时采用一次性导向跟管钻进技术，结合导向仪辅助施工，单根管棚打设深度为100m，技术简单、施工便利，取得了较好的效果，可为同类地层施工提供良好的借鉴。
参考文献：
[1]谭军民．浅谈隧道超前支护施工技术[J]．隧道建设，2007（S2）
[2]张京．路桥工程施工新技术实用手册[M]．北京：长征出版社，2003
论文作者:孟超
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年9月下
论文发表时间:2016/9/7
标签：导向论文; 隧道论文; 钻头论文; 钻机论文; 钻杆论文; 高压论文; 地层论文; 《建筑建材装饰》2015年9月下论文;