摘要：在处理软弱围岩隧道出现的塌方时,跟进式管棚是一项重要的施工技术。结合达陕高速公路D10标金竹山隧道该施工技术的应用,重点对跟进式管棚技术进行分析和探讨,.以供同类工程借鉴和参考。
关键词：无缝钢管；偏心钻头；带管钻进
1 概述
由于深部岩体的工程地质环境非常复杂，导致其力学特性与浅部开采时的力学特性存在较大差异，而且随着开采深度的不断增加，再加上受到硬岩矿井向软岩矿井的转型影响，软岩问题会愈加严重。当深部围岩处于软岩状态时，不利于施工，此时若依然采取适用于浅部开采的传统支护理论、设计方法及技术已经无法满足深部巷道支护的要求，特别是深部软岩巷道支护设计及实际需要，容易在开采过程中出现各种各样的不利影响，比如增加了硐室支护的难度、加大了破坏程度等，严重时甚至会影响生产和威胁安全。面对这种形势，目前我国矿井的当务之急就是研究高效而经济的软岩巷道支护方法，以解决软岩隧道支护难问题。
2 跟进式管棚
2.1工作原理
管棚施工技术的工作原理是沿隧道轮廓线的上方，环向间隔一定的距离进行钻孔及送入无缝钢管，无缝钢管按一定规律打孔，借助注浆泵的压力，使浆液通过钢管渗透、扩散到地层孔隙或裂隙中，改善岩体物理性能，浆液固结后形成承载能力很强的棚式超前支护，能够有效控制岩体下沉，保证下方掘进的顺利施工。
2.2工艺流程
(1) 管棚钢管采用壁厚为8 mm 的<108 mm 无缝钢管。导向墙分三段按顺序施工,并同时预埋管棚导向管。孔口位置在第一、三段沿隧道拱部开挖轮廓线250 mm 布置;第二段沿隧道拱部开挖轮廓线100 mm 布置。钢管分节安装,两节间用螺纹长度为150 mm 的丝扣连接,相邻两根钢管的接头错接长度为1.0 m 。
(2) 从管棚导向管定位处钻孔。钻孔时将钢管随钻头一起钻入地层内,达到设计深度后停机,钻头与钢管、钢管之间用丝扣连结。注浆管上有<10 mm 以200 mm 梅花型布置的注浆孔,钢管尾部(孔口段)2.0 m 内无孔,为止浆段。
(3) 钻孔完成后,为提高钢管的刚度及强度,钢管内加设4 根<16 mm 钢筋和固定环组成的钢筋笼。固定环采用外径<42 mm 、壁厚8 mm 、长60 mm 的短管环,短管环间距1.0 m 。在管棚钢管孔口用法兰盘连接上孔口管( <42 mm , 壁厚4 mm , 长500 mm) 。
(4) 根据地层的孔隙和地下水情况,注浆浆液选用水泥浆和水玻璃混合浆,浆液配制为525 # 普通硅酸盐水泥,水玻璃模数η= 2143 , 玻密度β= 30～45′;水泥.浆水灰比为0.5∶1 ; 水泥浆与水玻璃体积比为1∶1～1∶0.5～1∶1 ; 缓凝剂为水泥用量的3 % 。
2.2.1施作管棚工作室
此项工作根据具体情况确定是否施工，如在进洞前施工洞口管棚无管棚工作室，而在暗洞中施工管棚便需要管棚工作室以保证管棚开孔的位置和角度控制。管棚工作室一般拱厚50~70cm，长度为1m左右，采用工字钢拱架进行临时支护。
2.2.2搭设施工平台
钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。
2.2.3施作护拱
混凝土护拱作为长管棚的导向墙，在开挖廓线以外拱部120°～135°范围内施作，断面尺寸为1.0×0.5m，护拱内埋设钢筋支撑，钢筋与管棚孔口管连接成整体。导向墙环向长度可根据具体工点实际情况确定，要保证其基础稳定性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。用全站仪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插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
2.2.4钻孔并同步跟入无缝钢管
(1)钻机就位：
钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。位置调整准确后将钻机固定牢固，确保钻机在钻进过程中出现移动。目前用于管棚施工的钻机分为坑道钻机、定(导)向钻机、水平钻机、夯管锤及专用管棚钻机长隧道最好选用专用管棚钻机.我们在实践中使用了履带自行式管棚钻机，自带动力，质量轻，体积小，移动非常方便。
(2)起钻开孔：
开孔前以孔口导管为准调正钻机，套管从导管中穿过，依导管的方位角为准，尽量调正接近施工设计所需的方位角。套管穿过导管后一头放在需钻进的地表，用水平尺或连通管调平套管，然后将套管调为上倾2°左右的角度，用钻机将套管压入土中10cm左右，然后开风，不回转钻具将管子打入土层1m后回转钻具跟管，在开孔时发现套管偏斜等情况时应及时调整，保证以后的跟管精度。
(3)带无缝钢管钻进：
完成上一步后，将开孔钻头取下换上偏心合金钻头及管靴，安装第一节无缝钢管，利用管靴将第一节无缝钢管带入孔中，直到无缝钢管尾部剩余0.5m左右时停止，卸下钻杆退出钻机动力头，安装第二节钻杆和第二节无缝钢管继续钻进，重复以上步骤直至钻进到设计深度。其中管靴的作用是与偏心钻头同步引带无缝钢管进入孔内。偏心合金钻头的特点是利用风压使偏心钻头偏离轴线旋转钻进，使孔径大于无缝钢管外径，同时又能退回到原位，使其本身直径小于无缝钢管内径而能够从钢管内部退出。无缝钢管采用高刚度钢材特制，长度与一节钻杆相同，壁厚不小于6mm，直径根据需要而定，两头分别采用内螺纹和外螺纹，也可以都采用内螺纹而用独立的接头连接，螺纹尽量采用矩形螺纹，用以增加螺纹的抗滑丝能力，螺纹长度不小于10cm。无缝钢管在使用前按照设计打设注浆孔。
3 施工中易出现的问题和解决措施
3.1排屑困难
由于所钻钻孔基本上为水平孔，松散层的土比较潮湿，排出的岩屑多为泥团，当钻孔较深时，排屑十分困难，当钻进至设计孔深提钻时，发现严重岩粉卡钻。因此在钻进过程中，严格控制进尺，勤吹孔，必要时从钻具内和钻具与套管的环状间隙送水洗孔提钻。
3.2偏心钻头脱落
在施钻过程中经常发生偏心钻头脱落事故，经分析主要原因是偏心横销材质较差，易断。当事故发生时，先拔管，然后用筒状岩心管取心钻进取出。需改变偏心横销的材质，选用轴承钢加工横销。
3.3管靴脱落
在跟管过程中，主要是通过跟管钻具在跟进破岩的同时利用管靴与钻头上的台阶拖着套管同步跟进。因此套管靴是主要受冲击振动的部位。当钻孔加深后，套管增长，摩擦力大或后部套管被岩粉卡死后，套管管靴很容易被打脱。当管靴被打掉时，在拔出套管后，用公锥取出管靴，再继续跟管钻进。防止管靴脱落的主要措施如下：
①在动力头与套管之间增加一个同步给进装置；
②管靴与套管实行铆焊、点焊联接。
结论
通过实践证明，我们在处理隧道塌方施工中，作为超前支护的跟进式管棚对前方塌方体能起到有效的支撑作用，给后续的掘进施工提供了良好的安全保证。所以跟进式管棚是处理隧道塌方时较好的选择之一。
参考文献
[1]胡厚田.土木工程地质[M].北京：高等教育出版社，2005，175-234.
[2]中华人民共和国交通运输部.JTGF60-2009.公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009.
论文作者:马吉祥
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/3
标签：钻机论文; 套管论文; 钻头论文; 钻孔论文; 钢管论文; 偏心论文; 隧道论文; 《基层建设》2017年第20期论文;