隧道近距離側穿結構管棚施工技術研究

李躍強

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2103-5640-8027

摘? 要：隧道管棚施工區間側穿哈工大香坊筒子樓高層及其南北側多層建筑，根據物探資料，南北側多層建筑基礎均為樁基礎，樁徑為400mm，樁長為15.5m與16.5m。區間左線距離住宅樓樁基礎最小距離為0.7m，區間埋深約10m。區間開挖時存在引起該樓不均勻沉降、墻體開裂等風險。本環境風險為Ⅰ級風險源，為解決公濱路站至珠江路站區間對哈工大家屬院香坊筒子樓擾動問題，在隧道拱部150°范圍內采用Φ108×6mm無縫鋼管作管棚加固。

關鍵詞：高層建筑? 框架結構? 無縫鋼管? 管棚加固

中圖分類號：U455.43;U231.3? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）06（b）-0001-03

Study on the Construction Technology of the Tunnel Short-distance Side-crossing Structure Pipe Shed

Li Yueqiang

（The First Engineering Co.， Ltd. of China Communications Third Public Bureau， Beijing， 100012? China）

Abstract： This section traverses the high-rise building of Xiangfang Tongzilou of Harbin Institute of Technology and the multi-storey buildings on the north and south sides. According to geophysical data， the foundations of multi-storey buildings on the north and south sides are pile foundations with a pile diameter of 400mm， and pile lengths of 15.5m and 16.5m. The minimum distance between the left line of the section and the pile foundation of the residential building is 0.7m， and the buried depth of the section is about 10m. There are risks such as uneven settlement of the building and wall cracking during section excavation. This environmental risk is a level I risk source. In order to solve the problem of disturbance to the Xiangfang Tongzilou of the Harbin Institute of Technology in the interval between Gongbin Road Station and Zhujiang Road Station， Φ108×6mm seamless steel pipes were used as pipe shed reinforcement within the 150° range of the tunnel arch.

Key Words： High-rise building; Frame structure; Seamless steel pipe; Pipe shed reinforcement

1? 工程概況

在根據現場的場地提供的原有資料及鉆探揭露的信息，得到施工現場場地的分布地層的主要有全新晉工沉積層。這種現有的地層基本是很穩定連續的，這種地層的變化也不會太大，即使有變化也只是很小的變化，這種變化幾乎可以忽略不計，這種變化不大的地層它的水文地質條件相對來說很簡單，在施工現場的場區可將它們劃為同一工程地質分區，可以根據它們的地層成因年代和物理力學性質，將這個區域內的地層分成7個大層和若干個亞層。

2? 工程特點

2.1 工程的重難點及相應的技術措施

隧道曲率半徑600m，施作管棚時，在曲率半徑的外側管棚鋼管容易侵入開挖線，鉆進時嚴格控制打設角度[1]。假設要打設管棚段的弧長為c，隧道曲率半徑為r，弦高為h，弦長為s，弧長c的夾角為a，管棚支護段長100m，因隧道曲率半徑為600m，為了控制管棚打設質量，管棚可在洞內分兩環打設，一端長50m，另一端長55m，搭接5m，則s=50m，r=600m。

因r=600遠大于s=50，所以c≈s=50;a=c÷（r×π）×180°=50÷（600×π）×180°=4.78;h=600- 600×cos（0.083÷2）=0.52m。

也就是說，長50m的管棚在隧道曲率半徑為600m時，在25m左右的地方有約0.52m沒有管棚覆蓋，可以在隧道曲率外側增加2根管棚來解決這件事情的發生，避免工程事故的發生，在薄弱的地方施加更好的保護。

2.2 管棚工作室的布置

在隧道內管棚施工前，為保證管棚施工的可控性及精度要求，需要提前施做管棚工作室[2]，要求隧道開挖段應適當外擴開挖斷面尺寸，緩坡開挖，工作室軸向長度7～8m，徑向外擴0.8～0.85m，管棚進孔孔位中心距開挖線0.4m，掌子面噴錨處理，厚度0.25～0.3m，保持掌子面土體穩定性，底板做硬化或墊渣處理，保證鉆機平臺穩定[3]，如圖1所示。

3? 管棚打設工藝

本項目管棚打設工藝采用了是將水平電纜導線和軟管插入的方法進行的，這樣的施工工藝一次性就能完成了孔和埋設軟管這兩項工作任務[4]。根據相應的設計要求選擇的第一環管棚長度為50m，在選擇第二環管棚長度的時候比第一環管棚長了5m，選擇的是55m，這樣中間就能有5m的搭接長度。如圖2、圖3所示，這次選用的Φ108×6mm無縫鋼管作管棚鋼管，其每節長度為3.5～4.5m，選用Φ102×6mm無縫鋼管作為內接的鋼管，它的母扣絲扣長60mm，連接公扣絲扣長度120mm。施工的1號孔第一個孔是4.5m的管子，施工的2號孔第一個孔是3m的管子，其他后續鋼管長度基本一致，管外壁不鉆花孔。根據地質情況和工程反饋，確認了是否需要在打孔后立即注入。

3.1 工程材料要求

本項目采用超大管架的方法進行預備保護。管道的長度在50～55m，選擇Φ108×6mm的無縫鋼管，使用Φ102×6mm無縫鋼管內接，管外壁不鉆花孔，注漿用單液漿，需提供水泥、鉆頭鐵板、封孔鐵板、速凝劑等材料。工程將以水平有線引導和管道插入的方式實施。

3.2 水平定向鉆進方法原理鉆進方法

大管棚水平定向鉆進方法，這種方法是從非開挖管線技術中引伸而來一種新方法。該方法的目的旨在通過將預先設在鉆頭中的有線探頭，準確測量鉆頭潛行過程中的地下位置和方向，利用楔形鉆頭潛行過程中的位置和方向設計軌跡，在探查系統的輔助下改變鉆頭潛行方向，從而將管棚鋼管按設計軌跡打入土中，直到設計深度[5]。

3.3 鉆頭控制原理

在施工現場，施工方法為了使用采用管道鉆入法，讓管道鋼管的安裝和鉆頭的注入是同一個過程進行。該方法是斜向調整鉆頭的楔子[6]，采用的鉆頭是管架和鐵管等直徑的釘子型鉆頭，回轉半徑的板管半徑比，鉆頭尖端Φ6～10mm的水眼，正常旋轉鉆頭是沿著管道前進。鉆頭由于某種原因偏離預定軌跡，如果出現方位偏向，就有必要錯位。

停止鉆頭的旋轉，同時施加力刺入，鉆頭由于斜面的作用而向反方向傾斜，從而調整鉆入的方向。角的方向和鉆頭的斜方向都由安裝在鉆頭后部的導向探針進行監視，通過鉆頭管的引線連接到鉆頭的控制臺上的顯示器上，從而可以很容易地調整臂彎的方向。由此，最終孔偏差控制在了5‰以內。鉆頭示意圖如圖4所示。

如圖5所示，鉆頭內置特制傳感器，傳感器由15V直流電直接供給。顯示出鉆頭的傾斜度（水平角度）、朝向角。若設定角度向下的話，鉆頭可以調整到12點鐘方向，即可以將導向板向上直接推上去，但在這種情況下，由于導向板基板，斜面面積大。鉆頭被向上的力影響而發生運動。同樣6點鐘方向的鉆頭軌跡朝下，9點鐘、3點鐘方向分別是左、右方向。角度合適的話，就用等速旋轉鉆進去，這時鉆頭的軌跡一般是平的。鉆頭的引導是上下偏差的關鍵，左右偏差取決于傳感器后端的發光機構，用計測器測量參數并移動。

3.4 施工要點

開孔的設備選取及尺寸的確定：利用工程上專用的開孔鉆機做開拱部位的初期支護的結構，在孔徑上的選取的尺寸大小為φ140mm。

調整好鉆機的位置：不斷地對鉆機的位置進行調整，確定好修整鉆機的準確位置，這樣能保證鋼管一直保持準確的方向，進行鋼管的鉆進。

進行護壁泥漿的配比：首先要根據現場的土質和水質進行試驗，根據試驗情況來確定合適的泥漿配合比例。

對孔進行打設：在安裝大管架的時候應跳孔打孔，最后一個孔應跟蹤漿料，漿料應填滿管內外的環狀間隙，打1～3個孔后再次開鎖。如果不跳打，下面再打一個洞，地層堅硬不均勻，鉆入時鋼管難以傾斜控制，不能保證大管架的質量。安裝管道時必須按照施工組織設計進行施工。

4? 大管棚施工工藝流程

三通一平→人力設備入場→測量放線→敷設：“h”鋼軌道→設備組裝調試→孔管埋設→調試鉆（方位、傾斜角）→鉆頭組裝進孔→清洗液循環→導向鉆入→回加尺（接線、接口輔助焊接）→孔斜測→導向鉆入→設計深度最終孔→回取探頭箱→管內及環狀間隙注。

5? 結語

本文主要對側穿哈工大香坊筒子樓高層及其南北側多層建筑進行分析重難點及相應的技術措施，在25m左右的地方有約0.52m沒有管棚覆蓋，可以在隧道曲率外側增加2根管棚解決此事。總結水平定向鉆進方法原理鉆進方法，介紹鉆頭控制原理，并提出了管棚工作室的布置以及管棚打設工藝，提出大管棚施工工藝流程。

參考文獻

[1] 李兆平，史磊磊.北京地區暗挖地鐵車站結構設計方法研究進展綜述[J].隧道與地下工程災害防治，2019，1（3）：14-21.

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[3] 邢宇祺.淺埋軟弱圍巖暗挖隧道超前變形規律及控制模型試驗研究[D].北京：北京交通大學，2019.

[4] 宋子文.城市暗挖隧道鄰近的既有建筑物風險辯識及控制技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2019.

[5] 劉文彬，任大勇.隧道穿越淺埋段溝谷長管棚注漿加固施工技術[J].煤炭工程，2018，50（10）：30-32.

[6] 熊熊.軟弱圍巖隧道長管棚超前支護施工技術探討[J].四川建材，2018，44（6）：108-109.