本文選自核心級期刊《農(nóng)機化研究》，本刊為農(nóng)業(yè)工程類學術期刊，其投稿要以緊緊圍繞大農(nóng)業(yè)概念下（包括農(nóng)、林、《農(nóng)機化研究》牧、副、漁）的機械化、電氣化、自動化及數(shù)字化相關的新理論、新技術、新成果和綜合述評為核心內(nèi)容，語言精煉、結構完整、表達準確。

　　摘要：大管棚施工技術在我國地下工程施工中處理特殊及不良地質(zhì)隧道時得到了廣泛的應用，并取得了較好的效果。本文結合西安市城市快速軌道交通二號線一期工程，詳盡地介紹了地鐵隧道礦山法施工中大管棚施作的工藝原理、工藝特點、定義、適用范圍、施工工藝流程及施工操作要點等主要工藝過程。通過工程實踐，積累了豐富的施工經(jīng)驗，可為類似工程的施工提供可參考的依據(jù)。

　　關鍵詞：地鐵,隧道,大管棚,施工,工藝

　　前言

　　西安市城市快速軌道交通二號線一期工程，是西安市重點工程，是西安市廣大市民矚目的項目，建設意義重大，施工需充分體現(xiàn)“節(jié)約地鐵、精準地鐵、藝術地鐵、和諧地鐵、安全地鐵、人文地鐵、科技地鐵、綠色地鐵”的理念。

　　西安地鐵韋曲南站站后配線工程，項目繁多，內(nèi)容龐雜，施工專業(yè)多，工序銜接緊，互相干擾大是其重要特點。涉及土建、給排水與消防、通風空調(diào)與采暖、場內(nèi)綜合管線、低壓配電與照明、工藝設備、氣體滅火系統(tǒng)、路基、隧道、土方等專業(yè)，故而要求施工單位具有較高的綜合施工資質(zhì)和豐富的施工組織經(jīng)驗、強大的專業(yè)施工實力和高度的協(xié)調(diào)指揮能力。

　　1、工藝原理

　　在隧道開挖前沿開挖輪廓線鉆設與隧道軸線平行的鉆孔，然后插入不同直徑的鋼管，并向管內(nèi)注漿，固結管周圍的圍巖形成棚架支護體系。主要作用是提高管周圍巖體的抗剪強度，達到加固圍巖壓力的作用；大管棚結構的抗彎、抗剪功能可有效承載局部松弛的地層荷重，適時提供隧道開挖后而支護施作或發(fā)揮作用前所需的支撐力，使隧道開挖面得以安全穩(wěn)定并同支護和結構形成空間支撐系統(tǒng)。

　　2、工藝特點

　　施工機具設備簡單，施工簡便。可用于特殊不良地質(zhì)隧道的開挖。

　　3、定義及適用范圍

　　（1）定義

　　大管棚超前支護就是為了保證隧道開挖的安全，利用隧道管棚機在隧道開挖工作面的拱部外周鉆設水平孔，插入直徑為φ70～180mm的鋼管，并注漿固結地層使隧道拱頂形成一傘狀保護環(huán)。

　　（2）適用范圍

　　①隧道洞口淺埋地段或軟弱破碎圍巖段進洞施工。

　　②富水軟弱破碎地質(zhì)、砂礫地層、巖溶地質(zhì)不良等不良地質(zhì)地段的隧道開挖輔助措施

　　③作為地鐵、鐵路、公路或地下結構物下方修建隧道的輔助工法。

　　④隧道坍方的處理。

　　4、施工工藝流程

　　施工工藝流程見大管棚施工工藝流程圖1。

　　5、施工操作要點

　　大管棚必須在洞身開挖前完成。洞口開挖時應預留管棚施工臺階，搭設管棚施工工作室，鉆機腳手架平臺應支撐在穩(wěn)固的地基上。在軟弱圍巖地段，立柱底應加設墊板或墊梁。

　　在施作大管棚預支護的過程中應設置必要的監(jiān)測項目，根據(jù)監(jiān)測反饋信息及時采取相應的措施以保證施工安全和施工質(zhì)量。

　　（1）施工準備（套拱施工）

　　①混凝土護拱作為長管棚的導向墻，在開挖廓線以外拱部144o范圍內(nèi)施作，斷面尺寸為2.0×0.5～1.0m，護拱內(nèi)埋設型鋼拱架，拱架與管棚孔口管連接成整體。導向墻環(huán)向長度可根據(jù)具體工點實際情況確定，要保證其基礎穩(wěn)定性。

　　②孔口管作為管棚的導向管，它安設的平面位置、傾角、外插角的準確度直接影響管棚的質(zhì)量。用全站儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置；用水準尺配合坡度板設定孔口管的傾角；用前后差距法設定孔口管的外插角。孔口管應牢固焊接在工字鋼上，防止?jié)仓�混凝土時產(chǎn)生位移。

　　（2）搭鉆孔平臺安裝鉆機

　　①鉆機平臺用鋼管腳手架搭設，搭設平臺應一次性搭好，鉆孔由1～2臺鉆機由高孔位向低孔位進行。

　　②平臺要支撐于穩(wěn)固的地基上，腳手架連接要牢固、穩(wěn)定，防止在施鉆時鉆機產(chǎn)生不均勻下沉、擺動、位移而影響鉆孔質(zhì)量。

　　③鉆機定位：鉆機要求與已設定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機位置。用經(jīng)緯儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調(diào)整，確保鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

　　（3）鉆孔

　　①為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑采用Φ127mm。

　　②巖質(zhì)較好的可以一次成孔。鉆進時產(chǎn)生坍孔、卡鉆時，需補注漿后再鉆進。

　　③鉆機開鉆時，應低速低壓，待成孔10m后可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風壓。

　　④鉆進過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置，并根據(jù)鉆機鉆進的狀態(tài)判斷成孔質(zhì)量，及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故。

　　⑤鉆進過程中確保動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。

　　⑥認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質(zhì)判斷、描述，作為洞身開挖時的地質(zhì)預測預報參考資料，從而指導洞身開挖。

　　（4）清孔驗孔

　　①用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭進行反復掃孔，清除浮渣，確保孔徑、孔深符合要求，防止堵孔。

　　②用高壓風從孔底向孔口清理鉆渣。

　　③用經(jīng)緯儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

　　（5）安裝管棚鋼管

　　①鋼管在專用的管床上加工好絲扣，導管四周鉆設孔徑10～16mm注漿孔(靠孔口2.5m處的棚管不鉆孔)，孔間距15～20cm，呈梅花型布置。管頭焊成圓錐形，便于入孔。

　　②棚管頂進采用裝載機和管棚機鉆進相結合的工藝，即先鉆大于棚管直徑的引導孔(Φ127mm)，然后用裝載機在人工配合下頂進鋼管。

　　③接長鋼管應滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應前后錯開。同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。

　　（6）注漿

　　①管棚施工完成后開始注漿，注漿前對所有孔眼安裝止?jié){塞，同時對管口與孔口外側進行密封處理。

　　②注漿材料：注漿材料為M20水泥漿或水泥砂漿。

　　③采用注漿機將砂漿注入管棚鋼管內(nèi)，初壓0.5～1.0MPa，終壓2MPa，持壓15min后停止注漿。

　　注漿量應滿足設計要求，一般為鉆孔圓柱體的1.5倍；若注漿量超限，未達到壓力要求，應調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。

　　注漿時先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔。

　　6、設備機具配置

　　結合正常施工需要，管棚施工機械設備配置如下：

　　管棚鉆機1～2臺、電動空壓機1臺、注漿機1臺、ZJ-400高速制漿機1臺、混凝土拌合站一座、混凝土振動棒2個、鋼模板、木模板、J3G-400A型型材切割機1臺、型鋼彎制機1臺、BX1－400型交流弧焊機2臺、砼攪拌運輸車（3.5m3）1輛、ZLC50C裝載機1輛。

　　7、質(zhì)量控制及檢驗

　　（1）質(zhì)量控制

　　①鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對每個孔進行編號。

　　②鉆孔外插角1°～3°以為宜，工點應根據(jù)實際情況作調(diào)整。鉆孔仰角的確定應視鉆孔深度及鉆桿強度而定，一般控制在1°～1.5°。施工中應嚴格控制鉆機下沉量及左右偏移量。

　　③嚴格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入隧道開挖線內(nèi)，相鄰的鋼管不得相撞和立交。

　　④經(jīng)常量測孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應封孔，原位重鉆。

　　⑤掌握好開鉆與正常鉆進的壓力和速度，防止斷桿。

　　（2）質(zhì)量檢驗

　　管棚所用鋼管進場必須按批抽取試件作力學性能（屈服強度、抗拉強度和伸長率）和工藝性能（冷彎）試驗，其質(zhì)量必須符合國家有關規(guī)定及設計要求。

　　①檢驗數(shù)量：以同牌號、同爐罐號、同規(guī)格、同交貨狀態(tài)的鋼管，每60t為一批，不足60t按一批計。施工單位每批抽檢一次；監(jiān)理單位按施工單位抽檢次數(shù)的20%進行見證取樣檢測或按施工單位抽檢次數(shù)的10%進行平行檢驗，至少一次。

　　②檢驗方法：施工單位檢查每批質(zhì)量證明文件并進行相關性能試驗；監(jiān)理單位檢查全部質(zhì)量證明文件和試驗報告，并進行見證取樣檢測或平行試驗。

　　（3）管棚所用鋼管的品種和規(guī)格必須符合設計要求。

　　①檢驗數(shù)量：施工單位、監(jiān)理單位全部檢查。

　　②檢驗方法：觀察，鋼尺檢查。

　　（4）管棚搭接長度應符合設計要求。

　　①檢查數(shù)量：施工單位、監(jiān)理單位全部檢查。

　　②檢驗方法：尺量。

　　（5）注漿漿液的配合比應符合設計要求。

　　①檢驗數(shù)量：施工單位、監(jiān)理單位全部檢查。

　　②檢驗方法：施工單位進行配合比選定試驗；監(jiān)理單位檢查配合比選定單，并進行見證試驗。

　　（6）注漿壓力應符合設計要求，注漿漿液應充滿鋼管及其周圍的空隙。

　　①檢驗數(shù)量：施工單位全部檢查；監(jiān)理單位按施工單位檢查數(shù)量的20%見證檢查。

　　②檢驗方法：施工單位查施工記錄的注漿量和注漿壓力，觀察；監(jiān)理單位見證檢查。

　　（7）一般項目

　　管棚鉆孔的允許偏差應符合下表的規(guī)定：

　　管棚鉆孔允許偏差表

　　序號項目允許偏差

　　1方向角1o

　　2孔口距±50mm

　　3孔深±50mm

　　①檢驗數(shù)量：施工單位全部檢查。

　　②檢驗方法：儀器測量、尺量。

　　8、安全及環(huán)保要求

　　（1）安全要求

　　①施工期間，應對支護的工作狀態(tài)進行定期和不定期檢查。在不良地質(zhì)地段，應由專人每班檢查。

　　②桿簡易臺架應安置應穩(wěn)妥。

　　③在注漿過程中如發(fā)生風、水、輸料管路堵塞或爆裂時，必須依次停止風、水、料的輸送。

　　④在管棚注漿過程中，操作人員要避開管棚的軸線延長線方向，在管棚的側向并遠離錨桿尾部的位置上操作注漿機，防止注漿管爆裂傷人。

　　（2）環(huán)保要求

　　①生產(chǎn)中的廢棄物及時處理，運到當?shù)丨h(huán)保部門指定的地點棄置。

　　②按環(huán)保部門要求集中處理試驗及生活中產(chǎn)生的污水及廢水。

　　9、結束語

　　中鐵九局在施工過程中，在招標文件規(guī)定的工期范圍內(nèi)科學合理的策劃各專業(yè)工程的施工工序、施工工期及其施工工期內(nèi)須配合的工作項目、要求和標準；同時在施工程序設計上本著先難后易，先下后上，先主后次，先大后小的原則進行。

　　本合同段工程于2010年1月1日開工，竣工于2012年8月20日。總工期日歷天數(shù)為963天，實際完成時間比業(yè)主要求工期提前11天。