潜孔锤在大粒径砂卵石地层大管棚施工中的改进与应用.pdf

[摘要]大管棚超前预支护技术作为暗挖作业的辅助工法，有效为暗挖作业穿越河流、地下管线与构（建）筑物以及马头门破门提供安全保障。大粒径砂卵石地层中因其摩阻力大、采用泥浆护壁湿钻法易引起较大地层沉降等因素，长管棚施工难度大。基于北京地铁7号线达官营站管棚施工的工程实践，从施工工艺比选、试钻及工艺改进等方面分析了大粒径砂卵石地层管棚施工的关键技术问题，并提出了改进措施与解决方案。[关键词]地铁大管棚；暗挖；潜孔锤；施工技术

内容摘抄：

1工程概况
北京地铁7号线达官营站主体为地下2层直墙三连拱结构，采用洞桩法(PBA)施工。初支扣拱导洞暗挖采用大管棚与小导管预加固；大管棚应在初支扣拱前沿拱部环向打设，水平倾角1°~3°选用φ108mm×5mm无缝钢管，间距300mm,共49根，沿车站通长布置（见图1）。管内注1：1水泥浆，并压注密实，大管棚的施工过程必须控制地层损失率为0,并不得造成地层下沉。
根据达官营站总体工程筹划，共设4个横通道，大管棚打设则应由4个横通道双向或单向施作，即管棚施工现场共设4个场地，开辟6个工作面施工。

其中，1号风道向东打设48m;临时横通道向西打设48m;临时横通道向东打设30m;2号临时横通道向西打设30m、向东打设33m;2号风道向西打设30m,相互搭接1m,如图2所示。
2工程地质条件
勘察报告表明，工程范围内自上而下可分为人工堆积层(Q)、新近沉积层(Q:+)、第四纪晚更新世冲洪积层(Q+)、下第三系(E)岩层共四大类。车站主体洞桩法施工主要穿越新近沉积的粉细砂②3层、卵石②，层及第四纪晚更新世冲洪积的卵石⑤层、中粗砂⑤，层、卵石⑦层、中粗砂⑦，层。
车站拱部覆土厚度约为9m,结构顶部（拱顶）基本处于卵石层中。其中，大管棚施工对应的拱部卵石层粒径>20cm的卵石含量占15%以上，最大粒径达60cm。车站施工范围内地下水位于底板附近的卵石⑦层，静止水位埋深约-22.550m,随季节涨幅为2~4m,即管棚施工范围地层无地下水（见图3)。

3施工工艺与试钻
地铁施工中管棚设计中因地层、预加固隧道洞径等不同，其选用管材直径、壁厚也不尽相同，直径有79,108,129,133,159mm等，壁厚有5,8mm等规格；其施工工艺也有多种。
3.1管棚施工工艺
根据各类管棚施工工艺特点，并基于本工程管棚施作地层为大粒径砂卵石地层，夯管钻进法在砂卵石层中动力有限，难以实施48m长管棚；钻孔法、螺旋钻孔跟管钻进法在砂卵石层成孔均应进行泥浆护壁，即采用湿钻水成法，易引起地层扰动与较大沉降，不利于暗挖沉降控制。采用风动潜孔锤为动力冲击回转跟管钻进法适合砂卵石地层中管棚成孔与施工，因此，确定以风动潜孔锤托管钻进法进行本工程管棚的试钻。

3.2风动潜孔锤托管钻进法工作原理
管棚钢管之间、管棚钢管与外锤头之间采用丝扣连接，管棚钢管作为套管套在钻杆外边，管棚钢管本身与钻杆无连接，钻杆与内冲击器及内锤头丝扣连接，内锤头与外锤头活连接，管棚施工钻进时内冲击器振动冲击内锤头，内锤头传递冲击能量给外钻头并带动外锤头及管棚钢管跟进；渣土通过钻杆与管棚钢管间的间隙排出，完成钻孔长度后反向旋转内钻杆90°即可将内锤头钻头与外锤头分离，把内钻杆全部提到孔外，而将管棚及外锤头留在孔内，即完成1根管棚的施工（见图4)。

4施工工艺改进
针对试验管发现冲击动力不足、管棚拖动承受拉力小于砂卵石摩阻力与排渣等问题，进行了一系列针对性工艺改进，提出“对心跟管潜孔锤+管内强制排渣+管棚钢管强制跟进”工艺，如图5所示。
1)增强冲击动力。
2)提高管棚强度。采用8mm厚无缝钢管增加管棚自身刚度，避免因摩阻力断裂。
3)改善管棚施作的排渣能力。

（略）

投稿会员：巧克力布丁