6、隧道管棚施工作业指导书

郑万高铁湖北段ZWZQ-5标

编号：SD-ZWZQ-5标

隧道管棚施工作业指导书

单 位：中铁十一局集团郑万高铁

ZWZQ-5标项目经理部 编 制： 审 核： 批 准：

二O一七年二月十日发布 二O一七年二月十二日实施

隧道管棚作业指导书

1、适用范围：

本作业指导书适用于(DK426+741.721-DK461+845.429)郑万高铁湖北段ZWZQ-5标刘坪隧道、于家沟隧道、高家坪隧道进口正洞、附属坑道超前大管棚、超前中管棚的施工。施工前根据超前地质预报和现场实际情况确定的围岩级别进行施作。明确隧道管棚施工作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，规范隧道管棚施工作业。 2、作业准备： 2.1内业技术准备

组织技术人员认真学习、领会实施性施工组织设计，阅读、审 核北京至沈阳铁路客运专线隧道施工图有关技术要求、问题，熟悉 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）、《高速 铁路隧道工程施工技术规程》（Q/CR9604-2015）及《铁路隧道工程 施工安全技术规程》（TB10304-2009）等文件有关管棚施工的内容。

依据《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009），结合现场施工作业条件，制定相应安全保证措施及应急预案。对参加施工人员进行管棚施工技术交底、安全交底，告知危险源以及相应的应急措施，并进行岗前技术、安全培训，考核合格后持证上岗。

2.2 外业技术准备

洞口开挖及边、仰坡防护完成，施工平台刷方到位。进场材料试验检测合格，注浆配合比设计完成。钻孔、注浆设备进场，并验收合格，作业人员经进场培训，并考试合格。施工所需电力线路架设已完成，满足机械所需电力供应需求，若不满足，需配备发电机。 3、隧道管棚的工艺流程及技术要求 3.1 大管棚设计

①导向管：外径φ133mm，壁厚δ=5mm 热轧无缝钢管，长度1m，环向间距 400mm。

②管棚钢管：外径 φ108mm，壁厚δ=6mm 热轧无缝钢管。

③导向墙：洞口及洞身明暗分界处超前大管棚导向墙：采用 C20 混凝土，截面尺寸为 1m×1m。本线在隧道进出口明暗交界处设计超前Φ108大管棚，进口长35m，共50根；出口长35m，共50根。

④倾角：外插角 1°～3°为宜，可根据实际情况作调整； ⑤注浆材料：水泥浆液，水灰比：1:1（重量比） ⑥管棚设置范围：拱部 150°范围；

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3.2 中管棚设计参数：

①钢管规格：热轧无缝钢管及钢花管，外径76mm，壁厚5mm。每节钢管两端均预加工成外丝扣，以便连接接头钢管。 ②管距：环向间距 40cm。

③倾角：外插角 1°~5°，具体根据实际情况调整。

④钢管施工误差：径向不大于 20cm，相邻钢管之间环向不大于 10cm。

⑤钢花管上钻注浆孔，孔径 8~10mm，孔间距 10~20cm。呈梅花 型布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于 30cm。

⑥注浆材料：水泥浆液，注浆参数如下：

a 水泥浆水灰比：1:1（重量比）或根据现场确定。

b 注浆压力：0.5~1.0MPa。注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数。

⑦管棚搭设并注浆完成后，在管内灌筑 M10 水泥砂浆，并保证密实。

⑧中管棚长度一般为8m一环，两环之间搭接长度不小3m。 ⑨洞身中管棚每环单根长10m，Ⅳ级围岩6榀型钢设置一环， Ⅴ级围岩 11 榀型钢设置一环，搭接长度不小于3m。

⑩为保证中管棚支护效果，尽量减小管棚的外插角，可在型钢 钢架腹部开孔以穿管棚，也可采用一榀格栅钢架替代需开孔的型钢 钢架，钢架管尾部应与钢架焊接。

3.3 所有管棚施工时，先打设钢花管并注浆，然后再打设钢管。 以便检查钢花管注浆质量。 4.1 管棚施工

施工工艺流程见图1。

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图1 超前大管棚施工工艺流程图

安放钢筋笼 下一根管棚钻进 钻进结束 继续钻进安装至设计长度 钻杆退回原位 一节管棚体安装结束 接长管棚 管棚钻机就位 开挖周边放样布孔 钻进＋管棚体安装

隧道开挖 注浆

4.2管棚钻孔操作要点

（1）为保证成孔质量，防止邻孔钻进时前面的成孔坍塌，钻孔间隔进行。先钻奇数孔，后钻偶数孔，成孔直径为φ133mm，以便顺利安装φ108×6mm钢花管。即采用大引导孔施工，最大程度上克服在顶管施工作业中送管难的情况发生。

（2）施作长管棚时（φ108×6mm），打孔角度洞口段为1°～3°，环向间距40cm，每根长40m（每节长9m，采用长121cm套管连接），施作时每段应交错搭接3m，钢管上按间距15cm梅花形钻10mm的小孔。第一节钢管顶端做成锥型，以便顶进。φ108×6mm钢管采用4.0m和6.0m两种规格，奇数孔首根4.0m，偶数孔首根6.0m，其余的均为6.0m，以避免钢管接头在同一断面上。钢管采用套管联接。

（3）为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆连接

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套应与钻杆材质一致，两端加工内螺纹（配合钻杆首位端外螺扣），连接套的壁厚≥10mm。为防止钻杆在推力和振动力的双重作用下，上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时，应把扶直器套在钻杆上，随钻杆向前钻进向前平移。

（4）钻机立轴方向必须准确控制，在浇注好的套拱上标出孔位和孔号，孔号分为奇数孔和偶数孔，奇数孔采用无缝钢管，偶数孔采用梅花钢管。奇数孔成孔后及时安装钢花管或无孔钢管，压注水泥浆。偶数孔成孔后也必须立即安装钢管，防止塌孔，同时偶数孔的施工一方面可以检查奇数孔注浆质量，另一方面也可以进行补充注浆，提高注浆加固围岩的效果。

（5）施钻时，台车大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动影响施钻精度。

（6）钻机开孔时的钻速宜采用低速，钻进20cm后转入正常钻速。 （7）第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，人工用两把管钳卡紧钻杆，钻机低速反转，脱开钻杆。钻机沿导轨复位，再装入第二根钻杆。

（8）引导孔的孔径较管棚钢管外径大15～20mm，孔深较管长长0.5米以上。

4.3 长管棚顶管施工 4.3.1 长管棚顶管施工

（1）顶管工艺:根据快速施工的要求，决定采用大引导孔和棚管钻进相结合的工艺，及先钻大于钢管外径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力（顶进管棚时凿岩机不使用回转压力，不产生扭矩）将安有工作管头棚管沿引导孔顶进，逐节接长管棚，直至孔底。

（2）管件制作：管棚采用Φ108的无缝钢管，钢管采用3m、6m管节逐段接长，连接接头采用厚壁箍，上满丝扣，丝扣长度为15cm；为保证受力均匀性，钢管接头应纵向错开，偶数第一节用3m，奇数第一节用6m，以后各节均用6m。管棚入土长度为24m。管棚接长时先将前一根钢管顶入钻好的引导孔后再行连接。第一根钢管前段要焊上合金钢片式空心钻头，以防止端部顶弯或劈裂。

（3）清孔检查钻孔合格后，安装钢管，应每钻完1孔便顶进1钢管，钻进中应经常采用测量仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求及时纠正。接长管件应满足管棚受力的要求，相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一个断面受力。

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（4）顶管作业：将钢管安放在台车大臂上后，凿岩机对准已钻好的引导孔，低速推进钢管，其冲击力控制在18～20MPa，推进压力控制在4.0～6.0MPa。

（5）接管：当第一根钢管推进孔内，孔外剩余30～40cm 时，开动凿岩机反转，使顶进联接套与钢管脱离，凿岩机退回原位，大臂落下，人工装上第二节钢管，大臂重新对正，凿岩机缓、慢、低速前进对准第一节钢管端部（严格控制角度），人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。根据管棚设计长度，按同样方法继续接钢管。

（6）封闭钢管尾部先用麻布条封堵管棚钻孔空隙，后用环形楔环顶紧，最后用电焊将楔形环焊接在管棚上。

（7）管棚管补强：为了加强管棚的刚度和强度，按设计将管棚钢管全部打好后，先用钻头掏尽钢管内残渣，进行棚管补强。

4.3.2 配制浆液

（1）水泥浆的搅拌应在高速搅拌机内进行，严格按照施工配合比进行投料，在钢管中注水泥水玻璃浆液，其配比为水泥:水玻璃=1:1，水泥浆水灰比1:1，水玻璃模数m=2.4，浓度Be=35，注浆时初压0.5～1MPa，终压2.0Mpa，注浆结束后用1:1水泥砂浆充填无缝钢管，以增强钢管强度和刚度。

（2）搅拌水泥浆的投料顺序：在放水的同时，将缓凝剂、外掺剂在水中按一定比例加入，搅拌溶解，再将需要的水泥倒入，搅拌2～3min。

（3）外掺剂的重量为水泥重量的5%-10%，缓凝剂的掺量占水泥重量的2%～3%。

（4）制备水泥浆或稀释水玻璃时，严禁水泥块或纸片进入浆液，放浆进入储浆桶时要用滤网过滤，以防止堵塞注浆泵。

（5）做好配置浆液的施工记录，并且在注浆过程中要做好注浆记录，为分析注浆效果提供依据。

（6）配置好的浆液存放在由低速搅拌器的储浆罐内，防止浆液由于存放时间稍长产生沉淀、离析等现象。

4.3.3 注浆

（1）安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。

（2）注浆材料：注浆材料为M20水泥浆。

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（3）采用注浆机将砂浆注入管棚钢花管内，初压0.5~1.0MPa，终压2MPPa，持压15Min后停止注浆。注浆应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到设计要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围空隙充填饱满。管棚注浆顺序原则上遵循着“先两侧后中间”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则。注浆施工由两端管棚钢管开始注浆，跳孔进行注浆施工，向隧道拱顶钢管方向推进，开始时注浆的浆液浓度要低一些，逐渐加浓至设计浓度。这样做法有利于注浆的浆液向拱顶方向扩散，而且促进浆液的致密程度，利于防渗的要求。孔号为偶数的管棚完成后，对这部分管棚进行注浆。长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内的土石设计，浆液扩散半径不小于0.5m，注浆采用分段注浆

（4）注浆控制要点

①为了保证管棚注浆施工作业顺利进行和保证管棚施工质量和安全，注浆前应做好止水止浆墙的施工：为防止注浆薄弱地段地下水涌出作业面及注浆时跑浆，注浆地段的起始处掌子面应喷射20CM厚混凝土（加单层钢筋网）。此后，每个注浆段终止处留出3米厚围岩作为止浆岩盘。

②注浆孔位要准确，定位偏差应小于5cm，孔底偏差不大于孔深的1%～2%。顶管施工作业过程中会使管内混入一些碎石和碎屑，在注浆施工前一定要用高压风水进行吹洗，如果管内仍有较大的碎石，应采用小于钢管内径的钻头，利用凿眼台车钻进将其钻碎，吹洗干净。

③拌浆时严禁纸屑等杂物混入浆液，拌好的浆液要过滤，未经过滤的浆液严禁进入泵体，以防堵塞。注浆过程中，要时刻注意泵口及孔口的压力变化情况，发现问题及时处理。双液注浆时，要经常测定混合气候的浆液的凝结时间，防止由于泵及管路故障，造成浆液比例改变而发生事故。注浆过程中，如发现孔口及工作面漏浆，要采取封堵，缩短凝胶时间及采用间歇注浆方式。做好钻孔、注浆记录，为分析注浆效果提供依据。注浆结束后，要彻底的清洗泵体和管路，以保证下次注浆安全顺利进行。

④注浆施工过程中如发现掌子面漏浆，应及时用麻布进行封堵。 ⑤注浆结束：进浆量小于20～25L/min；注浆压力逐步升高，达到设计终压后稳定10min以上；注浆结束后采用1：1水泥砂浆填充无缝钢管。完成长管棚注浆施工后，在管棚支护的保护下，按设计的施工步骤进行开挖。

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4.3.4 严格注浆施工作业现场控制，保证注浆质量 注浆施工作业中，浆液注入的压力是一个最为关键的现场施工过程控制因素。根据流量计显示的孔口压力变化可以判断注浆施工的基本发展状况，并及时采取相应措施。

（1）压力逐渐上升，但达不到设计要求的压力。原因分析是：浆液浓度低、凝胶时间较长、浆液在碎石中形成劈裂脉或者是部分浆液溢出。此时应适度加大浆液浓度、小时间间隔注浆。

（2）注浆开始后压力不上升，甚至离开初始压力呈下降的趋势。原因分析是：表明浆液已经外溢。此时应该采取大浓度浆液和较低注入速度，如果情况无改变，则应先停止注浆。

（3）注浆压力上升后突然下降，表明浆液从注浆管周围溢走，或者是注入速度过大，扰动碎石岩层，或遇到空隙薄弱部位。此时应适度降低注入速度。

（4）压力反复升降，但总趋势呈上升态势。原因分析：由于注浆浆液的凝胶时间较短。此时应该是度调长浆液凝胶时间。

（5）压力上升很快，而注入速度上不去。原因分析：表明注浆岩层较为密实或者浆液的凝胶时间太短。

（6）压力有规律上升，即使达到容许压力时，注浆速度也比较正常，这表明注浆施工作业是成功的。

（7）压力上升后又下降，然而后来压力又再度上升，并达到设计的要求值。这可以认为该种情况的空隙部位已被浆液填满，此种情况也是成功的。

4.3.5 管棚注浆施工的结束标准

（1）单孔注浆结束条件。注浆过程中只要满足以下两个条件之一，即可认为单孔注浆达到设计的要求并可结束注浆施工。单孔注浆结束条件：a、注浆压力达到注浆设计所规定的终压5.0MPa。b、单孔注浆量达到设计注浆量的80%以上。注浆量的计算公式如下：

Q=A×β=л×R×L×β

式中：Q---总注浆量（M3）； A---注浆范围岩层体积（M3）；

β---填充率，根据图纸及岩石地层的情况而定。 R---注浆半径（M）； L---注浆长度（M）。 （2）全地段结束条件：所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件，

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无漏注浆的情况。

5、劳动力组织

表1 人员配备表

工种 人数 合计 钢筋工 砼工 4 38 6 电工 电焊工 风钻工 2 2 6 木工 2 普工 4 试验工 1 测量工 2 机械司机 6 汽车司机 2 修理工 1 6、机具配置

表2 机械设备配置表

设备名称 凿岩台架 气腿式凿岩机 挖掘机 电动空压机 电动空压机 内燃空压机 风镐 潜孔地质钻机 平洞钻机 装载机 自卸汽车 自卸汽车 搅拌站 搅拌站 混凝土输送泵 混凝土输送泵 衬砌模板台车 喷砼台架 混凝土湿喷机 注浆机 压浆机 混凝土搅拌输送车 装载机

数量 2 25 1 3 1 1 5 1 1 1 4 3 1 1 1 1 1 1 3 1 1 3 2 自制 沈阳风动工具厂 加腾公司 浙开山集团 龙工 东风 斯太尔双娇 长沙中联重工 长沙三一重工 厂制 自制 8

制造商名称 YT-28 KOTO0820 20m 10m 12m G10 S200 P-120 ZL-50F 5t 8t 2-HZS100 JQ500 HBT60 HBT60 L=10.5m 6m JZ-5 S120-T TH-2 6m3 ZL50 154kw 333型号和功率 设备名称 钢筋切断机 钢筋弯曲机 型钢弯曲机 钢筋调直机 交流电焊机 闪光对焊机 普通车床 柴油发电机 柴油发电机 变压器 低压开关柜 轴流通风机 高压注浆泵 多功能台架 泥浆泵 潜水泵 GPS接受机 全站仪 水准仪 水准仪 数量 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 2 1 1 2 3 5 1 1 1 1 制造商名称 型号和功率 GQ40B-FB GTB7-40 200T GTJ4-14 BX3-300 CD6140B 200KW 300KW S9-800 PBL1000 SDNF 2×110kw KBY50/70 Q5PS CQ3260 SET2100 DZS2 DZS3

7、质量要求

（1）管棚钻孔允许偏差及钢架安装允许偏差见标准见表3、表4。此外，长管棚应注意两次循环之间的搭接，大管棚长度不宜小于2m，两相邻接头不允许出现在同一断面内。

表3 管棚钻孔允许偏差

序号 1 2 3 项 目 方向角 孔口距 孔 深 允 许 偏 差 1 ±50mm ±50mm ο表4 钢架安装允许偏差

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 项 目 间距 横向 高程 垂直度 保护层和表面覆盖层厚度 钢架周边拼装 平面翘曲 钢架节点焊接长度 钢架的混凝土厚度 钢架的混凝土表面覆盖层厚度 允许偏差 ±100mm ±50mm ±50mm ±2 -5mm ±3cm 小于2cm 大于4cm 不得小于4cm 不得小于3cm ο （2）顶进过程应随时注意防止堵孔、坍孔。

（3）注浆前，必要时对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚50～100mm 的砼封闭作为止浆墙。

（4）注浆过程应随时注意注浆压力的变化，压力达到设计值且注浆量也与设计相符后，即可停止注浆。

（5）注浆结束后，再钻孔检查注浆效果是否达到设计要求，如未达到应根据实际情况调整注浆参数进行补孔注浆。

（6）注浆后至开挖前时间的间隔，根据浆液种类控制在4～8h。在管棚相接处开挖时保留1.5～2.0m的止浆墙，以防止注浆时孔口跑浆。

（7）整个过程中做好记录，内容包括打孔的角度、间距、深度、钢管的长度、注浆压力、注浆数量、起止时间等，作为后续施工调整注浆参数依据。

8、安全质量保证措施

8.1安全保证措施

8.1.1 加强全员安全意识教育；

8.1.2 针对本隧道工程长管棚施工特点和要求，参照有关规范制订安全规章制度；

8.1.3 加强对围岩进行动态监控量测，实行信息化管理，科学地组织施工；

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8.1.4 拆卸钻杆时，要有统一指挥、明确联络信号，扳钳卡钻方向应正确，防止管钳及扳手打伤人；

8.1.5 钢管内注浆时，操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套； 8.1.6 要有良好的照明条件。 8.2 质量保证措施

8.2.1 优良工程目标实现，项目部成立了创优领导小组，由项目经理、总工程师、工程技术及质量检测和物资设备等部门负责人组成，负责全项目的创优领导工作。

8.2.2 建立创优责任制，强化工作管理监督、检查和奖惩机制，层层落实，建立逐级考核评比制度，奖优罚劣，优质优价，强化管理。

8.2.3 项目经理部成立质量管理领导小组，成员主要是质检工程师、班组质检员，定期召开质量分析会，对发现的问题及时研究，制定改进措施。

8.2.4 加强技术管理的基础工作，施工中认真执行“三检”，严把“五关”，即施工前、施工中、完工后检查，和技术图纸资料复核关、技术交底关、工程试验关，原材料进场关和隐蔽工程检查签证关。

8.2.5 严格按照技术规范操作，严格按照监理程序办事。每道工序都要通过各施工班组自检、项目经理部复检，上报监理工程师检查认可后再进行下道工序，确保各工序质量优良。

8.2.6 开展重点、难点工程技术攻关和群众性QC小组活动，通过工序控制和工艺控制，推行标准化作业，提高质量意识，杜绝各类质量通病，消除薄弱环节。

8.2.7 提高质量意识。只有提高全体施工人员的质量意识，才能确保工程的整体质量，定岗定责，奖惩分明。

9、环境保护及文明施工 9.1 环境保护措施

9.1.1 环境保护做到全面规划，合理布局，综合治理，化害为利。 9.1.2 隧道弃碴按设计碴场弃置，按设计要求用浆砌片石进行支挡防护。未设计支挡防护的坡面加土壤种植草皮、树木进行绿化。弃碴场进行复耕或绿化。

9.1.3 水泥采用罐装或袋装运输。

9.1.4 施工用的废水、生活污水，利用临时排水系统及永久性排水设施排至污水坑内，经处理达到允许排放标准后再进行排放。废弃物采用车辆运输的方法，整齐合理地堆放在图纸或监理工程师指定的

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地方深埋覆盖。

9.1.5 工程用料根据具体情况，堆放在施工场地和征地线内，不影响农田耕种和污染环境。每道工序施工时做到工完料清，并对场地进行及时清理，保证施工场地整洁。

9.1.6 在筑路材料和弃土弃碴的运输过程中，根据需要定时对施工便道洒水，以消除灰尘。

9.2 文明施工保护措施

9.2.1 按当地环保的要求精心设计，合理布署施工总平面，充分考虑环保，保护生态与环境。

9.2.2 现场的临建房屋必须安全牢固，满足抗风防震要求；施工作业区和生活区有明显划分，有责任人管理生活区卫生工作，保持生活区卫生整洁。

9.2.3 施工现场的生产房屋及设施布局合理，整齐化一；临时便道合理规划，尽量减少便道数量，路面平整，两侧排水通畅。施工场地置挂六牌一图，即：工程概况牌、安全纪律牌、安全标语牌、文明施工制度牌、质量措施牌、安全质量责任牌和施工平面图。

9.2.4 开展文明施工，保证现场管理有序，有条不紊。场地布置统一规划，施工区材料堆放整齐，场地平整，道路畅通，排水畅通；施工快速有序，配合精密协调；各种物资材料储放安全并按GB/T28001-2001标准标识正确、醒目；场区内管线布置线条整齐化一、卫生、悦目。

9.2.5 强化施工现场管理。严格包保责任制，明确分工，责任到人，奖罚分明，做到突出重点，分批落实，规范施工，注重实效。坚持施工人员挂牌上岗，现场施工统一着装，统一行动；施工现场设置鲜明的标牌，主要有责任划分牌、工艺流程牌、形象进度牌、质量标准牌、安全警示牌、环保警示牌、成本控制牌等。

9.2.6 做到工完料尽、工完场清，建筑垃圾及时清除，暂不能清除的在指定区域堆放齐整。

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