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施工技术:YG50钻机在大管棚施工中的应用
2006年6月19日 14:23  来源:《建设机械技术与管理》杂志

    摘要:蛤蟆岭隧道偏压严重,围岩类别较差,开挖难度大。在施工过程中发生大面积的坍塌,在大管棚跨越塌方段的施工中,应用YG50型钻机结合合金钻、潜孔锤、三翼钻等多种施工工法,取得成功经验。

    关键词:YG50型钻机大管棚工法

    1隧道概况

    蛤蟆岭隧道(DK24+975~DK25+775)位于陵县天门镇与青阳县新河镇的交界处,进口位于西垅村兆岭(移民新村)的南侧,属越岭隧道,进口傍山,出口位于方家村东北侧,全长800m。隧道进口位于R=2500m的曲线上,隧道内坡度为3‰的下坡。隧道最大埋深46m,最小埋深10.77m。本隧道为单线隧道,按照新奥法原理施工,采用复合式衬砌,进出口洞门采用翼墙式隧道门。

    2隧道地质情况

    蛤蟆岭隧道区属风化剥蚀丘陵地貌,坡度一般为10°~30°,植被茂密。隧道区地层较为简单,上覆第四系上更新统残坡积角砾土,下伏志留系下统粉沙岩。

    隧道围岩为V级,在进口25m、出口75m设加强段。DK24+975~DK25+042为角砾土,DK25+042~DK25+670为断层泥,DK25+670~DK25+775为角砾土。其中断层泥为泥土和石夹层,节理发育,岩体较破碎,存有基岩裂隙水,稳定涌水量为107m3/d,破碎带局部水量集中。

    隧道偏压严重,围岩类别较差,开挖难度大。

    3隧道塌方情况

    2006年4月3日下午13:10分,DK25+245、DK25+249处线路右侧拱腰出现裂缝,随即线路左侧大避车洞发现掉块现象,缝隙发展迅速,13:20分裂缝已达20mm,洞内工作人员迅速撤出洞外,13:30分DK25+240~DK25+245段出现大面积坍塌。2006年4月5日上午隧道上方地表形成长约8.5m、宽约7m、深约9m的椭圆形深坑。

    4塌方段加固方案

    (1)采用回填方式加固变形段初期支护防止事故扩大:回填高度为仰拱面以上5.5m,宽度8m,平台顶面长度10m,坡道为1:4。

    (2)采用60cm、厚C20喷射混凝土封堵拱部掌子面。

    (3)管棚施作前对掌子面处DK25+236~+240.5段上导坑进行φ42小导管注浆加固,间距1.5×1.5m,梅花状布设,长度4.5m,管内注1:0.8的水泥—水玻璃双液浆。(小导管采用风动凿岩机钻孔顶进。注浆结束标准采用注浆量控制,扩散半径1m。单管注浆量为0.163m3。)

    5管棚施工

    在进行管棚作业前,先用水平钻机超前钻探,经钻探后得知,塌方体长度在18m以内,所以决定利用20m大管棚跨越塌方段。

    5.1施工参数

    根据钻探结果确定采用φ108mm、t5.0mm大管棚穿越塌方体,管棚长度定为20m,环向间距40cm,每环33根,外插角为5°35',管棚内填充水泥砂浆。其中33根管棚从左至右编号为1~33号,一台钻机按1~16号顺序进行施工,另一台钻机按17~33号顺序施工。

    5.2钻机选择

    经过对多种可以进行管棚施工设备的综合能力的分析,确定超前大管棚采用两台YG50型钻机进行施工。YG50型钻机为全液压驱动动力头式钻机。适用于水电、铁路、公路边坡大吨位预应力锚固孔、排水孔、隧道口管棚孔的施工,以及预防滑坡、岩石坍塌等地质灾害的治理工程。

    5.2.1钻机主要技术参数为:

    钻孔深度50m钻孔直径φ90~168mm

    钻孔倾角0~90°动力头行程1800mm

    桅杆滑移行程500mm最大输出扭矩2000Nm

    动力头输出转速(正反)5~120转

    最大体升力30kN最大给进力15kN

    电动机型号Y180M-4功率18.5kW

    液压系统额定压力20MPa

    主机外形尺寸3000×1000×1500m

    5.2.2钻机主要特点:

    (1)钻机钻进能力强,适用范围广;钻进速度快,处理事故能力强,钻进效率高。

    (2)钻机动力头输出轴设有伸缩机构,可以有效保护钻具。动力头及孔口板调转方向可直接钻凿仰孔,大大增加钻孔倾角范围。

    (3)钻机机架前部设有上下调节立柱,可调节桅杆高度,施工时对孔位快捷方便。

    (4)钻机结构为分体式,管路连接采用快速接头,可拆性好,安装迅速;可远距离进行操纵。

    (5)钻机全液压驱动,可实现无级调速,操纵简单,维修方便。

    (6)钻机可适用多种钻进工艺方法,如合金回转钻进、螺旋钻进、潜孔锤钻进、跟管钻进等。

    5.3管棚施工工艺(见图1)

    (图略)

    5.3.1搭设钻孔平台架设钻机

    (1)钻机平台用钢管脚手架搭设,因为设计用7.8m的无缝钢管作为管棚管,所以平台搭设长度为8m。搭设平台应一次性搭好,钻孔时两台钻机一台由高孔位向低孔位钻进,另一台由低空位向高空位钻进,可避免两台钻机互相影响,便于钻机定位。

    (2)平台支撑要着实地,连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。平台上可准备2m长的方木若干,调准钻机高度时使用。

    (3)钻机定位:塌方过渡段6m内已用钢拱架加固过,为保证较小的钻进倾角,钻机在离工作面6m处固定。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,确保钻机钻进时的倾角、仰角。

    5.3.2钻孔

    a.由于塌方体中隐埋有大量钢格栅、锚杆、注浆小导管,一般钻头遇到这种情况无法继续钻进,所以在钻孔初期用专门设计的φ130合金钻头进行切割。这种合金钻可切割φ22螺纹钢、φ42小导管、8mm厚的钢板等。

    b.钻孔深度达到2m后,受倾角控制,钢格栅、锚杆、注浆小导管已基本不再出现,此时改用潜孔锤钻进,压缩空气清孔,潜孔锤后连接4m长扶正器,以便保证钻孔方向与孔的轴线吻合。

    c.钻进中遇到岩土粘性变大时,潜孔锤的作用受到限制,排出的岩屑多为泥团,当钻孔较深时,排屑十分困难。此时改用三翼钻头钻进,可结合KBY50/70液压注浆机向孔中注入高压水,与高压风混合将粘性碎渣吹出。

    5.3.3清孔验孔

    a.用三翼钻头来回扫孔,清除浮渣至孔底,确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。

    b.用压缩空气从孔底向孔口清理钻渣。用经纬仪、测斜仪等检测孔深,倾角,外插角。

    5.3.4安装管棚钢管

    a.管棚管用φ108mm、t5.0mm长7.8m的无缝钢管焊接而成,管节采用2m长φ89无缝钢管连接。棚管四周钻φ10出浆孔,靠掌子面4~5m的管径上不钻孔,管头焊成圆锥形,便于入孔。

    b.棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺,即先钻大于棚管直径的引导孔(φ130mm),然后用YG50钻机边回转边推进顶进钢管。

    c.为保证管棚管的焊接相连处不集中在同一断面,相邻两孔的管棚管接头应前后错开,确保受力情况良好。

    5.3.5填充

    管棚内注填充水泥砂浆,配比为1:2。

    5.3.6质量控制措施

    a.管棚钻孔质量:严格控制钻孔最大下沉量及左右偏移量在15~20cm范围内。

    b.管棚不得侵入隧道开挖线内,相邻的钢管不得相撞和交叉。

    c.管棚钻孔时每钻进2m进行一次钻杆轴线检查,误差超限及时纠偏。

    5.3.7安全措施

    a.掌握好开孔与正常钻进的压力和速度,防止断杆事故。

    b.钻孔中如发生卡钻、斜孔、坍孔等故障,应及时采取措施处理。

    6结语

    对于隧道塌方处理,大管棚支护具有十分安全可靠的作用,但如何经济、快速的实现是施工单位面临的实际问题,YG50型钻机在蛤蟆岭隧道施工中,10天时间内顺利完成管棚施工,这一成功案例证明了该设备和工法的可行性。当然,在复杂地段如何进一步提高施工速度,我们将继续探索。

     本文作者:中铁一局工管中心赵永红

 
 [关键词]:钻机 潜孔锤 三翼钻  发表评论    【推荐】 【打印

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