大管棚在引红济石工程中的应用

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1、大管棚在引红济石工程中的应用摘要:本文结合在引红济石工程中处理塌方的具体工程实例,分析大管棚跟管法的施工工艺及其优越性,为其它类似工程提供参考。　　关键词:管棚注浆塌方安全　　:U455:A:1672-3791(2011)01(c)-0059-01　　　　陕西引红济石调水工程是《陕西省水资源开发利用规划》和《渭河流域近期重点治理规划》中推荐优先实施的省内南水北调工程。该工程位于陕西省宝鸡市太白县,自秦岭南麓汉江水系褒河支流红岩河上游取水,通过穿越秦岭的长隧洞自流调入秦岭北麓渭河支流石头河,经石头河水库调节后向西安、咸阳、杨凌、兴平等城市供水,并向

2、渭河干流补充一定的生态水量。主体工程由位于红岩河上的关山低坝引水枢纽和穿越秦岭五里坡梁与太白盆地南缘山区的19.76km长输水隧洞两大部分组成,输水隧洞全长19.76km,设计引水流量13.5m3/s,纵比降1/890,进口高程1468.47m,出口高程1443.72m,钻爆法施工断面为圆拱直墙,成洞尺寸(宽×高)为2.8m×3.0m;掘进机法施工断面为圆型,成洞直径D3.0m。洞线穿过的地层岩性主要为片麻岩、大理岩、片岩和花岗岩等,围岩等级以Ⅲ类为主,Ⅴ类次之。　　　　1概况　　引红济石调水隧洞Ⅲ标段k6+250-k6+240为极不稳定的Ⅴ类围

3、岩,岩石主要为糜凌岩,夹杂炭质片岩和片麻岩,遇水极易泥化。此段岩石裂隙发育,地下水丰富,有股状涌水出现,导致此处出现较大塌方。　　　　2施工方法的确定及其优越性　　管棚目前主要用在穿越软弱地层、破碎带及隧洞的出入口、浅覆盖地带等。管棚的施工方法很多,每种方法的特点和适用范围也不同。由于此次塌方量较大,拱顶高度无法确定,且涌水点位于拱顶,致使塌腔持续不断扩大,确定采用大管棚进行超前支护的施工方案。由于塌腔堆满了虚渣,因此必须采用“跟管法”施工。跟管法施工的成孔和下管同时完成,这样就避免了先成孔后下管其中间歇时间造成的塌孔问题。跟管法钻进的方法按有水

4、和无水作业可分为水钻和风钻两种,根据引红济石调水隧洞工程Ⅲ标段的实际地质情况,塌方处虚渣较多,结构松散,加上拱顶的涌水,决定采用无水跟管法施工。　　　　3施工工艺　　3.1钻孔　　该管棚施工的顺序为:钻机安装调试→空压机调试→钻孔并同步跟入无缝钢管→洗孔→在钢管内安放钢筋→封孔→压力注入水泥浆→下一孔位。　　3.1.1钻进方法　　由于要通过松散的渣体,采用常规钻进方法容易造成钻孔坍塌,钻探头卡钻等复杂的孔内事故,为保证钻孔质量,顺利成孔,采用空气潜孔锤钻进和潜孔锤超前扩底,套管扩孔双回旋钻进技术。以压缩空气作为潜孔锤动力,同时冷却钻头,排除岩屑,

5、当钻孔钻进到设计深度时,取出中心钻具,套管留在孔内,形成管棚。　　3.1.2跟管法钻进的设备及配套机具　　(1)钻机:由于全孔用空气潜孔锤跟管钻进,要求设备具有扭矩大、给进力大、转速慢的特点,为此,选用ZSL-40型锚固钻机。该设备的具体性能如下:钻机动力头最大给进力25kN和动力头最大起拔力1700kN,处理事故能力强;钻机配有低速大扭矩动力头双回旋机构,具有双层滑动导轨,能实现孔口近距离钻进,加接钻杆方便。(2)跟管钻进的钻具结构:单偏心钻具由偏心钻头、中心钻头、限位销及防脱销组成,钻具与钻杆柱套管、潜孔锤冲击器等共同形成跟管钻进系统。(3)

6、跟管钻头:采用单偏心跟管钻头和同心式环状钻头以潜孔锤单偏心扩底钻头。(4)跟管套管:采用DZ40高频淬火的Φ108mm无缝钢管,壁厚6mm,反丝套管用接箍连接,丝扣长60mm,牙型采用标准地质套管螺纹。(5)搅拌机为JW200型,注浆机为UB3型。　　3.1.3跟管钻进中遇到的问题及解决措施　　(1)排屑困难:由于所钻钻孔基本上为水平孔,松散层的土比较潮湿,排出的岩屑多为泥团,当钻孔较深时,排屑十分困难,当钻进至设计孔深提钻时,发现严重岩粉卡钻。因此在钻进过程中,严格控制进尺,勤吹孔,必要时从钻具内和钻具与套管的环状间隙送水洗孔提钻。(2)偏心钻

7、头脱落事故:在施钻过程中经常发生偏心钻头脱落事故,经分析主要原因是偏心横销材质较差,易断。当事故发生时,先拔管,然后用筒状岩心管取心钻进取出。需改变偏心横销的材质,选用轴承钢加工横销。(3)跟管钻进蹩钻事故:在跟管钻进过程中,当钻遇地下隐埋物如钢筋、硬质石英砂岩或土石软硬不均时,会发生严重蹩钻,钻具无法正反转,遇到此种情况需拔出套管,取心钻进后再跟管钻进。　　3.1.4管棚施工跟管操作注意事项　　(1)钻孔布置:钻孔沿开外轮廓线布置,由于防止虚渣掉落,管棚必须密排,环外插角为7°。每根管初步按9m设计,根据现场情况随时调整管棚长度及数量。(2)开

8、孔:开孔前以孔口导管为准调正钻机,套管从导管中穿过,依导管的方位角为准,尽量调正接近施工设计所需的方位角。套管穿过导管后一头放在需钻进的