北京八方陆通实施的大红门桥区管棚施工方案介绍一、工程概况本工程为北京市大红门桥区积水治理工程，主要是由北京八方陆通工程技术有限公司实施，大红门桥东南角预设地下泵站一座，采用暗挖法施工，暗挖段主体工程拟采用Φ299管棚做超前支护处理。
此暗挖段分三断面式设计，每断面开挖长度为22m，40m，55m。
（一）设计要求1、管径：Φ299×10mm；2、棚管之间采用T型锁扣互连；3、管间距400mm。
（二）管棚施工的现场条件1、地质、水文条件：根据现场踏勘及当地地质构造分析了解，地层主要为砂层（细砂、中砂），均不含砾石、卵石等不可钻进硬物。
水位在设计管棚位置以下，地下水对管棚施工基本不会造成影响。
2、地理、空间条件：管棚施工从竖井一侧进行施工，前期先行挖出管棚施工所需基坑，基坑尺寸最好控制在：纵向长大于8.0m，宽距离两侧管棚位置外扩1.0m，基坑底板距离最底部管棚下皮1.2m。
二、管棚施工工艺选择根据本工程特点、设计要求、以往施工经验，拟选用“有线仪器导向、冲洗液循环跟管钻进法”施工工艺。
本施工工艺特点优点：（1）通过导向仪监测钻进轨迹，实时进行纠偏，超长管棚也能达到很高的精度（精度可达3‰），省去定位管、导向连接器工序。
（2）直接将棚管打入，防止塌孔，避免沉降。
（3）泥浆护壁，打设完毕及时压注水泥浆充填管外间隙，管棚打设极少引起沉降问题。
（4）效率高。
缺点：受地层限制，在含较大粒径的卵石层、破碎岩石层、岩石层或硬度较大的地层此工法难以实现。
三、管棚施工工艺管棚施工工艺原理此方法是根据非开挖水平定向钻进技术引申而来的。
该方法要求在钻进过程中每钻进一段距离后测一次方位角并通过方位角进行纠偏。
根据这一特点引申出利用方位角进行导向并控制钻头沿着预先设定的轨迹钻进，此方法直接用管棚钢管作为钻杆，在钻头部位安装有线导向仪信号棒，根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的楔型钻头改变钻头的钻进方向。
钻头内装有特制的传感器，传感器通过有线线缆同管外的PLD显示屏连接。
当钻机匀速旋转钻进时，钻杆轨迹基本是平直的。
所以利用显示屏反馈的信息来控制导向钻头在施工过程（控制原理见下图）中的方位就是此工法的关键所在。
(1)导向、纠偏原理导向纠偏系统原理图纠偏原理：如上图，显示屏可实时显示钻头部位的仰俯角度和楔形板的朝向。
正常打设管棚过程中，棚管一边旋转一边前进，如果钻头处角度低于设计轨迹角度，则将楔形板旋转至正上方（如图朝向），此时停止旋转、直接顶进，钻头楔形板通过土层的反作用力产生向上前进的趋势，此时角度会逐渐上升，达到往上纠偏的效果，角度达到设计规定后再继续旋转前进。
同样道理，上、下、左、右各个方向均可以进行纠偏。
（2）钻进原理每一根管棚前端都安装一个钻头，钻头前端有两个直径约6mm的小孔。
泥浆泵将冲洗液先注满棚管，然后冲洗液通过两小孔高压喷射出去，对土体进行切割破除，钻头楔形板旋转顶进过程中同时对土体进行修复性切割，使土体形成略大于管径的孔，原地层渣土通过与冲洗液的搅拌形成泥浆，泥浆从管壁与土体之间的间隙中外流，直至流到孔口。
如此循环棚管不断前进。
（3）管棚加尺、接长原理此管棚施工工艺，管棚接长一般采用丝扣连接，单根接管长度一般为2m、3m、4m、6m 等，根据不同工程情况而定。
Φ299×10mm管棚丝扣连接标准如下图；(4)注浆原理四、施工方案(一)施工前期准备（甲方完成）1、为管棚施工提供三通一平之场地，施工场地具备无障碍进场、安装等施工条件；施工都须将基坑底板硬化。
2、生产用水、电接至管棚工作面30m以内，每套钻机电源功率保证不小于130KW；3、配合施工，提供钻机、材料、工具等的现场吊运设备；4、及时提供轴线、腰线、方位、坡度及工作面附近的水准点、管位等、护坡墙壁开孔；为各排管棚安放稳固的进口支撑钢梁（如果护坡坚固可省去此步），以保证进口位置的准确性。
5、现场提供污水、废水、泥浆等排放场所；6、提供施工中所需钢管及加工、做钻头用钢板、水泥等一次性消耗材料；7、及时办理乙方在北京的合法施工的各项相关手续。
（二）设备选型：1、钻机：根据本工程地质、水文条件，管棚设计参数，拟选用八方陆通为该类工程专门研制并在多个工程经过考验的“GP-28型”管棚钻机。
2、其他配套机械、仪器、钻具等：⑴钻杆：用ф299*10mm的Q345无缝钢管做为钻杆；⑵钻头：选用楔形板配硬质合金或弓子板全面钻进导向纠偏钻头；3、泥浆泵、注浆泵：“BW—250”型泥浆泵。
4、搅拌机：采用体积较小、重量轻，吊装移位方便的立式搅拌机。
5、导向仪：采用美国进口月蚀导向仪，导向精度高、参数可靠，导向精度可达3‰，适合长大管棚的打设。
主要投入设备一览表（单套钻机配备）名称型号数量产地管棚钻机GP—28/40 1 连云港工作平台（可移动升降式）X—Y型 1 自产美国月食导向仪DCI 1 美国泥（注）浆泵Bw—250型 1 衡阳经纬仪J6 1 北京搅拌机旋涡式 1 自制电焊机400 2 上海卷扬机 1（三）施工工艺流程：工作面基底基础打造→三通一平→人员设备进场→钻机平台搭设→设备组装调试→调试钻机（方位、仰角）→钻具组装进孔→棚管位置、角度检测→如有偏斜进行纠偏→检测冲洗液循环→钻进→回次加尺、接口补焊→孔斜测量（校正）→钻进→至设计深度终孔→管内、外注浆→如有需要二次压浆→移至下一孔位。
（四）配管及打设顺序配管：各孔位以4m/节的钢管为主要施工管，前端钻头配1m/节、2m/节、3m/节等不同长度管将相邻孔位的管接缝错开，最后一节管根据设计长度要求配。
（这样便可以满足每个断面管口接缝小于整体管棚的50%）打设顺序：要求间隔打设，不能连续施工相邻孔位，这样可以避免打设过程中出现冲洗液串孔，注浆不饱满现象。
中间孔位应在所注水泥浆完全凝固之前进行，避免由于局部水泥硬块对打设产生不利的现象，影响打设精度甚至无法钻进。
（五）技术参数：受工程地质、水文地质、工程特点、技术难度，质量要求的制约，技术参数主要着眼于以下几方面：1、水平钻进中受钻具自重影响，钻具前部产生下垂现象：钻具顺时针旋转，产生右旋力，造成钻孔偏斜。
因此确定开孔角度时，根据以往经验和试验孔成果，需要给开孔方位角与垂直角以合理的纠偏值，并根据已成孔测斜结果随时予以调整纠偏角度。
开孔方位=隧道走向+钻孔放射角水平分量+水平纠偏角开孔仰角=钻孔放射角垂直分量+钻进纠偏垂直角注：计算中应将隧道坡度考虑在内。
2、在一般黄土地层中打设水平孔，同径管一次性跟管钻进时应灵活掌握以下原则：中小水量、低转速、中低压力、快速给进。
一般钻压5MPa～12MPa；转速30～50转/min（砂层取其低值，粘性土取其高值最高≤90转/min）泵量50-100升/min。
3、水平钻进，粗碎屑易在钻具底部沉淀，造成钻孔上仰或左右偏斜。
因此钻进中，①加强冲洗液质量管理；②合理控制泵压、泵量，以保证钻进碎屑在强悬浮力的作用下带出孔外；③根据不同地层，调整和控制好钻压、转速，保持适度快速给进。
4、对软硬不均地层，钻进时宜采取低压、慢转、快速给进的钻进方法，遇有情况慎重处理，不得盲目加压，增转速。
5、对软塑一流塑状态的地层，钻进时应采用低泵压、小水量。
慢转速，快给进的钻进方法。
（六）管内及环状间隙注浆（附图）彻底冲洗钻孔，保持孔内均匀充满泥浆液；尽量减少孔内残余钻渣。
1、注浆要求：稳定、流畅、不得中断、连续注浆，孔口出水泥浆后，封住孔口，然后再加压注浆1－2次（压力小于0.3Mpa）。
2、预先计算出注浆量，注浆时不得小于计算的注浆量的1.2倍。
3、注浆浆液拟采用素水泥浆，其具有可灌性好、沉淀析水缓慢、渗透性较好，与一般土层有较好的亲合力。
易与周围土层、棚管形成整体结构性能。
4、根据情况，水泥浆液中可添加膨胀剂等以保证浆液凝固后对管内外充填饱满。
五、施工方案实施：㈠、施工工序具体要求与说明：1、设备组装前的准备工作：⑴设备检查：是否有缺件，好坏程度。
电机、钻机、泵等测试运转是否正常，所有部件是否完好；液压系统是否通畅，密封完好度，液压油泄漏状况。
⑵检查所有焊接部位是否有开焊、有则补焊。
⑶各种部件是否有变形，有则进行校正。
2、现场总指挥由生产副经理担任；工作面指挥由总指挥指派班长担任；基坑上部由专人负责。
3、冲洗液池、沉淀池、冲洗液沟按设计合理布局；泥浆泵、配电柜须架空一定高度（≥0.6m）。
4、电器设备、电缆、电线必须有漏电保护、防水保护。
能架空必须架空。
线路连接以不妨碍各工种人员正常工作为准，做到多而不乱，井然有序。
5、照明设备以保证各工种正常生产、安全生产为原则，灯具布局合理，尽量减少来回拉拽电线、移动照明灯为宜。
6、施工前测量人员须校对由甲方已布置好的孔位，孔位移动者须报甲方同意，并且计算回归角度。
7、钻机定位要稳固，钻具安装好后，做到钻机与孔口同心。
8、钻机定位后，根据管位高度，用仪器精确测定其仰角和方位角，通过前后微调进行调整，以确保施工精度与质量。
9、钻进前须先开泵，待循环正常后方可启动钻机进行钻进。
10、钻进时泵压控制在0．4～0.6Mpa，最大不超过0.8Mpa，泵量为50～100L/min为宜。
11、钻进中，每次加尺后，须先钻进，后起出进行棚管丝扣接缝焊接（即先钻后焊），以免钻进时扭力造成开焊。
12、随着不断地钻进，经验的积累结合地质情况的变化，对技术参数不断地适时调整。
13、泵工必须充分利用停泵（钻）间隙，对泵进行认真检修，以保证泥浆泵正常运转。
14、在打设管棚初期时，应随钻检测孔斜，当孔深20～30m±时可进行一次测斜，发现孔斜超限，应采取补救措施，必要时报有关领导研究处理办法。
15、对于遇到异物，不可钻进时，机手与钻工要特别注意孔内变化，发现异常（卡钻、别钻，见硬物等）须立即停钻，做出判断，采取措施。
以防发生工程事故。
16、管棚打设验收合格后，压注水泥浆，对棚管与与砼壁之间缝隙进行封堵。
注浆量与注浆压力须按要求进行，不得敷衍。
对于暂不漏水的孔也必须注浆，不可漏注。
17、单根棚管验收合格后，在现场立即办理验收合格签证，再转入一下孔位施工。
㈡、施工人员的配置：1、管理人员：3人。
负责生产、技术、安全、后勤等管理工作。
2、生产人员（按单机台两班倒计）机手：2人；司泵：2人，焊工：3人，管工：6人；制浆工：2人，电工：1人，辅助工：3人。
计划单机台施工人员合计：16人。
六、质量保证措施：本工程管棚打设口径大，长度大，孔距小，难度大。
为了保质量，保工期，顺利完成任务，必须严把质量关。
技术质量保障体系的总体要求是：建立严密的质量管理体系。
现场各工序均有专人负责，严格实施岗位责任制，力求做到分工明确，责任到人，上下工序衔接紧凑，配合默契。
