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管棚施工作业指导书


中铁四局武广客运专线 XXTJⅡ XXTJⅡ标项目经理部第三项目队

管 棚 施 工 作 业 指 导 书
编制: 编制: 复核: 复核: 审核: 审核: 2006 年 4 月 13 日
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1.工程概述 ...............................

...................... 1 2.超前大管棚施工机理 ........................................... 2 3.套拱施工 ..................................................... 2 4.长管棚施工 ................................................... 3 4.1.长管棚钻孔工艺流程 ....................................... 3 4.2.长管棚钻孔操作要点 ....................................... 3 5.长管棚顶管施工 ............................................... 5 5.1.长管棚顶管工艺流程 ....................................... 5 5.2.长管棚顶管施工 ........................................... 5 5.3.配制浆液 ................................................. 7 5.4.注浆 ..................................................... 7 5.5.严格注浆施工作业现场控制,保证注浆质量 ................... 8 5.6.管棚注浆施工的结束标准 ................................... 9 6.超前长管棚施工注意事项 ....................................... 9 7.安全保证措施 ................................................ 10 8.质量保证措施 ................................................ 10 9.环境保护措施 ................................................ 11 10.职业健康安全保障措施 ....................................... 11 10.1 组织管理措施 ........................................... 11 10.2 保障措施 ............................................... 11 11.管棚、钢架验收要求 ......................................... 12

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管棚施工作业指导书
1.工程概述 1.工程概述 根据施工设计图,隧道进、出口均设计有明洞,且明洞采用上下台阶法明 挖法施工,台阶高度结合大管棚施工综合确定,暗挖段按CRD法、双侧壁导坑 法或CD法施工,具体见图1.1。 洞口土方开挖须避开雨季施工。开挖前先施工截水沟、天沟等排水系统, 后进行洞口开挖。 明挖段开挖应自上而下逐层进行, 随开挖随喷混凝土进行边、 仰坡防护。 至暗挖段拱顶开挖轮廓线高度时, 垂直下挖至设定的上半断面底部, 临时喷设混凝土封闭暗洞掌子面。 沿开挖轮廓线环向掏槽, 安装 2 榀 I18 型钢 钢架,浇筑混凝土,为暗洞开挖作准备。
地面线

仰坡面喷混凝土临时防护 大管棚 洞口2榀环框钢架混凝土 开挖轮廓线 上半断面 下半断面 掌子面喷混凝土临时支护

明挖段(上下台阶法)

暗挖段(双侧壁导坑法)

图 1.1 明挖段开挖示意图 施作管棚套管先安装套拱内拱架和导向钢管, 立模、 浇筑套拱混凝土后再 钻孔、顶管、注浆、封口,完成管棚施工。 管棚完成后, 借助上半断面台阶高度, 进行暗洞侧壁导坑的上台阶开挖与 支护工作,掘进约 10~15m 左右,开挖明挖段的下半断面。明挖段下半断面随 挖随喷混凝土防护,挖至两侧墙底标高后,及时施作两侧浆砌片石挡墙,同时 进行暗挖段导坑下台阶开挖支护。

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2.超前大管棚施工机理 2.超前大管棚施工机理 洞口暗挖段埋深浅,易塌方,设计主要采用超前大管棚进行防护。因此采 用的进洞方法是:首先开挖明洞段拱部部分,并根据设计进行边、仰坡支护处 理,再施做C25砼套拱,尔后施作超前长管棚,最后在管棚支护下可以安全进 洞。在明暗洞衔接处设计有套拱,套拱拱部布设φ140×6mm导向钢管,进入暗 洞时采用φ108×6mm长管棚超前支护, 管棚中心距开挖轮廓线约30cm, 外插角 1~3°,采用φ108×6mm的无缝钢管制作,环向间距50cm,仰角1°(不包括 路线纵坡),方向与路线中线平行。 3.套拱施工 3.套拱施工 管棚施工前应先施工套拱, 利用套拱进行导向, 同时借助混凝土套拱稳定 仰坡面山体。套拱混凝土达到 85%强度时,方可实施管棚钻孔工作。 套拱结构如图 3.1 所示。
地表面
坡 5仰 1.2 1∶

Ⅰ18钢架

C20砼套拱

0.6m

140×6mm钢管 L=3.2m Ⅰ18钢架



3.0m



暗洞掌子面

0.3m

暗洞开挖轮廓

Ⅰ18钢架

初期支护

图 3.1

管棚混凝土套拱结构示意图

3.1.测量放样,标定套拱与暗洞开挖分界线。 3.2.进行套拱拱部及边、仰坡开挖和整修,并按设计要求进行边、仰坡加 固处理。 3.3.套拱施工时,先安装①、②号Ⅰ18 型钢钢架,钢架外表面的连线坡 度与管棚的外插角一致。经环向各点量测满足要求后,固定①、②号型钢。在 ①、②号型钢上标注φ140×6mm 导向钢管的位置,逐根焊接于钢架上固定。 管棚采用C25砼套拱作长管棚导向墙,套拱在明洞轮廓线以外紧贴掌子面
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施作,长度为3米,套拱内埋设4榀18工字钢,工字钢与管棚孔口钢管φ140× 6mm焊接成整体。Ф25固定钢筋与孔口管、18工字钢采用双面焊接,焊接长度 大于5d。 3.4.支撑稳固后,然后安装内、外侧其它型钢钢架,内、外层钢架采用钢 筋焊接,布筋和安装孔口管必须符合设计要求,保证布筋、孔口管的位置和角 度准确,内外模均采用5cm木模或竹胶板加工安装,然后进行套拱砼的施工, 待套拱砼强度达到85%时开始长管棚施工。 4.长管棚施工 4.长管棚施工 4.1.长管棚钻孔工艺流程 4.1.长管棚钻孔工艺流程

4.1 长管棚钻孔工艺流程图 4.2.长管棚钻孔操作要点 4.2.长管棚钻孔操作要点 4.2.1.1. 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φ140mm,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。 4.2.1.2.施作长管棚时(φ108×6mm),打孔角度洞口段为 1°~2°, 洞内适当加大角度,但角度应控制在 5°~10°,间距 25cm,每根长 24m(每 节长 6m,采用长 15cm 的丝扣连接),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,
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其余的均为 6.0m,以避免钢管接头在同一断面上。钢管采用丝扣联接。钢花 管大样及布置见图 4.2。 图 4.2 钢花管大样及布置示意图
钢花管 3.5m 0.15m×0.15m梅花型布置注浆孔 0.5m

4.2.1.3.为了确保钻杆接头有足够的强度、 刚度和韧性, 钻杆连接套应与 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。连接套及连接方式见图4.3。 4.3 钻杆连接器示意图 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。 4.2.1.4.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。 4.2.1.5.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。 4.2.1.6.钻机开孔时的钻速宜采用低速,钻进20cm后转入正常钻速。 4.2.1.7.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。 4.2.1.8.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
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以上。 5.长管棚顶管施工 5.长管棚顶管施工 5.1.长管棚顶管工艺流程 5.1.长管棚顶管工艺流程

5.2.长管棚顶管施工 5.2.长管棚顶管施工 5.2.1.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。管棚顶进连接套及管棚扶直器见图5.2。

图5.2.1 管棚顶进联接器及管棚扶直器示意图 5.2.2.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。
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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。 5.2.3.清孔检查钻孔合格后,安装钢管,应每钻完一孔便顶进一钢管,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。 5.2.4.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。 5.2.5.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。 5.2.6.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。见图5.2.2所示。

图5.2.2 环形楔环示意图 5.2.7.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。

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5.3.配制浆液 5.3.配制浆液 5.3.1.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。 5.3.2.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。 5.3.3.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%。 5.3.4.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。 5.3.5.做好配置浆液的施工纪录,为分析注浆效果提供依据。 5.3.6.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。 5.4.注浆 5.4.注浆 5.4.1.注浆工艺系统:双液注浆工艺系统如图5.4所示。

图5.4 双液注浆工艺系统示意图 1、高速搅拌机;2、吸浆管;3、回浆管;4、进浆阀;5、泵;6、压力表;7、 输浆管;8、快速接头;9、孔口压力表;10、钢管接头;11、混合器;12、单 向阀;13、三通;14、止浆塞;15、注浆孔
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5.4.2.注浆顺序 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 5.4.3.注浆施工要点 5.4.3.1.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。 5.4.3.2.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。 5.4.3.3.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、注浆纪录,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。 5.4.3.4.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。 5.4.3.5.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。 5.5.严格注浆施工作业现场控制 严格注浆施工作业现场控制, 5.5.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。
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5.5.1.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。 5.5.2.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。 5.5.3.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。 5.5.4.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。 5.5.5.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。 5.5.6.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。 5.5.7.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。 5.6.管棚注浆施工的结束标准 5.6.管棚注浆施工的结束标准 5.6.1.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); 3 A---注浆范围岩层体积(M ); 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)。 5.6.2.全地段结束条件: 所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件, 无漏注 浆的情况。 6.超前长管棚施工注意事项 6.超前长管棚施工注意事项 6.1.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。
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6.2.顶进过程应随时注意防止堵孔、坍孔。 6.3.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。 6.4.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。 6.5.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。 6.6.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。 6.7.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。 7.安全保证措施 7.安全保证措施 7.1.加强全员安全意识教育; 7.2.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; 7.3.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; 7.4.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; 7.5.钢管内注浆时,操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套; 7.6.要有良好的照明条件。 8.质量保证措施 8.质量保证措施 8.1.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.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。 8.3.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。 8.4.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。 8.5.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
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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。 8.6.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。 8.7.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.环境保护措施 9.环境保护措施 9.1.环境保护做到全面规划,合理布局,综合治理,化害为利; 9.2.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; 9.3.水泥采用罐装或袋装运输; 9.4.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地方深埋覆盖; 9.5.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; 9.6.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。 10. 10.职业健康安全保障措施 10.1 组织管理措施 项目队成立职业健康安全保障领导小组, 各项目分队设立工地医务所, 配 备必需的现场检测、检验、治疗设备及药品。主治医生承担临床病人的诊治, 卫生防疫专业人员负责工地日常卫生防疫工作,做好工地食堂、饮食、饮水卫 生管理、传染病防治及工地劳动卫生监督检测,组织人员定期进行健康体检, 协助处理公共卫生突发事件,对发生的传染病及时报告。 10.2 保障措施 10.2.1 劳动保护是为了保障劳动者在劳动过程中的安全和健康而采取的 各种保护措施,在施工中,加强行政管理,搞好劳动保护工作;利用工地板报、 宣传栏、班前点名等形式加强劳动卫生防护知识教育,提高个人防护意识。施 工管理者加强监督,有毒有害作业人员坚持佩带个人劳动防护用品上岗作业,
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并建立奖惩制度;建立工作时间的限制和休息时间,规定休假制度,从时间角 度保护劳动者的安全和健康;采取各项劳动安全与卫生措施,从作业场所、环 境条件保护劳动者的安全和健康;施工前与施工技术人员密切联系,使施工组 织措施符合劳动卫生保障要求。 合理组织劳动力, 严格按照劳动定额组织施工。 在实际施工中, 由劳动卫生保障中心负责劳动卫生保障工作的监督与落实,必 须强化管理,保证施工人员的身体健康,保障施工顺利完成。 10.2.2 视施工需要、施工场所中危害因素和劳动安全与卫生要求,合理 配备足够、齐全的劳保防护用品;选择齐全防护用品,如安全帽、安全带、雨 衣、雨靴、手套、防护口罩、面罩等,既要使用方便,又要对危害和危险具有 较好的防护效果;选购防护用品符合国家标准,并且保证质量,选购时应审核 其产品的生产许可证,产品合格证,安全鉴定证。在使用前用简易方法进行质 量检察,发现不合格,及时更换;劳保用品必须提前采购,配置充足,统一发 放。 11.管棚、 11.管棚、钢架验收要求 管棚钻孔允许偏差
序号 1 2 3 项 目 方向角 空口距 孔 深 允 许 偏 差 ο 1 ±50mm ±50mm

钢架安装允许偏差
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 ο ±2 -5mm ±3cm 2cm 大于 4cm 不得小于 4cm 不得小于 3cm

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