大管棚超前支護在淺埋隧道洞口施工中的應用

胡芝智

1 工程簡介

重慶市軌道交通三號線龍頭寺站—設計終點站區間隧道全長419.824 m，本區間共擬定了7種內輪廓類型，其中Ⅳa形、Ⅳb形為單洞四線隧道，Ⅳc形、Ⅳd形、Ⅳe形為雙洞四線連拱及小凈距隧道，Ⅳf形、Ⅳg形為三洞四線連拱及小凈距隧道。Ⅳa形、Ⅳb形均采用曲墻三心圓斷面，Ⅳc形～Ⅳg形大洞采用曲墻三心圓斷面，小洞采用直墻拱形斷面。Ⅳa形斷面隧道上覆土層厚度0.3 m～3.8 m，為淺埋隧道。隧道圍巖級別Ⅳ級，下伏基巖以泥巖為主夾薄層狀砂巖。隧道圍巖裂隙較發育，巖體呈塊狀結構，巖體較完整，地下水類型為基巖裂隙水。

2 大管棚超前支護原理

管棚超前支護是利用鋼拱架與沿開挖輪廓線，以較小的外插角、環向按照一定的間距向開挖面前方打入鋼管或鋼插板構成的棚架，并在鋼管內進行壓力注漿，來形成對開挖面前方圍巖的預支護。為開挖及初期支護作業提供了安全保障;漿液固結后鋼管和圍巖之間組成了一個共同的固結環，其整體剛度加大，對圍巖變形的限制能力較強，且能提前承受早期圍巖壓力。

3 大管棚超前支護設計參數

3.1 大管棚設計參數

1)鋼管規格:采用φ 108 mm，壁厚 6 mm的有孔熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊接100 mm加勁箍，鋼管四周鉆四排φ 15 mm壓漿孔。鋼花管內設置鋼筋籠，鋼筋籠主筋4φ 25，采用φ 42鋼環(壁厚 4.5mm)作固定環，固定環節長40 mm，與鋼筋籠主筋焊接，鋼花管大樣圖見圖1。2)管距:環向間距為45 cm;外插角:1°。3)縱向同一斷面內鋼花管接頭的位置應相互錯開不小于1 m，管棚節長度為6 m+6 m+6 m+6 m+6 m+5 m或5 m+6 m+6 m+6 m+6 m+6 m。

3.2 注漿參數

1)注漿壓力初壓0.5 MPa～1.0 M Pa，終壓 2.0 MPa。2)水泥漿水灰比1∶1。3)水泥標號32.5R普通硅酸鹽水泥。4)水玻璃波美度為35，模數2.4。

3.3 套拱參數

1)套拱作為洞口管棚固定端，套拱長1.2 m，拱內設三榀 22b工字鋼，在其中布設79個φ 127 mm壁厚4mm孔口管，見圖2。2)孔口管用φ 16鋼筋固定，孔口管與22b工字鋼焊為整體。3)套拱采用C30早強混凝土。4)套拱應置于基底承載力不小于0.35 MPa的基巖上。

4 大管棚施工

4.1 明洞邊坡仰坡開挖支護

1)明洞段開挖應在洞頂截水溝施工完成后進行，應盡量避開雨季施工。

2)邊坡防護應與明洞開挖同步進行:及時施工明洞邊坡的錨桿、掛設鋼筋網、噴射混凝土及時封閉坡面。

3)對邊坡滲水要及時排、引到坡面外，加強對坡面的防護。

4.2 施作套拱

1)混凝土套拱作為長管棚的導向墻，套拱內埋設鋼筋支撐，鋼筋與管棚孔口管連接成整體。

2)用經緯儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置;用水準尺配合坡度板設定孔口管的傾角;用前后差距法設定孔口管的外插角。孔口管應牢固焊接在工字鋼上，防止澆筑混凝土時產生位移。

4.3 搭鉆孔平臺安裝鉆機

1)鉆機平臺用鋼管腳手架搭設，鉆孔由兩臺鉆機由高孔位向低孔位對稱進行，可縮短移動鉆機與搭設平臺時間，便于鉆機定位。

2)平臺支撐底部墊鋼板和混凝土墊塊，保證連接牢固、穩定。防止在施鉆時鉆機產生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質量。

3)鉆機定位:測量放樣出隧道設計輪廓線，用經緯儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法按45 cm的間距標出管棚的位置。反復調整，確保鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

4.4 鉆孔

1)把套拱中預埋的鋼套管作為導向管，采用直徑127 mm鉆頭進行鉆孔。掌子面按要求先噴一層素混凝土作為止漿墻，以確保掌子面在進行壓力注漿時不出現漏漿、坍塌。

2)鉆孔前先檢查鉆機機械狀況是否正常。

3)鉆機開鉆時，可低速低壓，待成孔1.0 m后可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓，特別是鉆頭遇到夾泥夾砂層時，應控制鉆進速度，避免發生夾鉆現象。

4)鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的現象及時判斷成孔質量，并及時處理鉆進過程中出現的事故。

5)鉆進過程中確保動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。

6)認真做好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述。

4.5 清孔驗孔

1)用地質巖芯鉆桿配合鉆頭進行反復掃孔，清除浮渣，確保孔徑、孔深符合要求，防止堵孔。2)用高壓風從孔底向孔口清理鉆渣。3)用經緯儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

4.6 安設管棚

1)鉆孔完成后及時安設管棚鋼管，避免出現塌孔。

2)鋼管逐節頂入，采用絲扣連接，絲扣長15 cm。接長鋼管應滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應前后錯開。

3)及時將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實，在鋼管外露端焊上法蘭盤、止漿閥，并檢查焊接強度和密實度。

4)再次清孔并將鋼筋籠插入鋼花管內。

4.7 管棚注漿

注漿施工工藝見圖3。

5 效果評價

1)對注漿加固區進行鉆芯取樣，漿液的填充情況基本良好。2)開挖過程中進行掌子面觀察，沒有發現大量涌水出現，也未出現管棚侵入開挖斷面。3)對洞口段的收斂變形、拱頂下沉、邊坡位移、錨桿受力、鋼拱架及鋼筋應力等方面進行了全面的監測。監測結果表明:布設監測點的斷面基本處于穩定狀態，能夠滿足設計和規范要求。

6 結語

工程實踐證明，大管棚超前支護在龍頭寺站—設計終點站區間隧道洞口開挖中得到成功應用。利用大管棚工法的梁效應和固結效應，使注漿體和管棚連成一個整體而受力，在隧道開挖輪廓線外形成一個環向的支撐體，既能阻止松散圍巖的坍塌又能有效控制沉降，為隧道進洞的安全、順利施工創造了條件，是新奧法與其他輔助施工方法的有效結合。

[1] GB 50157-2003，地鐵設計規范[S].

[2] TB 10003-2005，鐵路隧道設計規范[S].

[3] TB 10204-2002/J163-2002，鐵路隧道施工規范[S].

[4] 于書翰，杜謨遠.隧道施工[M].北京:人民交通出版社，2001.

[5] 李 東.超前支護預防塌方及其在金子山隧道中的應用[J].山西建筑，2009，35(3):285-286.