大管棚超前支護進洞施工技術在伏龍坪隧道施工中的應用

李曉娟

蘭州鐵道設計院有限公司（730000）

現代隧道技術中，大管棚超前預支護技術在我國地下工程施工處理特殊及不良地質隧道中，得到了廣泛的應用，并取得了較好的效果。在隧道開挖前沿開挖輪廓線鉆設與隧道軸線平行的鉆孔，然后插入不同直徑的鋼管并向管內注漿，固結管周圍的圍巖形成棚架支護體系。主要作用是提高管周圍巖體的抗剪強度，達到加固圍巖并擴散圍巖壓力的作用；大管棚結構的抗彎、抗剪功能可有效承載局部松馳的地層荷重，適時提供隧道開挖后面支護尚未施作或發揮作用前所需的支撐力，使隧道開挖面得以安全穩定并同時支護和結構形成空間支撐系統。

1 工程概況

伏龍坪隧道位于蘭州市。隧道設計為上下行分離四車道雙管公路隧道，上行線全長662 m，下行線全長661 m，上下行線線間距為30 m，最大埋深為69 m。隧道圍巖巖性為黃土狀粉土，土質疏松、不均勻，夾有小礫石，垂直裂隙發育，整體性差，極易發生坍塌或塌方。

下行線隧道東口端與安定門立交相接為大跨三車道斷面，跨度為19.12 m，進洞施工極其困難，因此采用φ108大管棚支護和φ42小導管聯合超前支護措施，同時采用型鋼鋼架及噴射混凝土進行初期支護。管棚長30m，環向間距30 cm，詳見圖1。

2 伏龍坪隧道下行線東口工程環境

隧道洞口的工程環境復雜，隧道順利進洞是該隧道施工的關鍵。施工時必須對隧道洞口的地形、地質、氣象與隧道周邊的環境影響因素進行綜合分析。

1）地形

隧道隧址區地形以黃土丘陵為主，次為黃土梁峁，階地與干溝發育，隧道穿越地形的山體地形起伏較大。

2）地質

隧道地質條件為黃土覆蓋的基巖山脊，地層為黃土狀粉土。

3）氣象

隧道址區地處中緯度大陸內部，為溫帶半干旱大陸性季風氣候,四季分明,氣候差異明顯,降水量少。

4）周邊環境

隧道上方地表分布有大量的民房，民房為磚房平房，一般沒有地下深基礎。

3 伏龍坪隧道超前管棚支護施工

3.1 支護參數

鋼管采用熱軋無縫鋼管，外徑108 mm，壁厚5 mm。每節鋼管長6m，兩端均預加工成外絲扣，以便連接接頭鋼管；環向間距為30 cm；鋼管軸線與襯砌外緣線夾角 1～3°。

為提高導管的抗彎能力,在鋼管內設置鋼筋籠，鋼筋籠由四根主筋和固定環,主筋直徑為φ18，固定環采用短管節,節長5 cm，將其與主筋焊接，按1.5 m間距設置。為提高剛度,在管棚的鋼管內壓注M20水泥砂漿。

3.2 施作導向墻

3.2.1 為了保證管棚方向、角度的施工精度施作管棚導向墻

導向墻在隧道外輪廓線以外施作，采用C20混凝土，截面尺寸為1m×1m，環向長度為1m。為保證其基礎穩定，防止其出現沉降變形影響隧道洞口和周圍邊坡的穩定性，導向墻拱腳下進行加大底面面積和深度的處理（見圖1）。導向墻內設2榀工18鋼架（見圖2），鋼架外緣設φ140壁厚5mm導向鋼管，鋼管與鋼架焊接。鋼架各單元由連接板焊接成型，單元間由螺栓連接。

3.2.2 孔口套管間距、位置及方向應準確

用經緯儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置，用激光導向儀設定孔口管的傾角，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。

3.3 鉆機就位及鉆孔

3.3.1 鉆機就位

鉆機平臺采用鋼管腳手架搭設，支撐連接應牢固、穩定,防止在施鉆時鉆機產生不均勻下沉、擺動、位移等影響施鉆質量的現象發生。要求鉆機與已設定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機位置。

3.3.2 鉆孔及事故處理

為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑采用127mm。鉆進時產生坍孔、卡鉆時，需補注漿后再鉆進。鉆機開鉆時，應低速低壓，待成孔10m后可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓。鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的狀態判斷成孔質量，及時處理鉆進過程中出現的事故。鉆進過程中確保動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。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，作為洞身開挖時的地質預測預報參考資料，指導洞身開挖。

3.3.3 清孔驗孔

用地質巖芯鉆桿配合鉆頭進行反復掃孔，清除浮渣到孔底,從孔底向孔口清理鉆渣，用經緯儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

3.4 管棚鋼管安裝

管棚鋼管采用專用的管床上加工好絲扣，導管四周鉆設孔徑20 mm注漿孔，孔間距40 cm，呈梅花型布置，管頭焊成圓錐形，以便于入孔。鉆孔完成后及時安設管棚鋼管，避免出現塌孔。棚管頂進采用裝載機和管棚機鉆進相結合的工藝，即先鉆大于棚管直徑的引導孔，然后用裝載機在人工配合下逐節頂進鋼管。

鋼管采用長6m的管節逐步接長；采用絲扣連接，連接頭采用114×6mm厚管箍，上滿絲扣，絲扣長度不小于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。同一橫斷面內的接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1 m。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。

鉆孔完畢后安排送管，可以先送單數管或雙數管，相鄰兩根管的接頭位置錯開至少3m，導管送到位后要及時固定、焊接堵頭，為防止大管棚接頭位置初期支護鋼架過大變形,要加強小導管注漿支護。

3.5 注漿

1）安裝好有孔鋼花管、放入鋼筋籠后即對孔內注漿，漿液由高速制漿機拌制。注漿壓力達到0.5～1.0 MPa，并持壓5min以上時可停止注漿并封堵注漿口。

2）注漿時插到孔底的塑料排氣管冒出純漿液后，用螺帽封堵排氣口。

3）注漿量的確定。注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍；若注漿量超限，未達到壓力要求，應調整漿液濃度繼續注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。

4）注漿要求。注漿前用清水試壓管路，檢查管路是否連接緊密，如有問題及時處理。排氣管要通到底，以防孔內壓注空氣漿液不能注到孔底。

3.6 堵孔止漿

堵孔質量的好壞，直接關系到注漿效果。堵孔包括鋼管自身的封堵和鋼管與孔壁之間空隙的封堵。管棚最外端3 m范圍內不設置注漿孔。鋼管與孔壁間空隙的封堵采用錨固劑或水泥砂漿封堵，封堵材料裝入孔內不小于2m長度，確保封堵密實。

4 結語

1）大管棚超前預支護加固圍巖在伏龍坪隧道洞口軟弱破碎圍巖地段得到成功運用。淺埋地段采用大管棚施工工藝，提前發揮超前支護作用，增加了施工安全度，提高隧道的長期穩定性，具有顯著的經濟效益和社會效益。

2）通過大管棚超前預支護，改善了圍巖穩定狀況，在大管棚超前預支護下開挖，可有效的減少地表下沉和防止圍巖坍塌，保證了施工安全和施工質量，確保了隧道施工的順利進行。

3）管棚鉆孔可作為地質預探預報，地質資料可為指導洞身開挖提供依據。