超前支護管棚技術(shù)在隧道中的應(yīng)用

李世民，徐繼紅

（1.貴州大學建筑與土木工程學院，貴州 貴陽 550003；2.貴州順康路橋咨詢有限公司，貴州 貴陽 550003）

在大部分的隧道前期洞口施工中，由于隧道處于淺埋地段、軟弱夾層和破碎帶，超前支護施工在這個階段顯得尤為重要。為了更加安全和高質(zhì)量地完成洞口段施工，施工單位需要采用一定的超前支護方案。管棚法作為超前支護方案的一種，具有施工快、安全性高、工期短等特點，在隧道前期支護方案中具有很大的優(yōu)勢。白石隧道位于貴州綏遵高速公路第三標段，隧道出口段埋深9～32 m，地表覆蓋第四系殘破積碎石土，其穩(wěn)定性較差，開挖后易冒頂。下伏奧陶系湄潭組強風化泥炭砂巖，中風化石灰?guī)r，巖性不均勻，產(chǎn)狀120°∠45°。圍巖自穩(wěn)能力較差，拱部無支護時可產(chǎn)生坍塌，側(cè)壁有時失穩(wěn)。根據(jù)勘察的圍巖情況，進洞口段采用管棚進行支護。

1 管棚的設(shè)計參數(shù)

（1）鋼管規(guī)格應(yīng)采用準107mm，厚度6mm，節(jié)長分別為3m、6 m熱軋無縫鋼管。

（2）管距應(yīng)采用環(huán)向間距為50 cm。

（3）傾角應(yīng)設(shè)置為仰角1°方向并且要與隧道中線平行（不包括路線縱坡）。

（4）注漿材料使用純水泥（添加水泥重量5%的水玻璃）漿液。

（5）徑向不得大于20 cm鋼管施工誤差。

（6）長度設(shè)置為40 m（不含套拱段的2 m）。

（7）沿隧道縱向方向同一斷面內(nèi)的接頭數(shù)不應(yīng)大于50%，相鄰鋼管的兩個接頭需要錯開至少1 m的位置再進行焊接。

2 管棚施工工藝

2.1 施作護拱

（1）本隧道采用C30鋼筋混凝土套拱作為長管棚的導向墻，套拱在明洞外的輪廓線外施作。洞口段管棚護拱縱向設(shè)置200cm，厚度60 cm，拱內(nèi)預埋準133×4導向鋼管，鋼管與鋼拱焊接。鋼拱架間距設(shè)置為60 cm，設(shè)置鋼管的導管外插角度為1°。

（2）孔口管作為管棚的導向管，其安裝的精度直接影響著管棚的施工質(zhì)量，在安裝導向管時必須要嚴格地控制。方法是用全站儀在工字鋼的鋼拱架上涌坐標上準確地定好孔口管的位置，并且用水準尺和坡度板測定孔口管的傾角。用經(jīng)緯儀前后差距法設(shè)定孔口管的外插角。孔口管在安裝時必須要焊接在工字鋼上，以防止在澆筑混凝土時產(chǎn)生較大移動。

2.2 鉆孔平臺的搭設(shè)、鉆機安裝的方法與注意事項

（1）鉆孔平臺應(yīng)用鋼管腳手架進行搭設(shè)，鉆孔平臺需要一次性搭設(shè)完畢（為了防止多次搭設(shè)產(chǎn)生的偏差），鉆孔時設(shè)置兩臺鉆機，由高孔位逐漸向低孔位施鉆。

（2）鉆機定位。鉆機要求與已設(shè)定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機位置。位置核定采用經(jīng)緯儀、掛線、鉆桿導向相結(jié)合的方法，反復進行調(diào)整，確保鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

（3）平臺要安放于穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，腳手架連接要穩(wěn)定、牢固，防止在施工作業(yè)時鉆機產(chǎn)生不均勻下沉、左右擺動、位移而影響鉆孔質(zhì)量。

2.3 鉆孔及其注意事項

（1）為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑宜采用準128 mm。

（2）本隧道進洞口段巖質(zhì)較差，鉆進時可采用多次成孔的方法。如果在鉆進的過程中出現(xiàn)了空洞坍塌，鉆桿斷裂的情況，需要對空洞進行注漿封閉，當達到一定的齡期之后，在原孔位上再次進行施鉆。

（3）在鉆進的過程中要時刻用經(jīng)緯儀測定準確位置，并根據(jù)鉆機鉆進的狀態(tài)判斷成孔質(zhì)量，及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的突發(fā)問題。

（4）鉆機剛開始開鉆時，應(yīng)采用低速低壓，根據(jù)圍巖情況待成孔一段距離后，可調(diào)整風壓及鉆速。

（5）鉆進的過程中，保證鉆桿按同心圓進行鉆進。

（6）做好在鉆進過程中的地址記錄，對前方的圍堰進行判斷，以便在洞身開挖時為其提供地質(zhì)依據(jù)。

2.4 驗孔、清孔

（1）用鉆桿采用高壓從孔底向孔口逐漸地將孔內(nèi)的石渣清理干凈，確保孔徑、孔深符合設(shè)計要求，在用高壓清孔的過程中防止浮渣堵孔。

（2）清理完畢后，及時用儀器探測成孔的深度、成孔角度及其成孔的傾角，確保孔的位置在設(shè)計范圍內(nèi)。

2.5 加工、安裝管棚鋼管

（1）鋼管應(yīng)在專用的加工平臺加工好絲扣，導管的四周鉆設(shè)孔徑15 mm左右的注漿孔（靠孔口2.5 m處不鉆孔），孔間距應(yīng)設(shè)置為20 cm，眼孔直徑為8 mm，鉆孔應(yīng)呈梅花型布置。

（2）保證在隧道同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。為了使鋼管接頭前后錯開，第一節(jié)管采用3 m鋼管，編號為奇數(shù)，第一節(jié)鋼管采用6 m鋼管，編號為偶數(shù)，以后的每節(jié)均采用6 m長的鋼管。

（3）接口處的鋼管受力應(yīng)該符合要求，接好的鋼管先要送實驗室進行送檢。

2.6 管棚注漿

管棚注漿按固結(jié)管棚周圍有限范圍內(nèi)的土體設(shè)計，漿液擴散不小于0.5 m的半徑。為了保證注漿的飽和度，注漿時采用分段注漿。

（1）在安裝好鋼管、放入鋼筋籠后立即對孔內(nèi)進行注漿，注漿時需要注漿機兩臺。

（2）采用注漿泵將砂漿注入管棚鋼管時，應(yīng)設(shè)置初始壓力為1 MPa左右，終壓不大于2 MPa，在持續(xù)壓力15 min左右后停止注漿。

（3）注漿前應(yīng)先進行注漿現(xiàn)場試驗，注漿參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗按實際情況確定。

（4）注漿量應(yīng)滿足設(shè)計要求，一般注漿量為鉆孔圓柱體的1.5～2倍；若注漿量超過要求，壓力未達到的情況下，應(yīng)調(diào)整注漿液體的稠度繼續(xù)對孔內(nèi)進行注漿，確保鋼管周圍孔隙與鉆孔周圍巖體充填飽和。

（5）注漿結(jié)束后，及時清理管內(nèi)的剩余砂漿，并用高強度的水泥砂漿進行填充補強，確保管棚的剛度和強度。

注漿時應(yīng)先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔。

3 管棚的施工控制要點

（1）在開始進行鉆孔前，準確地確定鉆孔的位置，設(shè)置的外插角和傾角，對每個孔進行標號。

（2）嚴格控制鉆孔平面位置，管棚嚴禁侵入隧道斷面的開挖線內(nèi)，相鄰兩根管棚之間不應(yīng)交叉。

（3）鉆孔外插角1°～3°為宜，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況作出調(diào)整。在鉆孔的過程中，應(yīng)該時刻注意鉆臺的沉降量和位移。

（4）及時測量鉆孔的斜度，如果出現(xiàn)偏差，應(yīng)立即停止鉆進，對其圓孔進行封漿固化，達到一定強度后，在原孔位上進行鉆進。

（5）掌握好開鉆和正常鉆進時的力度與速度，防止鉆桿斷裂在鉆孔之內(nèi)。

4 結(jié)束語

（1）管棚的施工必須要在隧道動身開挖之前完工。洞口段開挖時，應(yīng)留有足夠的管棚做空間，搭設(shè)管棚工作架子時，應(yīng)將其安放在堅實的基礎(chǔ)上。如果遇到軟巖或泥巖的時候，立柱底部應(yīng)設(shè)置墊梁。

（2）在鉆進的過程中，要嚴格控制管棚的位置，并及時對其進行監(jiān)控，避免管棚相互交叉和侵入隧道開挖斷面。

（3）在管棚的施工過程中，必須要進行必要的監(jiān)控，確保施工人員的安全和施工的質(zhì)量。

（4）做好詳細的地質(zhì)記錄，為后續(xù)的施工提供地質(zhì)依據(jù)。