大管棚在隧道淺埋段Ⅴ級圍巖地層中施工應用技術

李旭光

(山西路橋第一工程有限責任公司)

1 工程概況

杭州至瑞麗國家高速大興(湘黔界)至思南段鹽井灣隧道是一座設計為分離式4車道高速公路長隧道，隧道起訖樁號為:ZK135+530～ZK137+785，長2 255 m，設計車速為80 km/h，隧道設計為分離式隧道，隧道凈距為20～40 m。隧道進出口洞門均為端墻式。全隧道按新奧法設計和施工，距離隧道洞口40 m范圍內巖層主要是強風化的泥巖、泥質頁巖，呈灰色，泥質結構，薄層狀構造，節理裂隙極為發育，巖石風化程度高，巖芯呈碎塊狀及短柱狀，最大厚度10 m。頂部為殘坡積層，巖層產狀近于水平，風化強烈，巖層破碎，洞口開挖過程中會產生折斷和掉塊等現象，開挖將坡腳支擋切掉，坡面易失穩。

由于該隧道為雙車道隧道，最大開挖寬度為12 m，在洞口淺埋段Ⅴ級軟弱圍巖地段施工難度較大，必須采取強有力的輔助施工措施與初期支護相結合才能保證隧道施工安全。為防止開挖塌頂、掉塊等安全事故，該隧道設計采用超前長管棚、超前小導管、超前錨桿及加固注漿等超前支護措施，大管棚設計長度L=40 m，采用超長管棚對該隧道洞口淺埋段段進行超前支護，隧道拱部以上的圍巖荷載有管棚作支撐，加上管棚注漿對巖體作錨固，有利于圍巖的整體穩定，保證隧道開挖、初支的施作順利開展。

2 大管棚設計基本參數

2.1 管棚設計原理

沿隧道襯砌導向墻混凝土外緣環形鉆孔，長度滿足設計要求。孔內穿縱向鋼管并逐節焊接接長直至滿足設計長度，再往管內壓注水泥漿以固結軟弱圍巖、充填圍巖軟弱夾層縫隙，充填鋼管內部以及鋼管與孔壁之間的空隙，待水泥漿凝結且強度達到設計強度后，鋼管與周邊圍巖緊密固結，提高鋼管的抗彎抗剪結構強度，予以抵抗上方圍巖荷載，防止隧道洞口開挖塌方和仰坡變形。

2.2 長管棚設計參數

鋼管規格:Φ108×6 mm熱軋無縫鋼管，節長3 m、6 m。鋼管環向間距40 cm;仰角1°～2°。隧道縱向同一橫斷面內的接頭數不大于50%，相鄰鋼管的接頭至少須錯開1 m。管棚采用絲扣連接，絲扣長15 cm，Φ102×6 mm套絲鋼管長30 cm，為了保證鋼管接頭錯開，編號為奇數的孔位第一節管長3 m，編號為偶數的孔位的第一節管長6 m，以后每節均為6 m。

3 管棚施工技術

3.1 導向墻施工

采用C25鋼筋混凝土套拱作為管棚導向墻，在管棚施工前必須先施作套拱，并將Φ 127×4 mm導向管固定在套拱內，導向管安裝時預留上抬量，控制鋼管仰角，確保孔口孔向正確。

3.2 鉆孔施工準備

鉆孔施工準備工作包括:搭設鋼管腳手架作業平臺、測量放樣、鉆機就位(含空壓機)、原材料進場檢驗(鋼管、水泥等)等。鋼管支架搭設的作業平臺，每級平臺采用木板鋪滿，并采用鐵絲等固定，有利于鉆機的移動和鉆孔作業。鉆孔機具、空壓機等施工機具就位，即可進行鉆孔施工。鉆孔時，要求鉆機按安裝好的孔口管方向鉆進，確保管棚按設計角度施工。

3.3 鉆孔施工

鉆機就位，開始鉆孔施工。按設計長度鉆進，確保孔位位置、深度等滿足設計要求。

鉆孔施工注意事項如下。

(1)為了確保鋼管的順利安裝，采用直徑為115 mm的鉆頭。

(2)邊坡巖層較好的孔位盡量一次性成孔，巖層較差的孔位，在鉆進過程中如果產生坍孔、卡鉆等情況，首先采用注漿泵對孔位處進行注漿，以增加巖體的整體粘結。

(3)鉆機開鉆時，可低速低壓，待成孔10 m后可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓。

(4)鉆孔過程中，嚴禁開水鉆進，以防塌孔。

(5)鉆到設計深度后，鉆機停止鉆進，待孔內粉塵隨氣壓吹出孔外后，即可停鉆。

3.4 清孔

孔位鉆到設計深度后，用鉆桿配合鉆頭在孔內進行來回清掃，清除孔內粉塵、浮渣等殘留物質，確保孔徑、孔深滿足設計要求。再用高壓風管沿孔外向孔內清理鉆渣，以利于鋼管的順利安裝。

3.5 安裝管棚

(1)管棚所用的鋼管在隧道出口的鋼筋加工棚內加工，管棚接長絲扣采用廠制標準件，鋼管四周鉆有直徑為Φ15 mm的出漿孔，管頭加工成圓錐形，便于入孔。

(2)管棚頂進采用裝載機、挖掘機或管棚鉆進機相結合的工藝，即用裝載機在人工配合下頂進鋼管，將鋼管安裝到孔底。

(3)鋼管接長采用絲扣接長，相鄰鋼管的接頭應前后錯開，錯開距離不小于1 m，且管棚縱向同一橫斷面內的接頭數不大于50%。

3.6 注漿

注漿采用分段注漿，采用70雙缸注漿機注漿，漿體采用水泥漿液，可適當摻入水玻璃調節凝結時間，水泥漿水灰比為1∶1，水泥為P.0 42.5普通硅酸鹽水泥，注漿壓力初壓為0.5～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa，持壓15 min后停止注漿。注漿結束后及時清除管內漿液，并用M30號水泥砂漿緊密充填，增強管棚的剛度和強度，待所注水泥漿凝固后，鋼管、水泥漿、巖層已成一體，管棚施工完成，在管棚的保護下即可按設計方法進行隧道開挖。

4 結論

超長管棚在隧道淺埋段中的超前支護應用技術，具有顯著的經濟效益和社會效益，對于隧道洞口淺埋地段、軟弱圍巖地段提高圍巖的整體穩定性，增加施工的安全性。

此外，在超長管棚的支擋和保護下進行隧道開挖，隧道拱部以上圍巖整體比較穩定，減少地表的下沉，防止圍巖的坍塌;同時，管棚施工鉆孔還可以作為對淺埋地段進行地質判斷的依據，作為洞身開挖時的地質預測預報參考資料，從而指導洞身開挖，對山區高速公路隧道施工起了指導作用。

[1]杭州至瑞麗國家高速大興(湘黔界)至思南段第三合同段兩階段施工圖.西安:中交第一公路勘察設計研究院有限公司，2010.

[2]公路工程技術標準(JTG B01-2003)[S］.

[3]公路隧道施工技術規范(JTG F60-2009)[S］.

[4]錨桿噴射混凝土支護技術規范(GB50086-2001)[S］.