長大管棚泥漿護壁法施工技術

汪樹生

(中鐵四局集團有限公司，合肥 230022)

1 工程簡介

瀏陽河隧道起訖里程為:DⅡK1560+785～DⅡK1570+900，全長10 115 m，是武廣客運專線的控制性工程，也是本線最長隧道，隧道穿越湖南省長沙市，起于瀟湘西路南側，在穿越京珠高速與長永高速公路牛角沖互通立交后，通過星沙開發區的廠區密集群、高地學校區與民房區后下穿瀏陽河，終于機場高速公路南側。

本文主要介紹隧道進口人工填土層大管棚施工技術，進口段為素填土、雜填土，堆積時代較新，結構松散～稍松，標貫擊數為4～17擊，工程性質差且不穩定，埋深8～10 m。

2 設計支護措施

自地表沿隧道中軸線方向，在洞身開挖輪廓線外40 cm處布置1排φ80 cm鉆孔樁，鉆孔樁縱向間距1.2 m，防護范圍90 m。洞口段拱部1400范圍內采取超前長管棚，長度40 m，環向間距40 cm，向上傾角為1°～3°，共計45根，管棚為φ108 mm熱壓無縫鋼管，壁厚6 mm，絲扣連接，注水泥漿液，注漿壓力0.5～3 MPa，長管棚設置C20混凝土導向墻，內置 φ140 mm鋼管導向，超前大管棚布置圖見圖1。

圖1 洞口大管棚布置(單位:m)

3 成孔工藝方案比選

3.1 引孔頂入法

引孔頂入法為鉆孔、清孔、頂管、注漿［1-3］，選取拱部25號、28號孔進行了工藝試驗，采用普通管棚鉆機鉆孔，由于該地層為人工填土層，結構松散，鉆孔時發生塌孔、卡鉆、縮徑等現象，無法成孔，最大鉆進8 m。

3.2 跟管鉆進法

采用大直徑外鉆頭連接φ108 mm無縫鋼管，管棚鉆機采用小直徑合金鉆頭和沖擊器在φ108 mm無縫鋼管內鉆進，帶動鋼管前進，直到達到設計位置［4-7］，本隧道在引孔頂入法無法實現的情況，選擇了30號孔進行了跟管鉆進法工藝試驗，試驗過程中，由于土層松散，基本無反壓力，管棚鉆機沖擊成孔時不能完全擊碎土體，大顆粒碎渣充填φ108 mm無縫鋼管內，導致卡鉆，鉆桿回轉困難，每鉆進3 m左右需退出鉆桿，高壓水或高壓風沖洗φ108 mm無縫鋼管管體，成孔速度極慢，30號孔達到設計深度時共用時2 d，工效低、成本高。

3.3 泥漿護壁法

采用地質鉆機回轉鉆進，利用鉆孔樁正循環原理，循環泥漿護壁的方法成孔［8-12］，選擇了23號孔進行了工藝試驗，鉆進過程中對鉆進速度、塌孔、卡鉆等情況進行了分析比較，不斷地優化和改進泥漿的性能，掌握了合理的泥漿拌制參數。按照改進的泥漿，通過24號孔的施工，大大提高了鉆孔速度和成孔質量，24號孔從開鉆到頂管結束用時7 h。

4 泥漿護壁法施工工藝

4.1 工藝流程(圖2)

4.2 泥漿拌制

泥漿的拌制采取在現場就地挖泥漿池的施工方法，同時設置臨時儲漿池，泥漿池用作拌制新泥漿，儲漿池用作鉆孔過程的泥漿循環。

圖2 泥漿護壁法施工工藝

泥漿采用黏土和水配制，本文介紹的泥漿各項指標不同于鉆孔樁，其使用的環境不同于鉆孔樁，其目的是在水平鉆孔中達到泥漿護壁的作用，在鉆孔樁泥漿參數的基礎上進行優化設計，主要控制和優化調整泥漿的比重、粘度、含砂率、膠體率四項指標。

(1)泥漿比重

借鑒鉆孔樁施工經驗，初步確定泥漿比重為1.1～1.3，隧道管棚施工一般均為水平鉆孔，水平鉆孔時泥漿在孔內快速流失，泥漿比重過低護壁效果差，不易成孔，根據23號孔的泥漿護壁效果，最終確定泥漿比重為1.4，拱頂孔位鉆孔外插角大，泥漿比重適當加大，拱腰孔位近似水平鉆孔，泥漿比重適當減小。在施工過程中根據鉆機的鉆進速度和回轉情況適當調整泥漿比重。

(2)泥漿粘度

橋梁鉆孔樁施工時，泥漿粘度越高，其攜帶鉆屑、護壁能力越強、泥皮厚，管棚施工要充分利用泥漿這一性能，提高護壁、攜帶鉆屑能力，同時形成適度的泥皮，泥皮過厚影響后期注漿效果。鉆孔樁松散易坍地層一般黏度為19～28 s，考慮到水平鉆孔泥漿流動性的特性，并根據23號、24號孔成孔效果和注漿效果驗證，泥漿黏度一般控制在40 s。

(3)泥漿含砂率

泥漿的含砂率高，會降低泥漿粘度，增大泥漿密度，造成泥皮松散，護壁性差，泥漿拌制是要嚴格控制泥漿的含砂率，泥漿含砂率越小越好，現場配制的泥漿含砂率嚴格控制在＜4%以內。

(4)泥漿膠體率

泥漿膠體率高是泥漿具有良好流變性和失水特征的保證，現場泥漿的膠體率不小于95%。

4.3 鉆孔

鉆孔前先檢查鉆機各部位運轉是否正常，對非正常部位進行更換，開啟泥漿泵，勻速鉆進，做好鉆進速度、卡鉆、塌孔等記錄，及時調整泥漿性能，確保成孔效果。

4.4 管棚安裝

由于該地層為松散的人工填土，雖然采取了泥漿護壁，但不及時安裝管棚同樣會出現塌孔、縮徑等現象，因此成孔后要及時頂進鋼管，管棚鋼管利用鉆機動力頭頂進，鋼管間為絲扣連接，安裝時用自由鉗人工旋緊。

4.5 清孔

清孔工序安排在管棚安裝完成后進行，在管棚孔口安裝注漿管和止漿閥，用注漿泵和自來水進行高壓沖洗，盡可能地沖破泥漿壁，提供注漿條件。根據23、24號孔注漿量與設計注漿量的對比，每個孔沖洗時間不少于20 min。

4.6 注漿

注漿初期采取低壓力、中流量注入，注漿過程中壓力逐步上升，流量逐漸減少，當壓力升至注漿終壓時，繼續壓注5 min，終止注漿。為確保漿液固結松散土層，注漿分兩次進行，第二次注漿在第一次注漿完成待水泥初凝后(約4 h)進行。注漿壓力控制在0.5～3.0 MPa。

注漿結束后及時清除管內漿液，并用M15水泥砂漿充填，增強管棚的剛度和強度。

5 效果評價與結束語

通過瀏陽河隧道進口超前大管棚成孔施工方法的比較，在人工填土地層中，地質鉆機泥漿護壁法成孔工藝成孔速度快，成孔質量高，洞口45根管棚(每根長40 m)用時8 d。同時地質鉆機耗電量小，不需大型供風設備，施工周期短，節約了工程成本。

通過本隧道超前大管棚施工工藝的研究，超前大管棚泥漿護壁法可以有效地解決軟弱地層破碎帶、堆積體、人工填土層等隧道超前支護的施工難題。

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