長大管棚施工技術(shù)在隧道洞口施工中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了雙豐隧道進(jìn)出口淺埋段采用長大管棚超前支護(hù)的施工工藝，并且介紹了長管棚的工作原理、參數(shù)確定、施工方法及質(zhì)量控制要點(diǎn)等，對該項(xiàng)施工工藝進(jìn)行了評價。通過對隧道洞口地表下沉、拱頂沉降等項(xiàng)目的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)來看，監(jiān)測值均在允許范圍內(nèi)，該項(xiàng)施工技術(shù)適用于隧道洞口等各種特殊困難地段，是隧道新奧法施工的一項(xiàng)有效輔助施工工藝。

關(guān)鍵詞：隧道進(jìn)出口 長大管棚 施工工藝長大管棚施工技術(shù)在隧道洞口施工中的應(yīng)用

中圖分類號：U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0120-01

雙豐隧道位于黑龍江省東寧縣，穿越剝蝕丘陵區(qū)。隧道進(jìn)口位于東寧縣綏陽鎮(zhèn)太嶺工區(qū)四隊范圍內(nèi)，線路跨東溝后進(jìn)入隧道，出口位于綏陽鎮(zhèn)雙豐附近，隧道錢長7237m，為雙線隧道；隧道內(nèi)最大埋深約140m。隧道出口離301國道很近，交通便利用；隧道中部及斜井附近的農(nóng)田區(qū)有土路自雙豐村南側(cè)盤延而至，亦可通至隧道進(jìn)口，路況較差。隧區(qū)早期構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，接觸帶巖體完整性差，受水流的剝蝕、搬運(yùn)作用形成溝谷、河流、組成了現(xiàn)代地表水系。受地質(zhì)構(gòu)造活動影響，隧道區(qū)內(nèi)溝壑縱橫。設(shè)計文件中對雙豐隧道的巖石分級如下：入口段和出口段均為Ⅴ級圍巖，洞身段為Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級圍巖，整體隧道巖性較壞。該隧道Ⅴ級、Ⅳ級圍巖共長3364m，占隧道全長46%。該隧道進(jìn)出口覆蓋層最薄段僅有2m左右，洞口段地質(zhì)為粉質(zhì)粘土、細(xì)圓礫土、花崗閃長巖強(qiáng)風(fēng)化層，含水、遇水后易軟化，發(fā)生流失，工程地質(zhì)差，容易發(fā)生坍塌冒頂。根據(jù)該隧道進(jìn)出口圍巖類別較差的特點(diǎn)，設(shè)計采用了40m長大管棚的洞口段超前支護(hù)方案。

1 長管棚工作原理

長大管棚支護(hù)是在隧道開挖外輪廓周邊上，間隔一定的距離，沿洞軸方向以一定的外插角鉆孔、安設(shè)鋼管，然后進(jìn)行管內(nèi)注漿固結(jié)軟弱圍巖的一種預(yù)支護(hù)措施。通過注漿，鋼管與圍巖緊密固結(jié)，使隧道拱頂預(yù)先形成加固的保護(hù)環(huán)，加固的保護(hù)環(huán)可以承受拱部的地面荷載和巖層重量，在巖體開挖后架設(shè)拱型鋼架支撐，支撐拱架相互連接，形成一個牢固的棚狀支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于鋼管和圍巖形成了一個固結(jié)的整體，拱部形變變小，傳遞給支護(hù)鋼架的上部荷載大大減小，從而保證了初期支護(hù)的安全。

2 管棚的施工工藝流程

套拱制作及導(dǎo)向管安裝→安裝鉆機(jī)→鉆孔→安裝鋼管→注漿

3 管棚設(shè)計參數(shù)

（1）鋼管規(guī)格：熱扎無縫鋼管φ108mm，壁厚6mm，節(jié)長6m、3m。（2）管距：環(huán)向間距3根/m。（3）傾角：仰角1～3°。（4）鋼管施工誤差：徑向不大于20cm。（5）兩根相鄰管棚的接縫應(yīng)在垂直面上錯開一定距離，全部管棚的接縫位置應(yīng)交錯布置。

4 注漿參數(shù)

（1）注漿漿液采用1：1的單液水泥漿，水泥為R42.5普通硅酸鹽水泥。（2）注漿壓力：0.5～3MPa。（3）擴(kuò)散半徑：不小于0.2m。

5 管棚施工方法

5.1 套拱制作及導(dǎo)向管安裝

套拱為長管棚的導(dǎo)向墻，內(nèi)設(shè)兩榀工字鋼支撐。導(dǎo)向管按設(shè)計角度牢固的固定在兩榀鋼架上，鉆孔前先噴射混凝土封閉掌子面，以免注漿時漿液漏出。導(dǎo)向管是控制成孔方向的主要手段，導(dǎo)向管采用φ140mm無縫鋼管，壁厚5mm，導(dǎo)向管長度為2m。導(dǎo)向管用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)尺測定方向后精確牢固的焊接在型鋼拱架上，使之成為一體。

5.2 安裝鉆機(jī)

用鋼管和枕木搭建鉆機(jī)平臺，平臺應(yīng)一次性搭好，鉆孔由兩臺鉆機(jī)由高孔位向低孔位對稱進(jìn)行。要求鉆機(jī)平臺搭建牢固，以利于安裝固定鉆機(jī)，防止鉆機(jī)不均勻下沉、擺動、傾斜而影響鉆孔質(zhì)量，鉆機(jī)距工作面不小于2m。安設(shè)鉆機(jī)時要精確核定鉆機(jī)位置，確保鉆機(jī)鉆桿軸線與導(dǎo)向管軸線相吻合。

5.3 鉆孔

鉆頭直徑采用φ127mm，開孔時，應(yīng)輕壓慢速鉆進(jìn)，待成孔一米后可根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風(fēng)壓，鉆進(jìn)過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置，并根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)的現(xiàn)象及時判斷成孔質(zhì)量，并及時處理鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的問題，鉆進(jìn)時產(chǎn)生坍孔現(xiàn)象，需進(jìn)行注漿后再鉆。成孔后用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭進(jìn)行來回掃孔，用高壓氣從孔底向孔口清理鉆碴，確保孔徑、孔深符合設(shè)計要求。

5.4 安裝鋼管

鋼管在安裝前應(yīng)在管身四周鉆φ10mm注漿孔，管頭切割后焊成圓錐形，便于入孔。利用鉆機(jī)的沖擊力和推力低速頂進(jìn)鋼管，每完一孔便頂進(jìn)一根鋼管。

5.5 注漿

注漿前先檢查注漿管路和機(jī)械設(shè)備，確認(rèn)正常后做壓漿實(shí)驗(yàn)，以確定漿液配比及注漿壓力等注漿參數(shù)。漿液配比選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液擴(kuò)散半徑，現(xiàn)場通過試驗(yàn)確定。漿液配制時要注意加料順序和速度，防止?jié){液結(jié)塊。注漿時應(yīng)由下至上的順序施工，注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔及覆蓋層薄弱地段有無串漿現(xiàn)象，如發(fā)生串漿，應(yīng)立即停注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗、木楔、快硬水泥或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續(xù)注漿。當(dāng)注漿壓力達(dá)到3MPa，并持壓5min以上時，可停止注漿并及時封堵注漿口。對注漿加固區(qū)進(jìn)行鉆孔取芯，觀察注漿充填情況，若沒有達(dá)到設(shè)計要求時，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注或重注。

6 管棚施工的質(zhì)量控制

（1）鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角。（2）鉆孔仰角的確定應(yīng)視鉆孔深度及鉆桿強(qiáng)度而定，一般控制在1～3°，鉆機(jī)最大下沉量及左右偏移量為鋼管長度的1%左右，并控制在20～30cm。（3）嚴(yán)格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入隧道開挖線內(nèi)，相鄰鋼管不得相撞和立交。（4）經(jīng)常量測孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應(yīng)封孔，原位重鉆。（5）掌握好開鉆與正常鉆進(jìn)的壓力和速度，防止斷桿。（6）在遇到松散的堆積層和破碎地質(zhì)時，在鉆進(jìn)中可以考慮增加套管護(hù)壁，確保鉆機(jī)順利鉆進(jìn)和鋼管順利頂進(jìn)。

7 結(jié)語

（1）雙豐隧道在洞口管棚施工時，對地表下沉、開裂、滑移狀況、邊仰坡穩(wěn)定及隧道周邊收斂和拱頂沉降等項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)控量測，其監(jiān)測值均在允許范圍內(nèi)。（2）經(jīng)實(shí)踐證明，超前管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)具有足夠的可靠性，是隧道進(jìn)出口軟弱圍巖地段初期支護(hù)的一個有效施工工藝。能夠有效的防止地表下沉和圍巖坍塌。（3）管棚與圍巖通過注漿緊密剛性連接，使拱內(nèi)部圍巖承受的形變壓力大大減小，從而創(chuàng)造理想的開挖條件。超前管棚預(yù)加固體系作為縱向支撐，型鋼鋼架作為橫向和環(huán)向支撐，共同組成了一個聯(lián)合支撐體系，剛度較大，能夠阻止和限制圍巖變形。（4）超前管棚支護(hù)施工不需要大型機(jī)具設(shè)備，工藝簡單，操作方便，施工速度快，支護(hù)效果好，安全性高，且能夠有效的阻止?jié)B漏水，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。