淺析超前大管棚支護在高速公路隧道中的應用

摘要：目前為了更快實現(xiàn)我國交通運輸高速化、重載化，從而加快了基礎設施建設的步伐。修建大量的公路隧道也越來越受到重視。而隧道通過軟巖地帶時，給掘進帶來較大的困難，也很容易發(fā)生安全事故。本文重點對公路隧道超前大管棚支護技術的應用及施工進行了分析。

關鍵詞：公路隧道 超前支護 大管棚

引言：隧道是處于復雜地質條件下的建筑工程，它受天然形成的地質狀態(tài)如地應力、地質物理參數(shù)、地下水、地質斷層等因素和人工開挖操作如開挖方式、支護方式、支護時間等因素影響很大。本文重點分析了超前大管棚支護技術在公路隧道施工中的應用。

1.概述

目前在我國公路隧道的建設中，地方公路隧道占很大比例，其顯著特點是長度較短、埋深較淺。目前在建的地方公路隧道埋深一般在10～100m，圍巖級別一般為Ⅲ～Ⅴ級。這種埋深淺、風化嚴重、節(jié)理發(fā)育，在隧道的進出口尤為嚴重，部分區(qū)段圍巖強度很低，巖體高度節(jié)理化，在開挖過程中拱頂經常出現(xiàn)掉大塊，小坍塌，處理不當就出現(xiàn)大坍塌，側壁經常小坍塌，造成推進困難。在這類隧道開挖過程中都要采用超前預支護措施，其中管棚超前支護是較為常用的超前支護手段。

2. 超前大管棚支護技術

2.1受力原理

超前管棚支護是在擬開挖的隧道、地下洞室等開挖輪廓周邊上，間隔一定的間距，沿洞軸以一定的外插角鉆孔，安裝慣性矩大的鋼管，然后進行注漿固結的一種預支護措施。其工作原理為：①通過管棚注漿，使拱頂預先形成加固的保護環(huán)。而加固環(huán)發(fā)揮“承載拱”的作用，承受拱上部的地面荷載和巖層重量，使拱內部圍巖僅承受拱部圍巖的形變壓力，從而創(chuàng)造了理想的開挖條件。②當超前管棚沿隧道開挖輪廓周邊密布時，加固環(huán)的變形變小，傳遞給隧道支護結構的上部荷載大大減小，同時通過環(huán)形固結層與管棚，將拱部圍巖的形變應力傳遞給支撐拱架。由于支撐拱架間的相互連接，形成整體支護，有效地保證了掘進施工和初期支護的安全。

2.2管棚施工

（1）施工準備。①在熟悉設計圖紙的基礎上，進一步調查地質情況，按可灌注和空隙比或滲透系數(shù)確定注漿類型；②通過試驗確定或調整注漿半徑、注漿壓力和單管注漿量；③加工導管，準備施工機具和器材。

（2）定向和布孔。布孔參照相關圖紙，相鄰孔位誤差≯5cm。管棚定向可采用以下兩種方法：①先施做護拱，護拱做為長管棚導向墻，在開挖輪廓線以外拱部范圍內施做，環(huán)向間距一般為0.4m，護拱縱長2m，位置在明暗交界外明洞部分。支底模，安裝三榀型鋼拱架，按孔口管間距，焊接固定孔口管位置，孔口管作為管棚的導向管，它安設的平面位置、傾角、外插角的準確度，直接影響管棚質量。應用水準儀配合坡度板設定孔口管的角度，檢查無誤后，澆筑護拱砼。②采用掛線定向，距離以10m為宜，通過前后兩點掛線確定管棚的方向，在定向是應考慮線路縱坡對外插角的影響。 布孔見圖一：

（3）鉆孔、安裝鋼管。鉆孔前先噴混凝土封閉掌子面，以防漏漿，而后測量布孔，在設計孔位點上標記。然后用地質鉆機鉆孔，開孔時，先輕壓慢速鉆進，以保證開孔質量。鉆進中用測斜儀量測鉆孔方向，發(fā)現(xiàn)偏斜超過設計要求，及時糾正。在鉆孔過程中，應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，作為洞身開挖時地質預報而指導洞身開挖。成孔后，應清孔，用地質巖芯鉆桿配合鉆頭進行反復掃孔，清除浮渣，然后用高壓風從孔底向孔口清理鉆渣，以免堵塞。成孔檢查合格后，人工和機械推送鋼管入孔，為防止塌孔保證孔向正確，每鉆一孔注一孔漿。一般設計第一根按有孔鋼花管.第二根按無孔鋼管，鋼管采用絲扣連接，為是接頭錯開.編號為奇數(shù)的首尾兩節(jié)鋼管采用3m鋼管，編號為偶數(shù)的鋼管采用6m鋼管，其余每節(jié)均采用6m鋼管。鋼管就位后加以固定，鋼管與導向管間隙用麻絲和錨固劑封堵。

（4）注漿施工。①注漿準備：管棚安裝完成后，旋上孔口閥，連接注漿管路。利用注漿泵先壓水檢查管路是否漏水，設備狀態(tài)是否正常，而后再做壓水實驗，核實巖石的滲透性。②漿液配制：在注漿前有實驗確定漿液配比、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散半徑，現(xiàn)場通過實驗確定。配制漿液時，要注意加料順序和速度，防止?jié){液結塊。③注漿施工：清孔后，按由下至上的順序施工，漿液先稀后濃、注漿量先大后小，如遇串漿或跑漿則隔孔灌壓。④結束標準：采用終壓和注漿量雙控制。以單管設計注漿量為標準，當注漿壓力達到設計終壓≮20min，進漿量仍達不到設計標準時，也可結束注漿。⑤效果檢查：開挖檢查漿液滲透仍達不到固結狀況，根據(jù)壓力漿量曲線分析判斷，沒達到設計要求時，應進行布孔注漿。

3.經驗及總結

①管棚施工中需根據(jù)施鉆部位的地質情況選取合適的傾角，角度過小將可能導致管棚遠端下垂至隧道開挖輪廓內，影響后期施工，角度過大管棚離開挖輪廓距離過大，管棚下方的三角土體坍塌給洞身開挖支護帶來很大困難。②長管棚注漿超前支護在破碎堆積體中注漿效果較好，開挖后可看到管棚之上破碎石塊被膠結成整體，并且長管棚中補注的水泥砂漿也增大了鋼管棚剛度。但是在風化巖層中，即使巖塊破碎，但往往巖塊中充填濕粘土，粘土具有可塑性，而注漿液滲入幾乎為零，隧道拱部開挖后，一般管棚之下所謂擴散半徑以內的巖體自然脫落形成超挖，管棚由于間距一般達 40 cm，石塊及土層在高速公路活載作用下，經常沿縫隙流塌而形成塌穴的現(xiàn)象，必須及時回填封閉或在后期開挖過程中施作超前小導管注漿進行支護。③鉆孔過程中如出現(xiàn)不均勻地質或者孤石，為防止偏孔，在兩種地層特別是從較軟地層到較硬地層或孤石時，必須進行擴孔。④管棚施工必須選用技術能力強、有責任心的工人，以保證施工質量。

參考文獻

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