大管棚超前預加固施工技術在隧道施工中的運用研究

范 杰

(貴州公路工程集團有限公司)

1 大管棚超前預加固施工作用

鋼管起到普通錨桿的功用，加強整體性，使圍巖形成較強的圍巖殼。鋼管內部形成的鋼管混凝土及鋼管自身，起到棚支撐的作用，鋼管具有“梁”的功能，在滿足最小搭接長度的要求下，能夠承擔一定的荷載。

通過鋼管預注漿，漿體通過管壁鉆孔在鋼管周圍形成“放射狀”擴散，使圍巖固結形成整體，可減少隧道開挖引起的地表沉降。

通過鉆機成孔，能夠起到超前預報的功用，從而判斷未開挖段圍巖的地質情況，有效地對未施工段的破碎、軟弱及含水圍巖采取預防措施，防止較大超挖及塌方。

2 案例分析

2.1 工程概況

貴州省畢節至威寧高速公路畢節西互通連接線延伸段草堤2#隧道位處于貴州高原西北部高原地帶，位于畢節市十八村，有省道通往場區，交通方便。隧址區地勢起伏較大，附海拔1 462.3－1 680.2 m，相對高差217.9 m。

草堤2#隧道為分離式隧道，左洞長744 m，起訖樁號為ZK3 +401－ZK4 +145。右洞長728 m，起訖樁號YK3 +431－YK4 +159。路線平面線形為直線，洞門進口型式為端墻式，洞門出口削竹式洞門。(注:因巖層問題，右幅套拱樁號由YK4 +144 ～YK4 +146 移至YK4 +147 ～YK4 +149。)

本工程管棚超前預加固，并加小導管超前注漿補強，大管棚均采用φ108 ×6 mm 的無縫鋼管，利用鉆孔臺車施作管棚可以做到一機多用，不僅施工速度快，而且作業安全技術可靠。

2.2 施工工藝

2.2.1 管棚定位

以護拱內預埋的孔口導管定向、定位，嚴格控制其上抬量和角度。導向管定位前施作導向墻，一般情況為便于施鉆和提高鉆孔精度，常在明挖和暗挖交界處(或隧道坍塌位置)施作混凝土導向墻。導向墻在隧道外廓線外面進行施工，在導向墻的內側使用三個或者四個工字型鋼作為支撐進行埋設，要將鋼支撐與管棚孔口焊接成為一個整體。孔口套管沿拱圈環向布設，孔徑比管棚鋼管大20 ～30 mm。孔口套管間距、位置及方向應準確。在進行管棚的平面位置進行確定時，主要采用的是坐標法的方法，就是利用經緯儀在剛加上將其平面位置進行標定，并且需要將水準尺與坡度板進行結合將導向管的傾角進行設定，并且利用前后差距的方法將導向管的外插角確定出來。在進行導向管的施工時，必須時注意將導向管向前方打入土體10 ～20 cm，并將尾端進行預先封堵。防止混凝土流入管內，并將導向管牢固焊接在工字鋼上，防止澆筑混凝土時產生位移。

套拱模板可采用木板、鋼模、竹膠板等。模板安裝前，確保鋼架、導向管復核無誤。外模板固定采用外背鋼筋，鋼筋與工字鋼連接焊牢，堵頭板與工字鋼固定牢固并環向成線。混凝土澆筑采用泵送或普通混凝土，兩側對稱澆筑。

2.2.2 鉆孔

(1)鉆機定位。

采用腳手鋼管搭設管棚鉆孔作業平臺。在進行鉆孔平臺的搭設時，必須保證平臺的穩定性以及牢固性，主要目的是為了避免鉆機在鉆進過程中發生位移和下沉的現象，導致對鉆孔的質量產生嚴重的額影響。安置固定鉆機時，鉆機軸線仰角為1°(不包括路線縱坡)，方向與路線中線平行。

(2)鉆孔。

在本工程中，主要采用的鉆孔的設備為管棚鉆機，在鉆進的過程中，需要對鉆進平臺的高速進行嚴格的確定，必須保證能夠滿足鉆孔的需要。在本工程中，鉆機鉆孔的孔徑大小為127 mm。在進行鉆孔之前，需要利用經緯儀、掛線等方法對鉆機進行就位，并且在鉆機就位的過程中需要根據鉆機就位的情況對鉆機的的位置進行反復的調整。在鉆孔的過程中，必須要對孔的斜度進行嚴格的控制，主要采用的方法是對其進行經常性的測量，在測量過程中如果發現其偏差超過規范的范圍，那么需要對其進行及時的研究和處理。在鉆孔的過程中，要避免塌孔以及卡鉆等鉆孔事故的發生。并且在鉆孔過程中需要根據實際情況做好鉆孔的記錄等工作在鉆孔時，若出現卡鉆、塌孔時應注漿后再鉆。鉆孔時，應認真填好鉆孔記錄等工作。管棚鉆孔的允許偏差應符合如表1規定。

表1 管棚鉆孔的允許偏差

(3)清孔、驗孔。

用高壓風從孔底向孔口清理鉆渣。用經緯儀、測斜儀等檢測孔深，傾角，外插角。

2.2.3 頂管

鉆孔檢查合格后，將鋼管連續接長，由鉆機旋轉頂進將其裝入孔內，鋼棚節間用絲扣連接，要求隧道縱向同一截面處鋼管接頭數不大于50%。鋼管采用Φ108 ×6 mm 熱軋無縫鋼管，鋼管上梅花型布置Φ12 的注漿孔。大樣圖如圖1。

圖1 頂管大樣圖

鋼管應在專用的管床上加工好絲扣，管頭焊成圓錐形，便于入孔。鋼管分節頂入，鋼管分節長度為6 m，3 m。采用潛孔鉆機低速頂進鋼管。接長鋼管應滿足受力要求，鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長15 cm，相鄰鋼管的接頭應前后錯開，同一橫斷面內的接頭數不大于50%。

2.2.4 堵孔

在鋼花管安裝結束之后，就可以利用麻絲或者其他一些物體將鋼管與孔壁之間的孔隙進行填堵。如圖2 為大管棚注漿封堵示意圖。

圖2 大管棚注漿封堵示意圖

2.2.5 注漿作業(以雙液漿為例)

在進行正式注漿作業之前，需要利用噴射混凝土的方法將開挖的工作面進行封閉，以防再進行注漿的作業中因為漿液回流的現象對注漿的效果產生影響。注漿作業主要采用如下:首先是對單號孔進行注漿，等到單號孔注漿完成之后再進行雙號孔的鉆取和注漿，并且在雙號孔中設置鋼管，這樣做的主要目的是為了對注漿的效果進行檢查。用雙液注漿泵按先下后上，先稀到濃原則注漿。注漿量由壓力控制，初壓0.5 ～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa。注漿結束標準及效果檢查:(1)單孔注漿結束標準，每注漿量的80%，那么就可以將注漿作業停止。(2)全段結束標準:設計的所有注漿孔均達到結束標準，無漏注現象。(3)達不到結束標準，應補充或重新注漿直到滿足要求為止。

3.2.6 充填砂漿

注漿后，掃排管內膠凝漿液，使用水泥砂漿將其內部進行緊密的進行填充，以此對管棚的強度以及剛度進行強化。在對非壓漿孔進行填充的作業中主要采用的方法是直接填充的方法。水泥漿水灰比0.8∶1，注漿壓力開始為0.5 ～1.0 MPa，終壓力為2.0 MPa。

4 結 語

綜上所述，大管棚超前預加固支護技術對于隧道工程施工來說是非常重要的，其施工質量對于整個隧道工程的施工安全具有重要的影響因素，因而在隧道工程大管棚支護工程施工中，要嚴格控制其施工工藝，保證其施工質量，為整個隧道工程的施工安全做出保證。

［1］李傳書.長大管棚在隧道淺埋穿越高速公路中的運用［J］.西部探礦工程，2006，(11):23－24.

［2］王東鳴.用管棚實現超前支護的實踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，1993，(5):56－57.

［3］趙西民.在大管棚超前支護下開挖軟巖隧道［J］.鐵道建筑，1995，(11):67－68.