談蓋挖法輔助隧道大管棚進洞施工技術

韓 利 民

(山西路橋集團國際交通建設工程有限公司，山西 太原 030006)

談蓋挖法輔助隧道大管棚進洞施工技術

韓 利 民

(山西路橋集團國際交通建設工程有限公司，山西 太原 030006)

針對米化梁隧道右線洞口段埋深淺、地質軟弱、易坍塌的特點，提出采用蓋挖法輔助隧道大管棚進洞施工的方法，有效發揮了管棚超前支護作用，為安全進洞提供有力保障，增加隧道的恒久穩固性，具有顯著的經濟效益和社會效益。

蓋挖法，輔助，大管棚，淺埋，隧道，進洞

1 概述

在我國高速公路建設日益發展的時代,山區隧道施工進洞時經常會遇到洞口埋深較淺、地層軟弱等不良地質現象。對于原生植被較好的淺埋地段、軟弱地層,采用蓋挖法輔助大管棚施工進洞,堅持了“不破壞就是最大的保護”的原則,實現了公路建設發展與自然環境保護共存；同時對于隧道洞口地質條件較差，進洞塌方現象時有發生，對隧道施工帶來安全隱患，所以通過實踐證明，合理采用蓋挖法配合大管棚施工有效降低了施工安全風險。

2 特點

1)適用性。蓋挖法輔助大管棚施工能有效解決：開挖斷面大，隧道拱部處在砂層或軟弱土層，遇水易軟化，圍巖類別為Ⅳ類以下；施工現場和運輸條件差，施工難度大，占用場地少，工期短的隧道洞口施工。

2)風險小。地面干擾小，安全系數高，降低施工風險。

3)有效解決防排水問題，攻克跨雨季施工難題。

3 適用范圍

1)適用于隧道軟弱地質圍巖，淺埋地層施工。

2)進出洞口覆蓋層較淺段的隧道施工。

4 工藝原理

當隧道進洞洞口覆蓋土層較薄或邊仰坡開挖邊坡坡率過陡時，為了防止洞口開挖后洞頂土體應力快速釋放、土體變形較大乃至造成洞口坍塌，首先在洞頂土體上施作與隧道襯砌拱部弧度相近的混凝土蓋子，以保證隧道管棚施工時洞頂土體的穩定；然后進行超前大管棚施工；最后在蓋子上部結合原地面順坡回填碎石土、表層種植土，以保證隧道洞口施工的科學性、安全性和可靠性。

5 工藝流程及操作要點

5.1 工藝流程

蓋挖法輔助大管棚施工的工藝流程是：

洞口邊仰坡土方開挖→蓋挖法施工→超前大管棚施工→暗洞進洞。

1)蓋挖法施工流程。

洞口邊仰坡開挖→洞口邊仰坡噴錨支護→拱部預留核心土開挖→護拱條形混凝土基礎→蓋挖綁扎鋼筋→支模板→模板檢驗→澆筑鋼筋混凝土(模板檢驗合格后)→灑水養護→護拱上部開挖(混凝土達到設計強度后)。

2)超前管棚施工工藝流程見圖1。

5.2 操作要點

蓋挖法施工是先留核心土開挖臨時邊坡至拱腳設計高程處，在明挖基槽內先施作套拱條形混凝土基礎，再按隧道襯砌拱部弧度澆筑鋼筋混凝土套拱至拱腳處，當混凝土套拱(蓋子)達到設計強度后，然后進行超前大管棚的施工。

采用蓋挖法施工可以有效的保護超前大管棚，使超前管棚發揮其超前支護作用。在洞口淺埋段和軟弱地層段的最大施工控制重點是隧道進洞過程中防坍塌問題，同時保護好自然生態環境。

1)施工前先行施作洞頂截水溝，按設計坡率開挖邊仰坡，從上而下開挖，防護工作緊緊跟隨開挖工作，并且對山體的穩定狀況進行實時監測。將邊仰坡上存在的浮石、孤石等予以清除，同時要將坡面凹凸不平部位進行適當的修整。

2)蓋挖法施工順序。

邊仰坡開挖→邊仰坡噴錨支護→蓋挖綁扎鋼筋→支模板→模板檢驗→澆筑鋼筋混凝土→灑水養護→蓋頂回填。蓋挖法采用整體開挖，邊坡隨挖隨支護，支護參數為：底部采用0.6 m厚的C25鋼筋混凝土，主筋為Φ22帶肋鋼筋，箍筋為Φ16帶肋鋼筋，勾筋為Φ8光圓鋼筋，采用雙層鋼筋布設，環向間距與縱向間距均為20 cm，橫向寬度8.5 m，縱向長度10 m；上部采用M7.5漿砌片石，高度1.5 m；漿砌片石頂部為1.3 m高的碎石土，分層夯填；蓋挖混凝土兩側邊坡采用φ25早強砂漿錨桿，長度為6 m，間距1.0 m×0.6 m；夯填碎石土部位的兩側邊坡采用φ22全螺紋砂漿錨桿，長度4.5 m，間距1.0 m×0.6 m；錨桿打設完畢后鋪設20 cm×20 cm的φ8鋼筋網片，規格為2.2 m×1.2 m，搭接長度為一個網格，上面噴射20 cm厚的C20混凝土；拱腳做加強處理，采用長度為4 m的φ42小導管并注漿，間距1.0 m×0.6 m；洞頂仰坡設排水溝。

3)超前大管棚施工。

超前大管棚通過注漿穩定地層以及管棚，避免開挖過程當中因地層軟弱而引起的拱頂坍塌問題，它是隧道進出洞口的重要輔助施工措施。

米化梁隧道左洞超前大管棚采用外徑108 mm、厚6 mm的熱軋無縫鋼管，管棚長20 m，沿管壁四周梅花形鉆φ12 mm壓漿孔。在隧道拱部120°范圍內環向布置41根管棚，間距為40 cm，外插角為3°。

4)混凝土套拱施工。

套拱即導拱，主要起到導向、管棚支撐作用。套拱組成：4榀間距60 cm的 Ⅰ16工字鋼、φ127×4 mm長度2 m的導向管41根及長2 m、厚60 cm的C25套拱混凝土。為保證隧道開挖凈空且很好的起到超前支護作用，管棚導向管外插角應當嚴格控制在3°左右，與此同時，在導向管安裝的過程中，要借助于水平尺抑或是其他相關儀器加以檢測。安裝Ⅰ16鋼拱架，然后在其背部焊接φ127導向鋼管，安裝模板，最后澆筑C25套拱混凝土。

5)管棚鉆孔及鋼管施工。

a.鉆孔：養護套拱混凝土3 d后開始鉆孔，用兩臺鉆機從套拱底部兩側開始施鉆，沿弧度自下而上且標記每個孔號，并且要將每個孔的注漿量、頂管時間和成孔時間記錄好，以便于確保超前管棚施工的整體質量。在鉆機開孔過程中，要保持低速鉆進，當鉆入大約20 cm之后，要按照正常鉆速進行鉆進。首根鉆桿尾部剩余25 cm左右時，要及時停止鉆進操作，使用管鉗將鉆桿卡緊，在低速的狀態下反轉鉆機，繼而脫開鉆桿。退回鉆機至原位，將第二根鉆桿裝入并使用聯接套連接妥當之后，在低速狀態下送達到上一根鉆桿的尾部，對準位置后聯為一體。此外應當注意的是，要將前方圍巖地質狀況詳細記錄好。在換鉆桿時，相關人員應當全方位的檢查鉆桿有無損傷，檢查鉆桿彎曲與否，檢查中心水孔暢通與否。依此類推，直至完全符合鉆孔深度方面的要求。

b.頂管：管棚選用的是型號為φ108 mm的無縫鋼管，通過鉆機的推力及其沖擊力，沿著引導孔把裝有工作管頭的棚管鉆進，與長棚管相連接，直到孔底。當管棚接長時，應當首先頂入首根鋼管至鉆好的孔之內，然后再逐根的進行聯接。要在每節鋼管的兩端焊接管節聯接套，以有利于聯接操作。對于相鄰管的接頭，務必要確保前后錯開，防止接頭處于同一斷面中。安裝好鋼管后，要盡可能的低速推進，控制推進的壓力在4.0 MPa～6.0 MPa之間，控制沖擊壓力介于18 MPa～22 MPa之間。推進首根鋼管孔外剩余大約30 cm時，要反轉鑿巖機，使鋼管和聯接套相互脫離，退回鑿巖機至原位，將第二節鋼管裝上，保持低速前進，使其與第一節鋼管端部進行對準，繼而聯接好鋼管，讓兩節鋼管能夠聯成一體。低速依次用鑿巖機的沖擊壓力以及推進壓力頂入鋼管。當鋼管頂進后，將鋼筋補強管棚安設妥善(如圖2，圖3所示)。

6)管棚注漿。安裝完成鋼管后就可以封堵管口開始注漿，留止漿塞、注漿孔以及止回閥。按照圍巖情況和地質條件可知，注漿材料基本上可以劃分為兩大類：其一為注水泥漿或雙液漿(水泥—水玻璃)，其主要作用為：a.漿液通過管棚進入巖體裂隙中經過物理化學反應，在短時間之內將軟弱、破碎圍巖抑或是松散顆粒膠結成整體，發揮出超前支護的作用，提高圍巖的整體穩定性、為隧道開挖提供安全施工保障；b.漿液填充巖體空隙、凝結固化，阻止地下水、雨水滲入隧道，起到防水的作用；其二為注水泥砂漿，其作用為增強鋼管強度。

為防止漿液從巖面裂隙中反滲，注漿前對管棚套拱周圍的地表進行噴射封閉，混凝土厚度為8 cm～10 cm。借助于注漿機進行注漿，可以先注無滲水孔的，然后再注有滲水孔的。將注漿壓力嚴格控制好，不僅應當有充沛的注漿壓力，將土體內的裂隙阻力及自然水壓力克服，確保充分的漿液擴散填充，實現加固堵水的功效；同時還要避免壓力過大而導致開挖面壓裂。在施工中，要記錄注漿機中存有的漿液體積，記錄過程中所加入的漿液體積以及剩余的漿液體積，將總體注漿量進行嚴格控制。同時要在規定時間內用完配制的漿液。

大管棚施工完成后示意圖如圖4所示。

6 效益分析

隧道洞口段的軟弱破碎圍巖地段、淺埋地段采用“蓋挖法輔助大管棚”進行隧道施工，該工法施工簡便，安全性好，可靠性高，能縮短工期，可以被廣泛應用于隧道施工中，特別是在洞口淺埋段覆蓋層較薄的隧道施工中使用，比其他施工方法不僅加快了施工進度，節約了成本和機械，提高了物資利用率，而且損耗小，降低了施工成本。

6.1 經濟效益

施工具體節約施工成本如表1所示。

表1 節約施工成本分析表 萬元

6.2 社會效益

蓋挖法輔助大管棚施工，有效的將大面積破壞植被以及大挖大填等諸多加以克服，最大限度的彰顯人與自然和諧共處，從而為景觀隧道與生態隧道的打造提供了一條可借鑒之路。

[1] 方忠強,李 浩.“蓋挖工法”在茅山隧道施工中的應用[J].現代交通技術，2008(3)：61-63.

[2] 中鐵一局.淺埋段蓋挖法施工技術[J].隧道施工標準化，2012(9)：977-989.

[3] 溫智勇.蓋挖法在山嶺隧道淺埋段施工中的應用[J].山西交通科技，2006，187(4)：51-53.

[4] JTJ 042—94，公路隧道施工技術規范[S].

Discussion on construction technology of covered-excavation method assisting large tunnel pipe shed entrance

Han Limin

(ShanxiHighwayBridgeGroupInternationalTrafficConstructionEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

In light of right tunnel entrance shallow burying, soft geology and easy collapsible and other features, the thesis puts forward covered-excavation method assisting large tunnel pipe shed construction, and points out its advantages, such as effectively playing the advanced support role of pipe shed, providing powerful guarantee for safety tunnel entrance, increasing enteral tunnel stability, and possessing obvious economic and social benefits as well.

covered-excavation method, auxiliary, large pipe shed, shallow burying, tunnel, tunnel entrance

2015-04-07

韓利民(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)17-0171-03

U455

A