超前大管棚在龍池山隧道中的成功應用

劉麗配 劉春銀 王金文

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002)

超前大管棚在龍池山隧道中的成功應用

劉麗配 劉春銀 王金文

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002)

針對龍池山隧道的地形條件、洞口處圍巖情況及水文地質情況，對工程采用的超前大管棚施工技術原理作了介紹，主要論述了管棚施工設計參數、施工步驟、技術質控要點等，以成功完成隧道進洞施工。

管棚，隧道洞口，施工步驟，鉆孔，注漿

1 工程概況

1)地形條件。龍池山隧道為新建蘭渝鐵路蘭州至廣元段LYS-6標的一條特長雙線隧道，全長11 259.718 m，隧道所通過地區，屬高中山地貌，地形起伏較大，隧道進出口端坡度較陡，地面高程介于600 m～1 620 m。

2)洞口處圍巖情況。隧道通過區出露的地層為第四系全新統坡積粉質黏土。上部為腐殖土，土質松散，隧道進出洞口處于Ⅴ級圍巖區，以千枚巖為主，夾有薄層片巖，節理較發育，巖質較軟，易風化，巖石較破碎，圍巖的開挖穩定性極差。

3)水文地質情況。隧道洞口處基巖裂隙水弱富水段，千枚巖、千枚巖夾變砂巖，節理裂隙較發育，預測主要出水段在巖層接觸帶，節理密集帶。洞口30 m為Ⅴ級圍巖，千枚巖風化現象嚴重，風化作用改變了原巖結構，巖體破碎，形成較厚的全～強風化層松散體，遇水極易成泥，圍巖很不穩定，直接降低了巖體的強度，工程穩定性較差，易產生崩塌或滑落，增加了進洞施工支護難度。

2 管棚施工工藝及原理

1)管棚施工工藝流程。

洞口大管棚施工工藝流程見圖1。

2)管棚作用原理。

鋼管內插入鋼筋，并在管內注入水泥漿，增強了管棚的剛度，因而也就增強了管棚的支護強度，同時，通管注漿，使水泥漿壓入破碎圍巖，通過水泥漿的膠結作用以及對孔隙的充填壓密，提高了圍巖的c,φ值，從而提高了圍巖的整體強度，增強了開挖的穩定性。

3)設計參數。

a.原材料：熱軋無縫鋼管，外徑108 mm，壁厚6 mm。

b.管身要求：管身設注漿孔,孔徑10 mm～16 mm，孔間距15 cm,呈梅花形布置,前端加工成長約20 cm的錐形,尾部長度不小于1 m，作為不鉆孔的預留止漿段；在大管棚尾端設置φ8加勁箍。

c.長度：施工總長度為30 m，每節管棚應按照單序孔第一節長6 m(或9 m)，雙序孔第一節長3 m(或4.5 m)，其余管節長度均為6 m(或9 m)的尺寸來加工。

d.設置范圍：拱頂120°范圍以內，可根據實際情況拓寬范圍。

e.環向間距：40 cm。

f.傾角：外插角1°,可根據實際情況適當調整。

g.注漿材料：1∶1水泥漿液，封孔材料用M10水泥砂漿，注漿壓力為1 MPa～2 MPa。

超前洞口大管棚構造示意圖如圖2所示。

4)施工步驟。

a.施工準備。

洞口開挖并預留管棚施工臺階，搭設管棚操作平臺，將鉆機腳手架平臺支撐在穩固的地基上。

b.套拱施作。

測量放樣：由測量員在坡面上定出隧道中線拱頂高度、套拱位置線、橫向十字線。

套拱輪廓開挖：按照測量放樣結果進行套拱輪廓開挖，開挖兩側套拱位置的土體時，應當邊開挖邊支護，待支護到邊墻底高度時，漿砌套拱基礎。

套拱鋼架及導向管施作：按照要求架立2榀Ⅰ20b工字鋼，間距50 cm，每榀鋼架用拉桿拉緊，防止傾倒，并在拱頂拱腰兩側打錨桿，將最前面一榀拱架焊在錨桿上，保證鋼架支立牢固。在鋼架上緣牢固焊接直徑為140 mm、厚度為5 mm、長1 m的孔口導向鋼管，如圖3所示。

套拱支模：套拱模板采用木模板。側模安裝前先用塑料布封閉導向管口，并使導向管口緊貼側模。側模通過腳手桿進行支撐，模板之間的接縫為平縫，雙面止漿條止漿，模板支立必須牢固可靠，使其在澆筑混凝土過程中不發生位移，如圖4所示。

套拱混凝土澆筑：檢查模板支立情況符合要求后，澆筑C20套拱混凝土，尺寸為1 m×1 m(高×厚)；混凝土澆筑由兩側向拱頂進行，控制澆筑速度，防止混凝土跑模。混凝土振搗使用插入式振搗棒。混凝土達到一定強度后要及時養護。模板拆除后進行導向墻周圍的邊仰坡噴射混凝土，防止注漿過程中漿液從周圍的仰坡滲漏。

封閉掌子面：套拱混凝土終凝后拆除模板，套拱施工完成后噴射C25混凝土封閉掌子面，作為注漿時的止漿墻，以防漏漿。

c.管棚安裝。

測量布孔：由測量員按照施工圖要求用全站儀精確測定鉆孔孔位，并用紅色油漆標記，然后對管棚孔口導向管依次進行標號。

搭建施鉆平臺：施鉆平臺用鋼管腳手架，要求鉆機平臺搭建必須牢固，支撐于穩固的地基上，腳手架連接要牢固，如圖5所示。

鉆孔：鉆孔采用螺旋鉆桿配三翼鉆頭，1臺～2臺鉆機，干式鉆進成孔，由高孔位向低孔位進行，鉆孔直徑127 mm；鉆進中用測斜儀量測鉆孔方向,發現偏斜超過設計要求,及時糾正，并確保動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進，如圖6所示。

清孔：用地質巖芯鉆桿配合鉆頭進行反復掃孔，用高壓風吹管或掏勺將孔內浮渣清出。

管棚安裝：成孔檢查合格后,將大管棚穿過導向墻孔口引導管，用潛孔鉆頂進并安裝大管棚，管棚間為絲扣連接，用自由鉗鉆轉擰緊，相鄰兩孔的管棚接頭要互相錯開。頂進鋼管時要保證導管的傾角和方位角與鉆孔鉆桿前進的傾角和方位角一致；管棚安裝到位后，采用同樣的方法頂進鋼筋籠，鋼筋籠連接采用焊接，焊接位置應避免與鋼管連接位置在同一斷面。

管棚堵孔：采用麻絲和錨固劑封堵管口。

d.管棚注漿。

注漿準備:管棚安裝完成后,旋上孔口閥,連接注漿管路，并進行漿液配制。

注漿施工：清孔后,采用后退式注漿,按由下至上的順序進行，隔孔灌壓以防串漿或跑漿；注漿要確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。

結束標準:注漿初壓為0.5 MPa～1.0 MPa，終壓2 MPa，當注漿壓力達到設計終壓超過20 min，可結束注漿。對于單孔在注漿結束后，迅速拔除注漿管，并立即用M10砂漿封閉孔口止漿，完成注漿作業。

封堵孔口：孔口用厚3 mm～5 mm鋼板鑿孔焊接與注漿管等直徑的小導管來封堵，超前洞口大管棚施工完成，如圖7所示。

5)控制要點。

a.鉆進過程中認真作好原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述，作為洞身開挖時的地質預測預報參考資料，從而指導洞身開挖。

b.鉆孔過程中若鉆進過程阻力較大，可退回1 m左右，多次反復，阻力減小后繼續鉆進。

c.在開挖工作面有小裂隙漏漿，先用水泥浸泡過的麻絲填塞裂隙，并在設計范圍內調整漿液配比，縮短凝膠時間，若仍跑漿，在漏漿處用風鉆鉆淺孔注漿固結。

d.為了保證兩節管棚之間連接牢固，采用外接φ114 mm×6 mm接頭鋼管連接，接頭鋼管長300 mm，內側全部加工成內車絲扣，絲扣牙距5 mm，每節φ108大管棚兩端均預加工成外車絲扣，絲扣長150 mm，絲扣牙距5 mm，如圖8所示。

e.為了加強管棚剛度，在管棚內插加勁鋼筋籠，主筋4根，直徑18 mm，固定環采用φ42 mm熱軋無縫鋼管制作，每段長5 cm，間距150 cm，與主筋之間焊接，如圖9所示。

f.注漿發生堵管時，先打開孔口泄壓閥，再關閉孔口進漿閥，迅速進行處理；串漿時及時堵塞串漿孔，防止注漿過程中發生串漿，每鉆完一個孔，隨即安設該孔的鋼管并注漿，然后再進行下一孔的施工。

g.注漿結束時，應先打開泄壓管閥門，再關閉進漿管閥門并用清水將注漿管沖洗干凈后方可停機。

h.管棚采用儀器或尺量進行檢查。

6)工效分析及資源配置。超前洞口大管棚施工工效分析及資源配置如表1所示。

表1 工效分析及資源配置表

3 結語

龍池山隧道進出口采用大管棚技術，成功地完成了隧道進洞的施工，管棚施工能夠有效防止洞口仰坡失穩，并對松散巖體具有固結作用；管棚內加入鋼筋籠并注漿，使得管棚支護具有剛度大、結構強度高、承載能力強等優點，并可依據實際情況，局部穿插超前小導管或超前錨桿支護，施工靈活方便，能夠隨時應對地質條件的變化，既確保了施工安全，又節省了工期，提高了施工效率，創造了良好的經濟效益，值得類似工程借鑒。

[1] TZ 204—2008，鐵路隧道工程施工技術指南[S].

[2] TB 10417—2003，J287—2004，鐵路隧道工程施工質量驗收標準[S].

[3] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司.蘭渝施隧參I-102[Z].2009.

[4] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司.蘭渝施隧I-60(I)[Z].2009.

The successful application of pioneer pipe-roof protection technology in the Longchishan tunnel

Liu Lipei Liu Chunyin Wang Jinwen

(No.5EngineeringCompanyLtd.ofCCCCFirstHarborEngineering，Qinhuangdao066002,China)

In light of geological conditions, tunnel entrance surrounding conditions and hydrological conditions of Longchishan tunnel, the paper introduces advance large shed-pipe construction technologies, and mainly discusses the shed-pipe construction design parameters, construction procedures and technological quality control points and so on, with a view to accomplish tunnel entrance construction.

shed-pipe, tunnel entrance, construction procedure, drilling, grouting

2014-11-30

劉麗配(1983- )，女，工程師； 劉春銀(1986- )，男，工程師； 王金文(1988- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)04-0177-03

U455.49

A