淺談軟弱巖洞內(nèi)管棚超前支護(hù)技術(shù)的運(yùn)用

杭愛春

(中鐵四局南京分公司，江蘇 南京210031)

管棚超前支護(hù)工法是在特殊地質(zhì)和環(huán)境條件下保證隧道安全開挖，預(yù)先提供增加地質(zhì)承載力的臨時(shí)支護(hù)方法，管棚主要結(jié)構(gòu)材料是鋼管和型鋼，管棚工法由于其剛度較大，能夠很好的限制圍巖變形，并能提前承受早期圍巖變形壓力，控制隧道拱頂沉降速率，因此在山嶺隧道、軟弱地層穿越重要結(jié)構(gòu)物施工中應(yīng)用十分廣泛。其在不良地質(zhì)情況下的使用效果，完全優(yōu)于超前小導(dǎo)管或超前錨桿，能夠提供較強(qiáng)剛度和較長(zhǎng)距離超前支護(hù)，是控制掌子面、拱頂穩(wěn)定、變形的一項(xiàng)重要技術(shù)。

1 洞內(nèi)管棚技術(shù)參數(shù)

洞內(nèi)管棚由于受施工條件限制，通常為10 ～15 m 左右的短管棚，鋼管采用φ89 ×5 mm 熱軋無(wú)縫鋼管，環(huán)向間距40 cm 在拱頂120° ～140°范圍以1 ～5°仰角打設(shè)，實(shí)管和花管間隔布置，鋼管與工字型鋼連接，每環(huán)搭接長(zhǎng)度不小于3 m，注漿材料通常使用水泥漿、水玻璃或兩者混合物，在特殊地質(zhì)段，通常使用水泥漿和水玻璃混合液。

2 鉆機(jī)技術(shù)要求

洞內(nèi)管棚機(jī)通常采用自重量大、自穩(wěn)性能好、可自行走、具有一定爬坡能力的的鉆機(jī)，優(yōu)先選用履帶式管棚鉆機(jī)系列。洞內(nèi)管棚的成孔方式主要有兩種:一是管棚引孔頂入法，二是管棚跟管鉆進(jìn)法。洞內(nèi)管棚施工通常地質(zhì)狀況復(fù)雜，可采用跟管鉆進(jìn)工藝，即將套管及鉆桿同時(shí)鉆入，成孔后取出鉆桿，頂入管棚，拔出外套管。

3 擴(kuò)幅施工

通常管棚超前支護(hù)打設(shè)仰角越大，距離開挖輪廓距離越遠(yuǎn)，降低了超前支護(hù)的效果，因此洞內(nèi)管棚施工需要盡量采用減小仰角角度。為取得較小的仰角，需要提供一個(gè)滿足鉆機(jī)施工取得較小仰角的空間即擴(kuò)幅施工，在洞內(nèi)管棚施工前對(duì)數(shù)榀型鋼上抬，形成一個(gè)利于洞內(nèi)管棚施工的凹性空間。目前較優(yōu)的擴(kuò)幅施工長(zhǎng)度一般為3 m，一方面滿足鉆桿安設(shè)打設(shè)仰角角度，另一方面容易對(duì)管棚搭接長(zhǎng)度控制。最先開始為取得良好角度效果，采用大擴(kuò)幅施工，但大大的增加了施工成本。經(jīng)長(zhǎng)期反復(fù)實(shí)踐提出最小擴(kuò)幅施工工法。(1)在洞內(nèi)管棚打設(shè)區(qū)域?qū)⑿弯撝紊咸?50 ～350 mm，在3 ～4 榀型鋼支撐范圍內(nèi)形成最小擴(kuò)幅空間，管棚架立在型鋼上，見下圖最小擴(kuò)幅①施工概況;(2)在型鋼上開孔，采用此法就需要對(duì)開孔型鋼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，如將工25 型鋼代替原工20型鋼或采用雙拼形式，同時(shí)將型鋼支撐在上3 ～4 榀范圍內(nèi)上抬150 ～250 mm，形成最小擴(kuò)幅空間，見下圖最小擴(kuò)幅②施工概況。

4 施工技術(shù)措施

4.1 打設(shè)角度控制

洞內(nèi)管棚長(zhǎng)度通常在10 ～15 m 左右，對(duì)打設(shè)位置和打設(shè)角度的管理非常重要。盡量采用較小的仰角，通常取不大于5°，以避免管棚前端出現(xiàn)較大的誤差。隧道坡度較大地段施工前先認(rèn)真驗(yàn)算打設(shè)角度，防止造成對(duì)開挖的影響或距離較遠(yuǎn)起不到超前支護(hù)的作用。上坡地段洞內(nèi)管棚起到的支護(hù)效果優(yōu)于下坡地段，體現(xiàn)在縱坡坡度與管棚角度方向一致，管棚超前支護(hù)前端的距離不會(huì)偏離開挖輪廓線很大，支護(hù)效果明顯;下坡施工由于縱坡坡度與管棚角度方向相反，如果管棚打設(shè)角度過(guò)大，起不到超前支護(hù)的作用，為取得良好效果，擴(kuò)幅施工段距離需要適當(dāng)加長(zhǎng)，以取得較小打設(shè)仰角。

4.2 管棚注漿

注漿方式、注漿材料和注漿量因地質(zhì)情況而有所不同。在富水和砂質(zhì)底層中宜采用水玻璃系列漿液，粘性土和風(fēng)化層中宜采用水泥系類漿液。注漿遵循“先兩側(cè)、后中間、由稀到濃”的原則。注漿壓力一般按設(shè)計(jì)要求加載，并通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，注漿時(shí)應(yīng)徐徐加壓，達(dá)到壓力后，表示已注滿，持壓一段時(shí)間后，漿液有時(shí)會(huì)從封口處均勻溢出，有時(shí)也會(huì)從周圍的巖隙裂縫處溢出。注漿完畢應(yīng)把注漿量與理論數(shù)值相比較，當(dāng)注漿量小于理論數(shù)值時(shí)，說(shuō)明管內(nèi)未注滿，此時(shí)應(yīng)停止注漿查明原因后再進(jìn)行壓注。所有注漿孔均以符合單孔注漿結(jié)束條件、無(wú)漏注漿情況發(fā)生。

4.3 復(fù)噴擴(kuò)幅部分

注漿合格后對(duì)擴(kuò)幅部分進(jìn)行混凝土復(fù)噴，恢復(fù)初支面的光滑效果。復(fù)噴前對(duì)突出的鋼管、鋼筋等凸出堅(jiān)硬物需要進(jìn)行切割，確保復(fù)噴后無(wú)堅(jiān)固物凸出，進(jìn)而保證防水結(jié)構(gòu)層鋪設(shè)后不被破壞。對(duì)擴(kuò)幅深度較大的區(qū)域應(yīng)先掛網(wǎng)再?gòu)?fù)噴混凝土，以防止復(fù)噴混凝土與原初支面脫層掉落，造成安全質(zhì)量事故。

5 結(jié) 語(yǔ)

洞內(nèi)管棚由于能夠承受較大的承載力被廣泛應(yīng)用，給拱頂變形、地表下沉及周邊保護(hù)提供安全、穩(wěn)定的空間支撐體系，起到良好的超前支護(hù)效果。但洞內(nèi)管棚施工由于較為復(fù)雜、不可預(yù)見因素多、工序時(shí)間較長(zhǎng)，限制了其大范圍的使用，在今后的技術(shù)改進(jìn)中需要進(jìn)一步優(yōu)化，解決精度、進(jìn)度對(duì)施工造成的影響。

［1］《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》(Q/CR9604－2015)

［2］陶贊旭.管棚施工工藝工法［M］.2011.

［3］關(guān)寶樹，趙勇. 軟弱圍巖隧道施工技術(shù)［M］. 北京:人民交通出版社，2011－08－01.