鐵路隧道大管棚施工技術(shù)及展望

摘 要：本文以某鐵路隧道為例，針對(duì)隧道洞口淺埋段采用大管棚超前支護(hù)施工方法，主要從施工技術(shù)角度闡述大管棚超前支護(hù)在隧道洞口淺埋段施工中的應(yīng)用，為其他隧道大管棚施工方法提供參考。施工中的經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法，技術(shù)發(fā)展及展望。

關(guān)鍵詞：隧道；大管棚超前支護(hù)；施工工藝；注漿；問(wèn)題；方法

一、工程概況

東山溝隧道位于藍(lán)色硅谷軌道交通工程摩天三五站～博覽中心站區(qū)間，海泉路北側(cè)約500m。隧道起止里程為K55+176～K55+682，全長(zhǎng)506m，為單洞雙線隧道。該隧道位于R=800m的左偏曲線上，洞身最大埋深25.03m，隧道洞口處巖體埋深非常淺，最淺埋深為3.6 m，屬淺埋隧道。Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖各占 50%，隧道進(jìn)出口為V級(jí)圍巖，設(shè)計(jì)采用 40m大管棚對(duì)洞口段進(jìn)行超前支護(hù)。因?yàn)樗淼蓝纯谔幧喜扛采w層僅有3.6m，普通施工進(jìn)洞難以保證安全，采用大管棚超前支護(hù)施工對(duì)洞口段先行注漿加固后再開(kāi)挖進(jìn)洞，在開(kāi)挖輪廓線外圍形成混凝土鋼管棚架，保證洞口邊仰坡穩(wěn)定性，有效提高了進(jìn)洞作業(yè)的安全性、可靠性。

二、施工數(shù)據(jù)

1）鋼管規(guī)格：熱軋無(wú)縫鋼管Φ108 mm，壁厚6 mm，節(jié)長(zhǎng)4m、6 m兩種，管長(zhǎng) 40 m。2）鋼管間距：環(huán)向間距為 0.4 m，共設(shè) 36 根；外插角：1°～2°。3）管棚注漿：采用 M20 水泥砂漿，注漿壓力為1～2Mpa。

三、大管棚施工工藝

（一）施工流程

套拱施工→設(shè)置平臺(tái)→鉆機(jī)安裝到位→鉆孔→清孔→插入鋼管→孔口密封處理→管棚鋼管注漿。

（二）施工前準(zhǔn)備工作

套拱施工。洞口邊仰坡清理后，至加固穩(wěn)定后，施工套拱，只有在管棚施工完后，才能開(kāi)挖。在管棚施工中，必須保持套拱的穩(wěn)定，無(wú)變形、沉降，為使大管棚安裝在設(shè)計(jì)的位置，鉆機(jī)施鉆時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的角度鉆孔，故鉆孔前需安裝導(dǎo)向管（Φ130 mm），才能鉆孔方位，角度正確。確保管棚施工安全和孔口管準(zhǔn)確就位。

（三）管棚施工

1）鋼管制作。鋼管進(jìn)場(chǎng)經(jīng)檢驗(yàn)合格后，按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行加工。為確保接頭質(zhì)量，加工4米和6米兩種規(guī)格的鋼管；為使鋼管有效連接，鋼管兩端分別加工成對(duì)稱羅紋，羅紋長(zhǎng)18cm，羅紋紋距5mm，注漿孔孔徑φ10mm，孔距50 mm，采用梅花型布置，便于漿液通過(guò)管壁孔擴(kuò)散到地層中。安裝同孔導(dǎo)管時(shí)將4米管和6米管交替裝入孔中，相臨兩孔羅紋連接處互相錯(cuò)開(kāi)。導(dǎo)管尾部留有不鉆孔的止?jié){段2米；每根鋼管尾部都要焊接2 cm 厚鋼板做止?jié){板，能夠有效防止?jié){液外流。

2）鉆孔施工。鉆機(jī)平臺(tái)搭設(shè)必須堅(jiān)固，保證鉆機(jī)安裝穩(wěn)定，以防作業(yè)時(shí)鉆機(jī)擺動(dòng)、移位或沉降。施工使用ZSL-70管棚鉆機(jī)，鉆機(jī)就位后，按照標(biāo)注好的孔位布置，利用導(dǎo)向管進(jìn)行導(dǎo)向，準(zhǔn)確控制鉆機(jī)立軸方向，保證孔口方向正確。鉆孔依照由高孔向底孔、間隔施鉆的原則進(jìn)行。

3）清孔。a.充分利用巖芯鉆桿配合鉆頭掃孔，清除浮渣。b.采用空壓機(jī)向孔內(nèi)送高壓風(fēng)清除浮渣。

4）安裝管棚鋼管。大管棚安裝時(shí)用鉆機(jī)頂進(jìn)，鋼管間為羅紋連接，用管鉗旋轉(zhuǎn)擰緊，相鄰兩孔的鋼管接頭要相互錯(cuò)開(kāi)。確保同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%。頂進(jìn)鋼管時(shí)要保證導(dǎo)管的傾角和方位角與鉆孔鉆桿前進(jìn)的傾角和方位角一致。一孔鉆完后不要移動(dòng)鉆機(jī)，即時(shí)清孔后，將該孔的導(dǎo)管頂入孔內(nèi)，安裝好導(dǎo)管后，再移開(kāi)鉆機(jī)進(jìn)行下一孔的鉆進(jìn)。

5）施工要求。a.大管棚施工前制定具體實(shí)用的專項(xiàng)施工方案。b.鉆孔前，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求實(shí)地準(zhǔn)確標(biāo)出鉆孔位置。c.鉆孔時(shí)嚴(yán)格控制鉆孔角度、速度，做好施工記錄。d.注漿過(guò)程準(zhǔn)確控制漿液配比，嚴(yán)格注意注漿壓力、數(shù)量的變化。e.現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)設(shè)專人統(tǒng)一組織，統(tǒng)籌安排布置。加強(qiáng)對(duì)圍巖進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控量測(cè)，實(shí)行信息化管理。

（四）管棚注漿

施工方法。1）檢查機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況，管路有無(wú)不通。檢查正常后先做壓漿試驗(yàn)，確定注漿數(shù)據(jù)無(wú)誤，才能注漿。2）管棚鋼管自下而上進(jìn)行注漿，從兩端到中間，隔孔進(jìn)行注漿。3）水泥漿攪拌合適，采用間隔進(jìn)行注漿，及時(shí)檢查孔口、鄰孔、坡面處有無(wú)漏漿，發(fā)現(xiàn)漏漿，即停注漿，迅速使用棉紗和堵漏劑等堵塞。4）調(diào)整好漿液的配比，控制注漿壓力和注漿量。5）檢查漿液滲透、固結(jié)情況，根據(jù)壓漿量曲線判斷，未達(dá)設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)補(bǔ)孔注漿，注漿固結(jié)24小時(shí)才能下步施工。注漿用量采用全自動(dòng)灌漿記錄儀進(jìn)行計(jì)量。

（五）長(zhǎng)管棚施工常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法

在軟弱圍巖中的淺埋暗挖法施工隧道洞門施工或隧道穿越既有建（構(gòu)）筑物時(shí)，經(jīng)常采用長(zhǎng)大管棚作為超前支護(hù)措施，在隧道拱部形成棚護(hù)區(qū)，承擔(dān)拱部圍巖應(yīng)力，減少圍巖的變形，防止施工過(guò)程中洞內(nèi)坍塌，減少地面既有建（構(gòu)）筑物的沉降變形。若管棚的施工精度得不到有效控制，則會(huì)削弱其支護(hù)效果，甚至使支護(hù)體系出現(xiàn)空檔、在某一區(qū)域失效，留下極大安全隱患。長(zhǎng)期以來(lái)，長(zhǎng)大管棚的施工精度控制均未能達(dá)到理想效果，是施工中的重難點(diǎn)。

1）下管困難。如遇下管困難，連續(xù)掃孔幾次，同時(shí)借助高壓空氣吹洗，直到孔內(nèi)清掃干凈。

2）夾鉆處理。在鉆進(jìn)中如常有掉塊夾鉆，可在變徑連接處加焊硬鉆頭，出現(xiàn)夾鉆，少量循環(huán)注水，再往復(fù)拉拔旋轉(zhuǎn)，可解決好夾鉆。

3）漏漿及用灰量過(guò)大處理。如巖體破碎，漿液漏滲嚴(yán)重，用灰量過(guò)大。可加大水灰比，減小壓力，把流量限制在一定范圍內(nèi)，過(guò)一段時(shí)間在緩慢升壓，直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如果效果不行，在漿液中可加入速凝劑，間歇注漿、灌注砂漿等方法解決。

四、結(jié)論與展望

東山溝隧道施工中采用大管棚支護(hù)方法，圍巖加固作用明顯，效果良好。1）圍巖加固明顯，提高圍巖承載力。2）能夠形成支護(hù)體系，支護(hù)能力提高，保證圍巖穩(wěn)定。3）隧道管棚施工，有效提高隧道施工技術(shù)、安全質(zhì)量水平。4）深入應(yīng)用其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益明顯。

隨著國(guó)家建設(shè)的飛躍發(fā)展，長(zhǎng)大管棚施工在隧道、城市地鐵施工中將發(fā)揮重要作用。

為使長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)日趨完善，如何進(jìn)一步提高施工技術(shù)質(zhì)量？

1）功能全面先進(jìn)的長(zhǎng)大管棚施工機(jī)具試驗(yàn)研制和生產(chǎn)使用。

2）長(zhǎng)大管棚施工機(jī)具鉆頭動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，全方位調(diào)整技術(shù)，確保鉆孔位置準(zhǔn)確。

3）壓漿工藝不斷優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] TB 10003-2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2] TB 10204-2002 鐵路隧道施工規(guī)范.

[3] 王毅才.隧道工程 人民交通出版社.

作者簡(jiǎn)介：付文杰（1973-），男，大學(xué)本科學(xué)歷，工作于中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)第三工程有限公司，工程師，主要研究方向：橋梁、隧道施工技術(shù)。