長(zhǎng)管棚在地質(zhì)不良地段隧道施工中的應(yīng)用

韓 小 燕

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西 太原　030006)

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·橋梁·隧道·

長(zhǎng)管棚在地質(zhì)不良地段隧道施工中的應(yīng)用

韓 小 燕

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西 太原030006)

介紹了長(zhǎng)管棚在地質(zhì)不良地段隧道施工中的特點(diǎn)，根據(jù)長(zhǎng)管棚的施工工藝原理，從測(cè)量定位、套拱及導(dǎo)向管施工、潛孔鉆機(jī)就位等方面，闡述了長(zhǎng)管棚的施工操作要點(diǎn)，指出長(zhǎng)管棚施工具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益。

隧道，長(zhǎng)管棚，圍巖，潛孔鉆機(jī)

0　引言

在隧道新奧法施工中，在通過淺埋段、地質(zhì)不良段時(shí)，為了保證隧道能安全通過并保證工作面的穩(wěn)定性以及使地表沉降在可控范圍內(nèi)，需要在隧道開挖時(shí)采取一些預(yù)加固措施對(duì)隧道掌子面進(jìn)行超前加固，管棚注漿法是較為理想的預(yù)加固措施。所謂管棚是指沿著上部開挖輪廓線以一定的外插角向開挖面前方打入長(zhǎng)度10 m～45 m，并注漿固結(jié)周圍的圍巖以使周圍圍巖形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)固的整體。對(duì)于淺埋及地質(zhì)不良地段的掘進(jìn)而言，管棚施工是一種安全、快速、有效的預(yù)支護(hù)形式。

本文結(jié)合長(zhǎng)管棚的施工特點(diǎn)，從其使用原理、施工方法、使用效果等方面進(jìn)行了闡述。

1　長(zhǎng)管棚的施工特點(diǎn)

長(zhǎng)管棚適于淺埋段及地質(zhì)不良段的隧道開挖及洞口超前支護(hù)。

1)鋼管為長(zhǎng)管棚提供縱向的支撐力、長(zhǎng)管棚利用鋼拱架作為橫向的環(huán)形支撐力，鋼管與鋼拱架組合構(gòu)成縱、橫整體，形成較大的剛度。能有效的阻止并限制圍巖變形，并能提前承受來自圍巖的壓力，保證施工安全。

2)長(zhǎng)管棚對(duì)隧道開挖的預(yù)支護(hù)一次超前施工較大，支護(hù)搭接少。在隧道開挖過程中能有效的節(jié)省時(shí)間，加快進(jìn)度，并有利于節(jié)省材料。在淺埋段及地質(zhì)不良段的隧道開挖中，長(zhǎng)管棚的這種優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)尤為明顯。

3)與超前小導(dǎo)管支護(hù)相比較而言，隧道開挖過程中采用長(zhǎng)管棚施工能有效的減少管棚安裝與開挖作業(yè)之間的干擾。在地質(zhì)條件允許的條件下，有利于大型機(jī)械進(jìn)行大斷面開挖，能提高隧道開挖過程中的綜合機(jī)械化程度。

4)由于長(zhǎng)管棚一次超前量大，所以在管棚施工時(shí)能減少注漿次數(shù)，有利于節(jié)約時(shí)間并能保護(hù)環(huán)境。

2　長(zhǎng)管棚的施工工藝原理

管棚布置示意圖如圖1，圖2所示，管棚施工立體效果圖如圖3所示。

1)圍巖經(jīng)管棚超前支護(hù)后，能將管棚周圍松散土層固結(jié)為整體，形成一道持力圈。圍巖應(yīng)力在隧道開挖后重新分布，拱部應(yīng)力經(jīng)管棚與周圍固結(jié)層均勻傳遞給支撐拱架。

2)鋼管外徑108 mm，壁厚8 mm，環(huán)向間距30 cm～40 cm，在拱部120°～180°范圍內(nèi)布置。管棚長(zhǎng)度一般為30 m，可采用分段連接，每節(jié)長(zhǎng)為4 m～6 m，采用內(nèi)絲扣連接。

3　施工操作要點(diǎn)

3.1測(cè)量定位

根據(jù)設(shè)計(jì)要求將邊仰坡開挖到相應(yīng)位置，按設(shè)計(jì)要求將現(xiàn)場(chǎng)每一根管棚的具體位置，用油漆作醒目的標(biāo)識(shí)。

3.2套拱及導(dǎo)向管的施工

在設(shè)計(jì)的拱線外作混凝土套拱施工以作為長(zhǎng)管棚施工的導(dǎo)向墻。在混凝土澆筑之前，根據(jù)設(shè)計(jì)仰角在套拱內(nèi)安設(shè)相應(yīng)的孔口管起到導(dǎo)向及固定的作用。導(dǎo)向孔口管規(guī)格φ127×4。由定位筋將導(dǎo)向管焊接固定在鋼拱架上。

3.3潛孔鉆機(jī)就位

管棚位于隧道拱部，在管棚施工前將鉆機(jī)的導(dǎo)梁固定在鋼管搭成的支架上，在鉆機(jī)上裝好角度指示器，并將其固定在導(dǎo)梁上，導(dǎo)梁的角度通過支撐桿來調(diào)整，以此來滿足管棚設(shè)計(jì)角度的需要。在施工過程中要求承載鉆機(jī)的鋼管支架滿足剛度以及穩(wěn)定性的要求，因?yàn)樵阢@機(jī)鉆進(jìn)的過程中，不允許發(fā)生傾斜或者是滑動(dòng)。鉆機(jī)的底座應(yīng)處于水平狀態(tài)，鉆臂的仰角與管棚的設(shè)計(jì)仰角必須一致。在施工前應(yīng)檢查風(fēng)水管的密封性及各螺栓連接的可靠性，滿足要求后方可開機(jī)試鉆，在施工過程中防止鉆機(jī)振動(dòng)過大發(fā)生偏移。鉆機(jī)鉆孔順序示意圖見圖4。

3.4鉆孔及清孔

在鉆機(jī)鉆進(jìn)前需先在設(shè)計(jì)管棚孔位處鑿一個(gè)直徑和設(shè)計(jì)管棚直徑一致的凹孔，使鉆頭與巖體接觸時(shí)無較大幅度的振動(dòng)以確保孔位的準(zhǔn)確性。在鉆進(jìn)前要達(dá)到0.5 MPa～0.7 MPa的風(fēng)壓時(shí)才能慢慢開啟推進(jìn)氣缸，沿著導(dǎo)向管將鉆頭徐徐下放到工作面并貼緊巖面上預(yù)先鑿好的小凹孔。首先關(guān)閉推進(jìn)氣缸，然后開動(dòng)沖擊器使徐徐鉆進(jìn)。鉆頭要以一定的速度勻速鉆進(jìn)，不能過快也不能過慢，這就需要在鉆頭鉆進(jìn)的過程當(dāng)中，適時(shí)開啟或關(guān)閉推進(jìn)氣缸，以使鉆具始終保持著一定的軸壓。鉆桿的長(zhǎng)度每節(jié)是1 m，當(dāng)?shù)谝还?jié)鉆桿鉆到位后，將其緩緩拉出并不時(shí)吹出孔內(nèi)的巖粉。在鉆頭拉出后，將鉆頭與鉆桿脫離開，并接上新鉆桿，新鉆桿的另一頭與舊鉆桿相連接，在確保新舊鉆桿連接牢固后，繼續(xù)鉆進(jìn)。連續(xù)循環(huán)，直至鉆到設(shè)計(jì)深度。在鉆進(jìn)過程中要根據(jù)不同巖層隨時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)速度，這就需要在鉆進(jìn)的過程中隨時(shí)觀察并記錄巖層變化，并能為隨后進(jìn)行的開挖工作提供最為準(zhǔn)確的鉆探資料。

3.5管棚加工

一節(jié)鋼管一般6 m長(zhǎng)，端頭鋼管的一頭為尖頭，方便鋼管順利插入鉆孔內(nèi)。管身布置孔徑為6 mm～8 mm的注漿孔，間距為100 mm，梅花形布置。

管身連接采用扣絲法連接，在一根鋼管的兩端，分別加工出一個(gè)外螺紋，一個(gè)內(nèi)螺紋，將兩根鋼管用螺紋連接，一定要用力擰緊，防止松動(dòng)。

3.6管棚鋼管安裝

將已加工好的管棚沿著導(dǎo)向管打入鉆好的孔內(nèi)。在場(chǎng)地允許的情況下，可利用機(jī)械安裝，在提高效率的同時(shí)，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。管棚在連接時(shí)，必須保證中線在同一軸線上。

3.7安放鋼筋籠

在鋼管就位后，應(yīng)及時(shí)放入鋼筋籠。管棚鋼筋籠一般采用4×

Φ18的帶肋鋼筋制作，中間采用φ42 mm的鋼管環(huán)焊接固定，鋼環(huán)縱向間距1.5 m～2.0 m。

3.8圍巖注漿

注漿是通過注漿機(jī)來完成的，注漿前用鋼板將管棚外露端堵塞焊接密實(shí)。注漿管通過管棚側(cè)壁上的注漿口伸入鋼管。注漿量采用定量結(jié)合定壓的方法確定，在注漿前可先預(yù)計(jì)圍巖空隙情況作為注漿過程中的參考。在注漿壓力達(dá)到2 MPa～2.5 MPa時(shí)，可基本判斷注漿已完成。為防止在注漿過程中竄漿，在鉆孔時(shí)按照奇偶數(shù)先鉆奇數(shù)孔位，這樣就將孔間距加大為設(shè)計(jì)孔距的兩倍。等到奇數(shù)孔位注漿完成后再鉆進(jìn)偶數(shù)孔位，這樣既能保證鉆孔質(zhì)量，也能防止竄漿。注漿壓力與地層條件及注漿范圍要求有關(guān)，一般要求漿液能擴(kuò)散到0.5 m～1 m的半徑范圍。

3.9隧道掘進(jìn)

當(dāng)管棚全部就位并且注漿達(dá)到一定強(qiáng)度，便可進(jìn)行隧道開挖。

大管棚作業(yè)主要設(shè)備見表1。

表1　大管棚作業(yè)主要設(shè)備表　臺(tái)

4　施工效益分析

本方法是對(duì)地質(zhì)不良地層及淺埋地段隧道預(yù)加固的有效方法，就超前支護(hù)而言，長(zhǎng)管棚比超前小導(dǎo)管以及超前錨桿機(jī)械化程度更高，超前量大，能有效減少超前支護(hù)、開挖以及錨噴支護(hù)之間的循環(huán)次數(shù)，加快工期進(jìn)度。大管棚在鉆進(jìn)的過程中可預(yù)知前方圍巖的地層情況，為隨后的開挖工作提供準(zhǔn)確的超前預(yù)報(bào)及反饋。

本人參與臨吉高速路基某合同段梁家凹隧道的施工(左線624 m，右線626 m),圍巖狀況復(fù)雜，以石灰?guī)r、泥巖為主，夾雜少量土層,自穩(wěn)能力極差，并處于淺埋段，出口段埋深僅5 m左右,進(jìn)口段山體還存在極大偏壓。在洞口施工中采用長(zhǎng)管棚施工，既有效的保護(hù)了環(huán)境，又比原計(jì)劃提前完成了施工任務(wù)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]JTG F60—2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG F801—2012，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(第一冊(cè)土建工程)[S].

[3]張紅衛(wèi)，任建喜，李振龍.隧道管棚注漿超前支護(hù)在特殊條件下的應(yīng)用[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29(2)：165-169.

On application of long steel pipes in tunnel construction of adverse geological sections

Han Xiaoyan

(ShanxiNo.1RoadandBridgeEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces the features of the long steel pipes in the tunnel construction of the adverse geological sections, according to the principle of its construction technology, illustrates its construction operation from the measurement and location, arch and pipe run construction, and down-the-hole drilling, and points out the construction has better economic, social and environmental benefits.

tunnel, long steel pipe, surrounding rock, down-the-hole drilling

1009-6825(2016)19-0144-02

2016-04-19

韓小燕(1978- )，女，工程師

U455

A