洞內大管棚在復雜環境下隧道洞口段施工的應用

唐 海 斌

(中鐵隧道集團有限公司杭州公司，浙江 杭州 310000)

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洞內大管棚在復雜環境下隧道洞口段施工的應用

唐 海 斌

(中鐵隧道集團有限公司杭州公司，浙江 杭州 310000)

對金溫擴能鐵路油竹隧道、龍須巖隧道、榮林隧道處于復雜環境洞口段無法施作超前大管棚的問題進行了分析，提出了出洞采用洞內大管棚加洞外防護施工相結合的方式，并闡述了施工工藝流程及施工具體措施，為其他類似工程提供借鑒。

隧道洞口段，管棚，鉆機，導向管

管棚超前支護是為了在特殊的地質條件下確保進行安全開挖，預先提供增強地層承載力的支護方法。主要適用于軟弱地層、軟巖、巖堆和破碎地段。隧道進、出口及淺埋段應用較多。但是有些隧道口由于各種原因，洞口無法具備施工條件或無法具備洞口管棚施工技術，本文根據金溫擴能鐵路多個隧道的復雜環境下的洞口段，重點介紹采用洞內施工管棚工作室，洞內施作大管棚超前支護，輔助洞口外的臨時防護相結合的方式，安全順利出洞的施工應用。

1 工程概況

油竹隧道進口里程為DK149+560.72，出口里程為DK154+396.27，全長4 835.55m；起于浙江省青田縣飛鶴山莊內，止于青田縣山口鎮油竹上村，洞口下方緊臨S57省道，進口由于征遷難度極大且緊靠飛鶴山莊無法進場施工，出洞下方地形陡峭，且緊臨S57省道，不具備施工條件。

榮林隧道進口由于地形陡峭，且洞口前方20m為一棟民國期間的民房，如洞口爆破施工無疑對房屋產生巨大影響，采用迂回施工橫洞的方式從洞內往外貫通，順利解決洞口房屋的爆破影響問題。

2 施工方案及施工機械的比選

2.1 洞內管棚施工方案比選

洞內施作大管棚施工方案的選擇主要根據隧道斷面的設計大小及管棚機械的選擇而定，本文針對是否施作管棚工作室和管棚鉆機的選型做了詳細的對比，并結合金溫線的設計情況，最終選擇了施作洞內大管棚，地質潛孔地質鉆機施作，既能充分發揮超前大管棚的支護作用，又能加快管棚施作時間和安全操作。

方案一：采取不進行擴挖斷面，不設導向管，會導致管棚鉆設難度很大和外插角會偏大，管棚長度較長時需多次分段施作。優點是無需擴大斷面，不會造成二襯混凝土增加。缺點是鉆設難度很大，外插角過大，超前支護的效果較差，工序復雜。

方案二：采取洞內施作管棚工作室，管棚工作室長5m，擴挖50cm凈空，給管棚施工創造空間，一次性施作超前大管棚。缺點是需要擴大斷面，增加二襯回填混凝土。優點是能控制好管棚的外插角，管棚起到的超前支護效果較好，能一次性施作完畢。

2.2 管棚鉆機的比選

管棚鉆機主要分為兩種類型，一種為簡易的水平鉆機，一種為潛孔地質鉆機。水平鉆機自身無法調整鉆桿外插角，無動力裝置，無法自行行走，須搭設操作平臺行走和控制鉆桿外插角，鉆孔動力系統靠高壓風，一般用于洞口大管棚的施工。

潛孔鉆機配有履帶，自身可行走(電力)，自身通過液壓系統可調鉆桿的豎向角度和側向角度，鉆孔動力系統靠高壓風，可用于洞口和洞身管棚施工。

兩種管棚鉆機優缺點比較：

水平鉆機優點：鉆機價格便宜。缺點：1)搭設平臺耗時長施工效率低；2)管棚工作室較大。

潛孔鉆機優點：1)鉆桿可調豎向角和側向角，可以提高工作效率；2)不需要搭設鋼平臺，只需將洞碴扒平整，管棚準備時間短，節約施工時間；3)管棚工作室較小，節約成本，提高功效；4)鉆機機動性強，出現緊急情況，鉆機可及時撤離。缺點：價格相對昂貴。

考慮在盡量減小管棚工作室的情況下，滿足設計管棚外插角8°的需要，我們采用了水平鉆機和潛孔鉆機進行了施工對比。潛孔鉆機型號KQ90D，潛孔鉆外形尺寸長2.5m，寬1.95m，高1.6m，整機重1 640kg，潛孔鉆機機械性能：可鉆孔長30m，孔徑90mm～130mm,豎向角上仰25°、下俯25°，側向擺角左30°、右30°，回轉扭矩800N·m，推進軸壓力10 000N以上，操作性能可以滿足設計要求。

3 洞內大管棚施工工藝流程

洞內大管棚施工工藝流程為：

施工準備工作→上臺階施作管棚工作室→導向管安裝施作止漿墻→搭設管棚施工平臺→鉆機鉆孔→清孔→頂進鋼管棚→注漿及效果檢查→出洞施工。

3.1 施工準備工作

根據現場的實際情況，提前進行異型加大型號拱架的加工，對每榀拱架進行編號，現場分開堆放，共加工8榀異型加大型號拱架用于管棚工作室的初支支護。同時準備好φ140(5mm壁厚)熱軋無縫導向鋼管、φ108(6mm壁厚)熱軋無縫鋼管、足夠的15cm×15cm的方木和5cm厚的木板。

3.2 施作管棚工作室

正常施工到管棚設計尾端前5m時，上臺階開挖逐步向外挑頂，每施工開挖60cm向外挑頂9cm，及時進行初噴架設一榀異型加大型號拱架，并按照設計要求施作Ⅲ型超前小導管，共挑頂凈高50cm，長5m。縱斷面圖見圖1。

加工異型拱架時必須對每榀拱架進行編號，避免不同尺寸型號的拱架混架，也必須進行分編號運輸和堆放。挑頂支護時，必須按照順序一榀一榀施作。

3.3 導向管安裝

管棚工作室施工到計劃長度時，開挖輪廓線收回按照正常斷面進行開挖，架設2榀正常拱架，導向鋼管的安設的平面位置、傾角、外插角的準確度直接影響到管棚的質量，采用全站儀以坐標法在正常的工字鋼上定出平面位置，在拱架上進行劃線標示40cm一處，用水準尺配合坡度板設定導向管的傾角，用前后差距法設定導向管的外插角，將1m長的φ140(5mm壁厚)熱軋無縫導向鋼管焊接固定在這2榀拱架上，同時用膠帶封住兩側的管口，防止噴射混凝土進入到管內。

3.4 止漿墻施作

導向管安裝完畢后，對掌子面進行噴射C25混凝土10cm厚封閉掌子面作為注漿時的止漿墻，噴射完畢后對導向管進行統一編號。

3.5 搭設管棚施工平臺

搭設平臺前對上臺階平臺進行虛碴清理，架設臨時仰拱進行支護，使平臺底平整密實，采用15cm×15cm的方木和5cm的木板進行搭設平臺，防止鉆機在施鉆時左右擺動、位移影響鉆孔質量和人身安全。

3.6 鉆孔

平臺搭設好之后，進行鉆機就位，用全站儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，定位鉆機,使鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合，并用儀器、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調整，精確核定鉆機位置，采用2臺鉆機由高孔位向低孔位進行。鉆機開鉆時，應低速低壓，待成孔10m后可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓。鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的狀態判斷成孔質量，及時處理鉆進過程中出現的事故。

現場技術人員認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述，并留好影像資料，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。同時鉆孔時必須安排技術人員觀察圍巖情況，如發現圍巖異常及時進行處理。

3.7 安裝管棚鋼管

鋼管采用φ108(6mm壁厚)無縫鋼管，鋼管采用絲扣連接，絲扣長15cm，在專用的管床上加工好絲扣，鋼花管管壁設φ15mm溢漿孔(靠孔口1.0m處的棚管不鉆孔)，孔間距15cm，呈梅花形布置。管頭焊成圓錐形，便于入孔；連接鋼管采用φ114無縫鋼管，鋼管采用內車絲扣，絲扣長30cm，在專用的管床上加工好絲扣。

棚管頂進采用機械頂進，為防止塌孔保證孔向正確，每鉆完一孔即頂進一根鋼管，并及時注一孔漿，下一個孔作為對前一個孔的效果檢查。鋼管就位后加以固定，尾部預留一定長度，以方便連接注漿管為準，管口處設置排氣管，鋼管與孔口處的間隙用水泥砂漿堵塞緊密，保證注漿時漿液不溢出。

3.8 注漿

安裝好有孔鋼花管后即對孔內注漿，漿液由高速制漿機拌制。注漿材料采用水泥漿液，水灰比為1∶1(重量比)。注漿時先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔。采用液壓式注漿機注漿，按鉆一孔注一孔漿進行，全孔一次壓入，注漿漿液的參數(水灰比1∶1)由現場實驗確定，注漿壓力0.5MPa～2MPa，可根據注漿效果進行適當調整。漿液擴散半徑不小于0.5m。注漿前應進行現場注漿試驗，根據實際情況進行調整注漿參數，取得管棚注漿施工經驗，注漿結束后采用M10水泥砂漿進行充填鋼管，以增強管棚強度。注漿結束后用砂漿將管口封堵密實。注漿由下而上，由底而高進行，同時現場技術人員要做好注漿記錄。

4 結語

針對金溫線各隧道洞口周邊環境的特殊性，采用洞內施工管棚工作室，洞內反向施工超前大管棚，較好的解決了在洞口周邊特殊環境下無法施作洞口超前大管棚和在洞口軟弱圍巖段條件下安全出洞。

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TangHaibin

(Hangzhou Company, China Railway Tunnel Group Limited Company, Hangzhou 310000, China)

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1009-6825(2015)01-0167-02

2014-10-25

唐海斌(1981- )，男

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