隧道超前管棚施工技術探討

郝 勁 鑫

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

某高速公路隧道設計左洞總長度為1 540.36 m，設計起訖點樁號為K25+325.5～K26+865.86；右洞總長度為1 538.25 m，設計起訖點樁號為K25+323.2～K26+861.45。隧道施工洞口段為軟弱圍巖，穩定性差，為Ⅴ級圍巖。洞口段覆蓋層較薄，僅為4 m～5 m，屬于超淺埋隧道，施工難度大，成洞條件極差。

隧道洞口上部覆蓋層主要為堆積土，松散破碎，不易成洞。為了保證隧道施工安全，防止隧道拱頂坍塌，保證施工的正常進行，采用超前管棚支護。設計管棚直徑為108 mm，壁厚為6 mm，管棚設計長度為30 m。為了保證隧道洞口段施工安全，施工前制定專項施工方案，嚴格進行超前管棚施工質量控制。

2 超前長管棚結構設計

2.1 套拱設計

為了保證超前管棚施工的鉆孔精度和安裝位置準確，設置2 m套拱。套拱采用C25混凝土，厚度為600 mm，內部設置鋼筋和工字鋼。套拱內工字鋼為20號工字鋼拱架，間距為600 mm。為了保證鉆孔精度，在工字鋼拱架上焊接長2 m的Ф127×5 mm無縫鋼管作為導向管。導向管焊接在鋼拱架上必須保證穩固，以保證施工過程中不移位。考慮到管棚長度較長，防止侵入開挖界限，導向管設置2°的外插角。套拱混凝土施工可采用澆筑混凝土，特殊情況下也可以采用噴射混凝土。

2.2 管棚主要技術參數

根據隧道洞口的圍巖情況，設置超前長管棚的長度為30 m。管棚鋼管采用直徑為108 mm的Q235無縫鋼管，管壁厚度為6 mm。

管節設計長度為3 m和6 m兩種，管壁上設置注漿孔，孔徑尺寸為10 mm～15 mm，孔位間距300 mm，采用梅花形布置。為了考慮防止注漿漏漿，最后一節鋼管尾部2 m不設置注漿孔。

超前長管棚設計中心距為500 mm，管棚總根數為31根，設計總長度為930 m。

2.3 鋼拱架

為了提高導向管的剛度，在套拱內設置4根20號鋼拱架，間距為600 mm，并采用Ф22鋼筋連接，可保證導向管的穩固。

2.4 注漿

為了提高圍巖穩定性，采用注漿的方式對管棚周邊的圍巖進行加固。管棚鋼管上設置有注漿孔，采用注漿機進行注漿。注漿采用水泥—水玻璃雙液注漿，注漿過程中對漿液制備的配合比、注漿量和注漿壓力進行嚴格控制，保證注漿加固質量。

3 超前長管棚施工技術要點

3.1 準備工作

開工前，首先組織施工技術人員和施工管理人員對設計圖紙進行審核，并對發現的問題進行上報。根據設計資料熟悉施工現場，對施工現場的地形、工程地質和水文地質情況進行調查。根據施工現場的地形地貌確定施工現場臨建、原材料堆放、施工便道的位置和走向，對施工現場進行布置。根據施工現場和設計資料，制定超前長管棚施工方案，并報現場監理工程師審批。

根據設計資料和施工現場實際情況，確定超前管棚施工工程量、工期、所使用的施工機械和人員數量等，進行現場施工組織。管棚鉆孔施工采用YG-50工程鉆機配合施工，管棚鋼管安裝采用挖掘機配合施工。

3.2 邊仰坡防護

隧道超前管棚施工過程中，如發現邊仰坡不穩定，則必須首先對邊仰坡進行防護，然后再進行超前管棚施作。

1)該隧道邊仰坡施工中采用錨桿鋼筋網噴射混凝土聯合支護的方式，錨桿采用Ф22螺紋鋼筋，長度為3 m；鋼筋網片采用Ф8盤條，網格尺寸為200 mm×200 mm，噴射混凝土強度為C25。

2)隧道邊仰坡邊開挖邊防護，并盡量避免大挖大刷。當開挖至套拱頂標高時，注意將套拱位置留出，并開挖出套拱施工工作面。

3)根據設計標高，對套拱拱腳基底進行平整。如套拱拱腳基底為軟弱土壤，應檢測其承載能力。如基底承載力不足，可采用漿砌片石進行加固，厚度不少于50 cm。

3.3 套拱施工

3.3.1套拱拱架與內模安裝

1)安裝套拱鋼拱架，并用Ф22鋼筋連接，連接間距為1 m。本項目套拱施工采用4榀20號工字鋼，鋼架垂直度偏差不能超過2°，采用5 mm厚鋼板連接拱架，每塊連接鋼板上設置6個螺栓。

2)套拱施工模板采用木模板，模板鋪設應平整，并保證接縫平順。

3)為了防止由于各種外界荷載作用造成套拱變形與沉降，套拱尺寸較設計尺寸增大5 cm。

3.3.2導向管安裝

1)為了保證管棚鉆孔精度，本項目施工采用的導向管為Ф127×5 mm無縫鋼管，長度為2 m。

2)導向管必須與鋼拱架焊接牢固，導向管設置2°的外插角，以防止由于鉆機鉆孔時鉆頭下垂侵限。

3)施工中采用坐標法進行導向管的安裝定位，可在貼近開挖工作面處設置小鋼管，墊高保證導向管的傾角。

3.3.3外模安裝

1)模板安裝必須保證穩固，必須采用木樁對模板底部進行支撐，以防止在澆筑混凝土施工中跑模。

2)套拱外模采用木模板，用鋼筋作為加強箍筋，并采用木樁、鋼管進行輔助固定。

3)套拱外模安裝必須保證拼裝嚴密，盡量做到接縫處不漏漿，拱頂3 m范圍可不安裝模板，作為混凝土澆筑入口。

4)導向管采用塑料編織袋或土工布等進行封堵，防止進入混凝土堵塞。

3.3.4混凝土澆筑

1)套拱鋼拱架、導向管、模板安裝完成后，即進行現澆混凝土施工。

2)本項目采用C25混凝土，施工過程中嚴格控制其坍落度和水灰比。

3)混凝土澆筑采用對稱澆筑的方式，并采用挖掘機配合作業，兩側澆筑高度差不宜超過50 cm。

4)混凝土澆筑過程中嚴禁加水，并采用插入式振動棒進行充分振搗。

5)混凝土澆筑完成后即開始養生，養生期應保水保濕，并采用土工布或保鮮膜覆蓋，養生期不少于5 d。

3.4 鉆孔

鉆機鉆孔必須停放在穩固的地基上，鉆孔過程中應保證鉆孔精度，鉆孔孔徑應略大于鋼管孔徑，深度不低于設計深度，并防止出現塌孔。鉆機鉆進過程中出現卡鉆、跳鉆現象，應分析原因，做好應對。鉆孔達到設計深度后，必須進行清孔，并盡快進行鋼管安裝，防止塌孔。

3.5 鋼管安裝

管棚鋼管安裝采用挖掘機配合安裝，安裝過程中必須保證鋼管的軸線與鉆孔一致，防止將鋼管打彎。為了方便管棚鋼管安裝，第一節加工成尖錐狀。管棚節段處采用螺紋絲扣連接，安裝時先安裝帶有注漿孔的節段，最后安裝尾部沒有注漿孔的節段。

相鄰的管棚鋼管的接縫在橫斷面上的接頭應相互錯開，如奇數段第一段采用3 m長鋼管節段，則偶數孔采用6 m長鋼管節段作為第一段進行施工。

3.6 注漿

注漿前將導向管和鋼管間的空隙用錨固劑封堵，并在鋼管端部安裝注漿口。管棚注漿壓力不小于0.5 MPa，施工中嚴格控制注漿量和注漿壓力。注漿過程中如出現漏漿，可停止30 min后，添加水玻璃后繼續注漿。

4 結語

隧道洞口段通常位于軟弱圍巖地段，施工前必須采取有效的超前支護方法進行加固。文章基于對隧道洞口超前管棚施工實踐，對管棚的設計與施工進行全面闡述，并列舉了質量控制要點。通過對超前管棚設計參數進行仔細分析，并在施工過程中加強質量控制，可有效保證施工質量與施工安全。

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