折多山隧道進口塊石堆積層管棚施工技術總結

王寶明 楊金橋 張遠昌 周 易 劉顏瑞

（成都華川公路建設集團有限公司，四川 成都 610041）

1 工程概況

折多山為大雪山一脈，是重要的地理分界線。折多山最高峰海拔4 900 m，隧道進口海拔3 762 m，與康定市的海拔落差達1 800 m，隧道全長8 475 m，該隧道的修建對于提高國道318交通安全，增強應急保障能力，保障國家安全，鞏固邊疆國防具有十分重要的意義。

2 地形、地質情況

進口地形情況：進口端地勢平緩，主要由崩坡積塊石土組成，松散—中密，坡表塊石局部架空，巖性為黑云花崗巖，厚度大、強度高，受外傾與緩傾裂隙面切割，局部淺層穩定性較差，地下水呈浸潤—點滴狀，局部股狀流出，覆蓋層厚度20～60 m，地勢由西向東傾斜，斜坡植被發育，地貌為中高山構造剝蝕地貌，河谷內分布有長條狀的河流侵蝕堆積地貌，隧道軸線與等高線小角度斜交，存在偏壓。主洞口設有25 m的明洞，平導口設15 m明洞。平導洞口位置圖和工程地質縱斷面圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 平導洞口位置圖

圖2 工程地質縱斷面圖

3 設計情況

針對隧道洞口為淺埋、偏壓及堆積體的特殊地質條件，設計采用沿隧道測量線外8.4 m設置抗滑樁，以抵抗坡體偏壓，避免隧道進洞時或掌子面產生滑動。洞口臨時開挖邊仰坡采用噴錨網防護，具體措施為掛Φ8@30鋼筋網，噴C25混凝土均厚10 cm，Φ42注漿小導管（壁厚4 mm），間距1.5 m，交錯布置。洞口超前支護為拱部120°范圍設置Φ108大管棚，間距40 cm，單根長40 m。共35根。因隧道口多為孤石堆積體，縫間夾砂礫土，塊石強度高，管棚成孔困難。經設計、業主現場研究，確定采用跟管鉆進，管棚長度由40 m調整為25 m。

4 跟管鉆進法施工

4.1 施工原理

跟管鉆進法是在跟管過程中，主要是通過跟管鉆具在給進破巖的同時利用管靴與鉆頭上的臺階拖著套管同步跟進，實現成孔與鋼管推進同步完成。

該技術主要應用在松散破碎巖體中，以解決巖體空隙率高不易成孔的難題，避免對松散體注漿增加投資，也有效加快施工進度，保證洞口開挖安全。隧道的施工建設一般都位于地質條件復雜的山區，環境惡劣，而跟管鉆進法是一種特殊的鉆進方法，在松散地層和流沙層施工中，應用此方法可以有效防止鉆進過程中的孔壁坍塌或者流沙充塞鉆孔。

超前管棚是隧道施工中最常見的進洞安全保證措施，對隧道管棚施工有重要的意義和作用。因此，在施工過程中，相關工作人員需充分了解和掌握跟管鉆進法施工的工藝流程，以確保隧道施工的安全順利進行。跟管鉆進施工設施結構示意圖如圖3所示。

圖3 跟管鉆進施工設施結構示意圖

4.2 跟管鉆進法施工

4.2.1 工藝流程

跟管鉆進長管棚施工工藝流程如圖4所示。

圖4 跟管鉆施工工藝流程

4.2.2 施工

（1）人員設備配置如表1所示。

表1 施工人員、機械一覽表

施工配備1臺維克特CLY14潛孔鉆機、1臺20 m3空壓機，采用Φ108鉆頭、Φ70鉆桿，鉆機配3個操作工人。正常情況下，鉆機平均每小時鉆進2～4 m。

（2）管位復測。鉆機就位前對管棚位置在套拱上進行復測，紅油漆做出標記，確保孔位準確無誤。

（3）鉆機平臺搭建及鉆機定位。鉆機平臺在洞口預留平臺上，用枕木和鋼管腳手架搭好，鉆機由高孔位向低孔位連續施工，縮短移動鉆機時間，便于鉆機定位。鉆機應置于穩固地面或搭設的平臺上，防止施鉆時鉆機不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質量。

鉆機定位：鉆機軸線與已設定好的孔口管軸線相吻合，精確核定鉆機位置。用全站儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調整。

（4）鉆具組裝及導向系統連接。①鉆具采用潛孔鉆機，根據安裝套管直徑，選擇合適的鉆頭，鉆頭由鉆頭和沖擊器組成。②管棚鋼管加工成1.5 m一節，在專用的管床上加工絲扣。第一節鋼管與管靴在廠內焊接完成，作為鉆頭導向裝置。③鉆頭沖擊器與管靴通過管系內卡口咬合，鉆頭露在管靴外，用于鉆進。

（5）跟管鉆進施工。①在每孔的第一節管打設時，奇偶孔分別用2.5 m和2 m的鋼管，并安裝管靴。以后每節均采用1.5 m鋼管。②鉆頭與管靴連接后，放入導向管內，鉆桿穿過第一節鋼管與鉆頭連接，將巖體沖擊、研磨、擠密成孔，利用沖擊器帶動管棚鋼管鉆進。③第一節鋼管鉆進到位后，繼續安裝鉆桿及管棚鋼管。待鉆到設計管棚長度后，反轉鉆桿，使鉆頭退回管內，取出鉆頭及鉆桿，進行下一根管棚鉆進。④鉆進過程中經常用測斜儀測定位置，調整鉆進方向。⑤做好鉆進過程原始記錄，對孔口巖屑地質判斷、描述，作為開挖洞身的地質預探資料，指導洞身施工依據。⑥鉆進時，少量鉆渣通過注漿孔進入管內，鉆進結束后，用高壓氣從管底向管內口清理鉆渣。

5 折多山隧道管棚施工情況

折多山隧道洞口設計管棚35根，間距40 cm，每根長2+23 m，其中套拱內2 m，實際入巖23 m。

5.1 設計參數

（1）鋼管規格：P110地質管，Ф108 mm，壁厚6 mm，節長1.5 m、2 m。（2）鋼管內設置鋼筋籠，鋼筋籠主筋4×Φ16，采用Φ6.5 鋼環（壁厚5 mm）作固定環，間距為20 cm，與鋼筋籠主筋焊接。（3）管距：環向間距為 40 cm；外插角：1～2°。（4）鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長15 cm。

5.2 施工情況

在主洞施工中，采用P110地質套管作為跟管施工，進展順利，因P110管鋼材級別高，管靴及接頭均經過熱成型處理，在潛孔鉆機鉆進過程中能快速穿過花崗巖堆積體，平均進度6.25 m/h，但P110管造價較高，為適當降低費用，購買了兩根R780地質管做實驗，在鉆進過程中由于管靴及套管間連接剛度不足，跟管隨鉆進的加深與巖石的摩阻力加大，在達到20 m左右時套管無法繼續跟進。為滿足總長25 m要求，只能采用鋼級更高的P110地質套管作為跟管材料。

洞身開挖過程，除個別長度不夠及偏斜較大外，總體施工精度滿足質量要求，杜絕了淺埋偏壓堆積體施工整體沉降和變形的風險，因塊石縫隙間以碎礫石土為主，為避免砂礫石土坍塌，采用單層Φ42超前小導管進行加強支護，每循環進尺0.6 m，每隔一榀拱架施工一層超前導管，間距40 cm，設置于兩管棚之間。

設計管棚外插角1～2°，考慮跟管鉆進剛度大，鉆桿在25 m長度內下傾值有限，故實際采用1°外插角，經開挖揭示上傾值約40 cm，與計算值基本相當。

鉆機：跟管過程中套管需克服巖層的摩阻力，普通管棚鉆機鉆速和推進力難以達到跟管鉆進要求，采用維克特潛孔鉆機，主要技術參數如表2所示。

表2 維克特潛孔鉆機的主要技術參數

P110地質套管如圖5所示，管靴、跟管鉆頭、施鉆以及接管示意圖如圖6～圖9所示。

圖5 P110地質套管

圖6 管靴

圖7 跟管鉆頭

圖8 施鉆

圖9 接管

6 跟管鉆進法評價

以前常規堆積體洞口段需先地表注漿固結，再施工管棚，費用高，工期長，跟管鉆可直接在復雜地質條件下成孔，避免了塌孔、卡鉆、進管困難等問題，可推廣使用。

跟管鉆進長度與所用跟管材料、地質情況直接相關，在花崗巖堆積體若需施作20 m以上管棚，需采用P110級以上鋼管方可保證連接部位足夠剛度。由于跟管原材料采用熱成型處理，造價較高，且跟管鉆進工藝較普通管棚鉆孔更復雜，工序較多，因此跟管鉆進相對普通管棚費用高。但與地表注漿后施工管棚相比較，費用相對較低且工期短。適合在普通管棚成孔困難下采用，有效提高管棚施工質量，為隧道安全快速進洞創造條件。