高速公路隧道建設中的超前長管棚施工技術

劉國慶

（中交二航局第二工程有限公司， 重慶 401120）

1 工程概況

文山至麻栗坡高速公路中的大法郞隧道是全線控制性工程，并且是整個項目的重點難點部分。該隧道屬于特長公路隧道，左線長3390m，右線長3375m，最大埋深206.5m，設計為分離式單向兩車道，設計速度80km/h。該隧道很大部分的地質屬于較為破碎松散的巖體，容易發生滑坡、崩塌等事故，且巖溶、破碎帶、斷層等地層也比較常見。補勘資料顯示藍色段為破碎松散堆積體，存在一定的裂隙，雖然具有豐富的地下水資源，但是也具有較多的破碎堆積體。

鉆探結果顯示：取出完整的芯樣較難實現；堆積體以板巖、炭質頁巖風化殘留形成的粉質黏土、含礫粉質黏土、碎石、塊石為主，土中粗顆粒大約占到55%；大法郎隧道進洞段的圍巖相對軟弱易破碎，但地下水豐富，在施工時往往會產生初支大變形、掌子面溜塌等問題，另外突水突泥、坍塌、地表塌陷等災害發生的風險也較高。

本文以上述工程為背景，圍繞超前長管棚施工技術展開詳細探討，以保證該工程的整體質量。

2 超前長管棚加固原理

超前長管棚支護適用于地質條件較差、淺埋偏壓且屬于塌方體或斷裂破碎帶的各種隧道工程，并且該方式不需要大型的機械設備進行作業，工藝成熟，因此具有較高的經濟適用性。

超前長管棚是按照松馳荷載的理論進行相關設計的，在洞口處通過套拱進行環向后支撐，鋼管進行縱向預支撐，在隧道開挖輪廓線外進行環向排列從而形成鋼管棚，然后向其內部注漿對周圍巖體進行加固，最后與初期的支護結構共同構成一個穩定可靠的支護系統[1]。超前長管棚廣泛應用于易發生破碎的地層、塌方體、巖堆等地段，能夠明顯緩解軟弱危險變形、松弛、沉降等現象，避免圍巖發生塌方、冒頂等不安全事故。超前長管棚具有較強的支護能力，能夠形成良好的支護結構，對提高圍巖的穩定性發揮重要作用，有效避免各類事故的發生，保證項目建設的安全性。

3 超前長管棚結構設計

3.1 套拱設計

本隧道的套拱設計長度為2m，內部厚度為600mm 并設置工字鋼和鋼筋骨架，采用的混凝土標號為C25。套拱能夠在一定程度上確保超前長管棚鉆孔的精度，同時在套拱內安裝長2m 的導向管，由規格為φ127×5mm 無縫鋼管制成，導向管應牢固的焊接于鋼拱架上。為避免在鉆孔過程中管棚超出隧道開挖界限，應保證導向管具有2°的外插角。一般情況下，套拱混凝土進行模筑施工，特殊時可以進行噴射施工。

3.2 管棚主要技術參數

本項目隧道洞口段的圍巖強度較小，穩定性較差，因此將超前長管棚的長度確定為40m。管棚鋼管是由規格為φ108mm×6mm 的Q235 無縫鋼管制成。管棚管節分別加工成3m 和6m 兩種類型的長度，在管壁上設置注漿孔，相鄰孔的距離為300mm 并呈梅花形分布。每節管棚的第一節頭部應加工為尖錐形，能夠防止施工時混入鉆渣影響施工質量。為了避免在管棚注漿過程中發生漏漿現象，在距離最后一節管棚尾部2m 的范圍內不設置注漿孔。本隧道項目所需要的超前長管棚共計39 根，總長度為1560m。

3.3 鋼拱架

為了有效增加導向管的剛度，需要在套拱內設置4 根規格為20 號的工字鋼，相鄰兩根的間距為600mm，并通過φ22mm 鋼筋連接。

3.4 注漿

為了進一步增加管棚周邊圍巖強度，增強其穩定性，通過水泥-水玻璃雙液注漿的方式對周邊圍巖進行加固。使用注漿機將合理配比的漿液注入，并在作業過程中嚴格控制注漿量以及注漿壓力，若出現嚴重的漏漿現象需要及時封堵漏漿部位，滿足施工要求后再繼續注漿，同時加入適量的水玻璃增強注漿的質量。

4 超前長管棚施工技術

4.1 施工準備

施工前應組織相關的技術人員進行技術交底，研究施工圖紙，同時對施工人員進行專業培訓，全面調查施工場地的地質特點、水質情況等因素。結合設計圖紙和現場的實際情況，制定合理的施工方案，并科學配置相應人員。

4.2 邊仰坡防護

根據設計圖紙進行測量放樣，首先確定邊仰坡的開挖邊線，開挖與防護同時進行。本項目邊仰坡通過錨桿鋼筋網噴射混凝土的方式進行聯合支護，其中錨桿由φ22mm 鋼筋支持，間距為2m；鋼筋網由直徑8mm 的盤條支撐，形成200mm×200mm 網格。

4.3 套拱立模

按照設計中的相關標準，通過4 榀20 號工字鋼對套拱內模進行支撐，并利用φ22mm 鋼筋連接。鋪設竹膠模板或木模板，利用腳手架實施加固作業可以避免發生跑模。為防止在套拱時出現較大沉降并侵入襯砌凈空，將套拱尺寸外擴5cm。另外利用木模板作為外模，并用鋼筋進行加固，同時架管、工字鋼形成外支撐。模板在拼裝應確保緊密防止漏漿，為避免混凝土流入導向管需要選取合適的材料對管口實施封堵。

4.4 混凝土澆筑

澆筑時選用C25 混凝土，根據合理的配比進行充分拌和，嚴禁隨意更改配比或原料。混凝土坍落度為6～8cm，水灰比保持在0.43 左右。在澆筑時應按照分層澆筑、分層振搗的原則，通過振動棒進行振搗，當無氣泡冒出時可視為振搗完成。套拱兩側采取對稱澆筑的方式，兩側高差應≤50cm。為避免發生走模，混凝土的澆筑量宜≤4m3/h。在澆筑時應隨時關注模板的變化，若發現有走模的可能時需及時進行支撐，若出現漏漿應及時封堵。混凝土澆筑完成后使用土工布或土工膜進行覆蓋養護，養護時間通常為5d，可以確保混凝土強度滿足設計要求。

4.5 鉆孔

當套拱混凝土強度達到設計強度85%時進行鉆孔施工。當鉆孔設備就緒后，先檢查其主軸是否與孔口中心保持一致，鉆孔時還需使用地質羅盤儀實時監測鉆孔仰角，當鉆孔作業出現偏差時可及時發現并調整。鉆孔時通過鉆渣、鉆進速度等分析圍巖的地質特點，并防止發生跳鉆、卡鉆等情況。由于鉆進工作對設備零件的損耗較大，因此應提前備好充足的易損部件，防止延長施工工期。另外在鉆孔結束后還應徹底掃孔、清孔，保證孔內無雜物。

4.6 頂管

管棚鋼管管節加工成3m 和6m 兩種，通過絲扣進行聯結。頂管施工時通過挖掘機與人工配合的方式進行，第一節選擇有尖錐的鋼管，接著安裝有注漿孔的鋼管，最后一節是尾部2m 范圍內無孔的鋼管。頂管施工時按照跳孔安裝的方式，嚴格控制同一斷面接頭的數目，接頭位置應至少錯開1m，可以通過3m 和6m 管節交替安裝的方式避免接頭重合。

4.7 注漿

超前長管棚注漿能夠加固管棚周邊的圍巖，填充圍巖空隙可以大大提升圍巖的強度。本項目通過水泥-水玻璃雙液注漿的方式對圍巖進行加固，注漿的擴散半徑應≥0.5m。注漿施工前應進行技術測試從而確定注漿的速度、壓力等參數，確保施工質量符合設計要求。通過控制注漿量與注漿壓力完成注漿作業，單孔注漿量不應低于設計值的80%，當注漿壓力達到設計值并保持2min 以上后即可結束注漿。注漿時按照先上后下的順序，并在作業邊線設置止漿墻，以免發生漏漿。

5 結束語

在公路隧道項目中采用管棚支護的方式施工時，應全面分析施工場所的地質條件、水文條件等，結合作業規模制定合理的施工方案，同時加強施工過程的質量監測，防止發生圍巖坍塌等事故，確保隧道開挖作業的安全。