高速公路隧道超前長管棚施工技術研究

趙 瑜

（山西長興路橋工程有限公司， 山西 長治 046000）

1 工程概況

某高速公路隧道洞口位于淺埋段，圍巖破碎，穩定性差，分布有軟弱結構層。該隧道設計采用標準間距分離式上下行隧道，左右線長度均為1405m。隧道最大埋深198m，最小埋深6m，設計圍巖等級為Ⅴ級。圍巖裂隙紋理較發育，受裂隙水影響較大，圍巖大多為強風化巖，自穩能力差。設計采用超前長管棚對洞口段進行超前支護，洞內采用超前小導管注漿加固。隧道洞內設計縱坡為3%，洞身軸線與地形線呈大角度斜交，交角為47°。隧道洞口段圍巖主要為巖堆，斜坡覆蓋碎石土，自穩能力差，且存在偏壓，設計采用40m超前長管棚進行支護，以保證洞口段施工安全。

2 超前長管棚加固原理

超前長管棚是根據松馳荷載理論設計的，洞口位置采用套拱作為環向后支點，鋼管作為縱向預支撐，在隧道開挖輪廓線外環向排列形成鋼管棚，然后在管棚內部注漿加固管棚周邊巖體，最終與初期支護結構儀器形成一個穩定的支護系統。超前長管棚適用于極破碎的地層、塌方體、巖堆等地段，可有效控制軟弱危險變形、松弛、沉降，防止圍巖出現塌方、冒頂等事故。超前長管棚支護能力強，可形成有效支護結構，提高圍巖的穩定性，防止出現安全事故，保證施工安全。

3 超前長管棚結構設計

3.1 套拱設計

本隧道設計套拱長度為2m，內部設置工字鋼和鋼筋骨架，厚度為600mm，混凝土標號為C25。套拱可以有效保證超前長管棚施工的鉆孔精度和安裝位置準確，在套拱內設置導向管，導向管長2m，規格為Ф127 ×5 mm 無縫鋼管，導向管焊接在鋼拱架上，焊接牢固不松動。由于管棚長度較差，為了防止鉆孔過程中侵入隧道開挖界限，導向管外插角選擇為2°。套拱混凝土通常采用模筑施工，特殊情況下采取噴射混凝土施工。

3.2 管棚主要技術參數

本項目隧道洞口段圍巖穩定性較差，所選超前長管棚的長度為40 m。管棚鋼管采用規格為Ф108 mm×6 mm的Q235 無縫鋼管。管棚管節加工長度為3 m 和6 m 兩種，管壁上加工有注漿孔，孔位間距300 mm，呈梅花形布置。每節管棚第一節管棚頭部加工尖錐，以便于施工，防止施工過程中鉆渣進入。為了防止管棚注漿過程中漏漿，最后一節管棚尾部2m范圍內不加工注漿孔。本項目超前長管棚共計39根，設計中心距為400mm，總長度為1560m。

3.3 鋼拱架

為了提高導向管的剛度，套拱內設置工字鋼4根，規格為20號，設計間距600 mm，連接鋼筋選用Ф22 鋼筋。

3.4 注漿

為了進一步提高管棚周邊圍巖的穩定性，采用水泥-水玻璃雙液注漿進行加固。注漿采用注漿機進行，注漿過程中嚴格按照配合比進行漿液拌制。注漿過程中嚴格控制注漿量和注漿壓力，如注漿過程中漏漿嚴重，可對漏漿部位進行封堵，暫停后再進行注漿，并適量加入水玻璃。

4 超前長管棚施工技術

4.1 施工準備

施工前組織施工技術人員進行施工安全和技術交底，閱讀圖紙，組織人員培訓，并對施工現場地形地貌，水文地質等情況進行調查。根據設計圖紙，結合施工現場實際情況，制定施工組織設計方案，確定人員、設備的組織和配置。

4.2 邊仰坡防護

按照設計圖紙進行測量放樣，確定邊仰坡開挖邊線，邊開挖邊防護。本項目邊仰坡防護采用錨桿鋼筋網噴射混凝土聯合支護，錨桿采用Ф22 鋼筋，間距為2m，鋼筋網選用直徑8mm的盤條，網格尺寸為200mm×200mm。邊仰坡開挖至套拱頂高程后，向下開挖洞面，為套拱施工提供工作面。

4.3 套拱立模

根據設計要求，選用4榀20號工字鋼作為套拱內模支撐，連接筋為Ф22 鋼筋。鋪設竹膠模板或木模板，并使用腳手架進行加固，防止跑模。為了防止套拱施工過程中產生較大沉降侵入襯砌凈空，套拱尺寸應外擴5cm。采用木模板作為外模，外部用鋼筋固定，輔以架管、工字鋼為外支撐。模板拼裝應嚴密，防止走模漏漿，套拱拱部3m范圍不安裝模板，以便于混凝土澆注施工。為防止混凝土進入導向管，使用纖維袋或其他織物對管口進行封堵。

4.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑選用C25混凝土，拌和時嚴格按照配合比進行，不得隨意更改材料比例。混凝土坍落度控制在6～8cm，水灰比控制在0.43以內。混凝土澆筑應分層澆筑，分層振搗，采用振動棒振搗，以無氣泡冒出為標準確定振搗完成。套拱兩側對稱澆筑，兩側高差不超過50cm。為了防止混凝土走模，混凝土澆筑量不得超過4m3/h。澆筑過程中密切注意模板變化，如發現有走模危險及時加強支撐，漏漿及時封堵。混凝土澆筑完成后5d內使用土工布或土工膜覆蓋養護，保證混凝土強度增長。

4.5 鉆孔

當套拱混凝土強度達到設計強度85%時，可以開始鉆孔作業。鉆孔設備就位后，首先應確保主軸方向與孔口位置一致。鉆孔從底部開始，并在鉆孔過程中使用地質羅盤儀對鉆孔仰角進行檢測，如發現產生偏差及時糾正。鉆孔觀測中根據鉆渣，鉆進速度等對隧道圍巖地質情況進行分析記錄，應注意跳鉆、卡鉆情況。鉆進施工前做好準備工作，備足易損消耗件，防止鉆進施工中斷。鉆孔后及時進行掃孔、清孔，將孔內鉆渣徹底清除。

4.6 頂管

管棚鋼管管節加工成3m和6m兩種，連接處采用絲扣聯結。頂管施工采用挖掘機配合人工施作，第一節鋼管加工有尖錐，先安裝有注漿孔的鋼管，最后一節選擇尾部2m范圍內無孔的鋼管。頂管施工采用跳孔安裝的方式，嚴格控制同一斷面接頭的數目，不得超過50%，相鄰鋼管接頭錯開至少1m，施工中可采用3m和6m交替安裝的方式錯開接頭位置。

4.7 注漿

超前長管棚注漿可以加固管棚周邊的圍巖，填充圍巖空隙，提高圍巖的穩定性。本項目注漿采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿擴散半徑不小于0.5m。注漿施工前先進行試驗，確定注漿速度、注漿壓力等施工參數，保證施工的順利進行。注漿結束通過注漿量和注漿壓力控制，單孔注漿量不得少于設計注漿量的80%。達到設計注漿壓力并持續2min以上，可結束注漿。注漿采用先上后下的順序，注漿前在周邊作業面設置止漿墻，防止漏漿。注漿完成后在管棚鋼管內緊密充填M30水泥砂漿，以提高管棚的剛度和強度。

5 結語

文章通過對某高速公路隧道超前長管棚的設計要點和施工工藝進行闡述，總結了施工要點，提出了質量控制措施。實踐證明，采用超前長管棚支護可有效提高隧道軟弱破碎地段、淺埋段圍巖的穩定性，保證施工安全。本項目洞口段開挖后發現圍巖穩定性明顯提高，拱頂超挖較小，說明達到了預期的加固效果。