城市復雜環境下淺埋暗挖隧道管棚施工方法探析

華林林 王迪 馬浩彭

淺埋暗挖隧道施工應嚴格遵循“十八字方針”。其中超前支護管棚工程是控制的要點，對后續開挖安全影響重大，特別是在城市復雜環境下，更要對管棚施工的各個環節提前策劃、重點監控，確保措施的落實。本文以某下穿城市道路隧道工程項目為例，對城市復雜環境下管棚施工進行分析總結，并通過數據校核指導施工，保證工程安全與質量。

一、項目背景

市民大道管廊與凱旋路交叉段采用下穿暗挖形式。凱旋路為城市主干道，現場情況不利，地表沉降、圍巖變形等難以控制。而淺埋暗挖超前支護體系能夠有效地限制地面沉降并全面地保持自然地層在穩定狀態，研究表明，地面的整個沉降量的30%～40%是在一般支護開始發生作用之前發生的，超前支護特別是管棚的實施對加固地層、穩定拱頂、減少地表沉降具有非常重要的作用。

二、工程概況

此次研究的項目為暗挖段地下綜合管廊項目，總長75m，結構采用矩形箱涵斷面，布置2個艙，結構外斷面為6.35（寬）×3.7（高），凈寬度分別為2.5米、2.6米，結構埋深約7m。

管棚材料采用直徑108mm，壁厚δ=6mm的熱軋無縫鋼管；共52根（每端26根）每根縱向長度41m，管棚沿洞頂環向布設，間距300mm，注漿采用水泥單漿液。

三、工程特點及重難點分析

1.地層情況復雜。該段城市道路為新近高填方路段，土質以粉土為主夾雜砂土、建筑垃圾等，易塌孔、卡鉆等，使得管棚鉆孔困難。

2.地面交通繁重。該地區為正在建設的城市新開發區，作為該區域首條建成通車的城市主干道，車流量較大，特別是工程車等重載交通車輛多，對管棚質量要求高。

3.地下管線復雜。作為市政道路，埋設管線較多，包括雨污水、熱力、電力、通訊、給水、燃氣等，其中污水管線距離管廊結構頂僅63cm，對長管棚鉆孔位置精度要求高。

4.結構受力條件差。本管廊為矩形箱涵結構斷面，受力條件較差，容易引起拱頂沉降，對管棚超前支護能力要求高。

5.社會關注度高。工程位于新開發區，距離政府單位較近，周邊群眾關注度較高，管棚施工過程需嚴格控制，確保各方滿意。

四、管棚施工方法及控制要點

超前大管棚為本隧道的主要超前支護，在隧道入洞之前在洞外實施，根據具體情況，決定選用孔口設密封裝置“超強管棚導向跟管鉆進法”施工，即選用R780高強無縫管做管身，成孔和打設支護管一次完成。其主要程序如下。

1.預埋孔口管，安裝密封裝置，封閉工作面。

2.用108mm×6mm管做鉆具，前端裝有導向探頭（含回取裝置），采用泥漿護壁，利用有線導向儀監控，隨鉆進，隨調整，將支護管依次打入，同時將支護管接口焊接嚴密，直至達到設計長度。

圖1管棚縱斷面大樣圖

3.管棚施工工藝流程

鉆孔部位圍護樁破除—導向梁施工—修筑鉆機平臺—鉆機進場—測量放線—鉆機就位—試鉆—跟管鉆進—注漿。

4.管棚施工前準備

（1）孔位測定：鉆孔前用全站儀定出管棚位置輪廓線，按孔間距定出孔位；鉆孔面必須按要求先噴一層混凝土進行封閉，確保鉆孔面不出現坍塌。圍護樁破除采用手持風鎬緩慢破除，盡量減少對防護體系的擾動。

（2）C30混凝土護座施工：護座采用C30砼，內設兩榀I25型鋼拱架，間距50cm，導向管采用φ152無縫鋼管，環向間距30cm，縱向與線路方向保持一致。

（3）機械設備就位：進行場地平整后將鉆機安裝就位、固定。將鉆機與其它輔助設備連接妥當、安全，按提前設計好的鉆孔角度調整鉆機傾角。

（4）組裝鉆具（鉆頭）

圖2管棚施工鉆頭示意圖

①取位置安放探棒；

②安裝焊接泥漿系統單向閥；

③焊接楔形板（通常與鉆桿角度為20°）；

④安裝焊接水眼板（水眼為8mm）；

⑤配置泥漿，準備鉆進施工。

（5）鉆孔

鉆孔前先檢查鉆機各部位運轉是否正常,對非正常部位進行更換，檢查水壓能否達到施工要求；鉆孔選用比管棚直徑大20～30 mm合金鉆頭，在鋼管一端管口焊接。鉆機采用管棚鉆機，隔孔施鉆。

（6）注漿

①注漿材料根據設計要求采用1∶1水泥砂漿，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

②注漿采用后退式注漿，利用自制的注漿套管與管棚用套絲連接，注漿套管上準備有出氣管與進漿管，由閥門來控制開關。

③關閉孔口閥門，啟注漿泵進行管路壓水試驗,如有泄漏及時檢修，試驗壓力等于注漿壓力。

④注漿時采取低壓力、中流量注入，結束注漿后將管口封堵,以防漿液倒流管外。

⑤注漿結束標準及效果檢查：每3m注漿總量不應小于設計注漿量的80%，單孔注漿量不能小于設計注漿量的60%；超過偏差時應補管注漿。

⑥注漿管制作

在管壁四周鉆間距為100mm、孔徑為16mm的花眼，梅花狀布置，尾部留250cm止漿段，導管前端應加工成錐形。

圖3管棚注漿孔示意圖

圖4管棚注漿過程示意圖

五、結語

超強管棚跟管導向鉆進技術的支護作用機理主要在于高強度（R780）無縫鋼管、跟管導向精確定位、漿液固結三者的充分融合。一方面使用跟管導向鉆解決位置偏差問題，避免了管棚鉆穿相鄰市政管線的風險并且使得管棚受力路線更加準確清晰；另一方面采用高強無縫管材提高了管棚的支承能力，減小了圍巖變形；另外通過漿液固結作用，將鋼管與周圍松散、軟弱的地層形成復合穩定的固結體，使周圍土層的力學性質得到改變，穩定性能得到加強。

總之，在城市復雜環境下，特別是在重載交通、高填方、管線毗鄰、矩形斷面等情況下，本文所述淺埋暗挖隧道管棚施工方法體現了較大的適用性，對于隧道施工安全、道路保通、文明環保、群眾滿意度等方面都發揮了巨大的優越性，可為類似工程提供一定的經驗參考。