堆積體大斷面隧道超前支護大管棚施工方法

張小明

摘要：介紹了堆積體大斷面隧道超前支護大管棚施工方法，強調了工程施工過程中的操作要點，以積累隧道施工經驗。

關鍵詞：堆積體;隧道;大管棚;施工

隨著高速公路﹑鐵路建設的飛速發展和工程設計、施工技術的進步， 公路﹑鐵路等級不斷提高， 在線路選擇和設計上裁彎取直， 使得隧道工程在里程中的比例越來越大。而部分隧道所處地段或地質情況差， 或隧道斷面大、跨度大， 或埋深淺， 這都給施工帶來了極大的難度。采用管棚預支護并輔以注漿在隧道工程中應用越來越廣泛，在工程施工中超前大管棚對隧道的質量和安全起到了很好的作用效果。

1 工程概況

該隧道位于長白山脈東北段，線路穿越低山丘陵區，多為“V”型河谷，少部分為“U”河谷，谷底與分水嶺相對高差100米～320米，山頂一般呈渾圓狀，地面高程為142～510米，山坡自然坡度較陡傾，變化較大，部分上陡下緩，部分下陡上緩，縱向自然坡腳為16～28°，進口縱向坡度19°，出口縱向坡度15°，隧址區多為闊葉與針葉混生林，植被覆蓋率約95%。工程地質設計為隧道進出口邊坡土質為花崗閃長巖的全風化層，抗剪強度低，且邊坡坡度較大，邊坡穩定性差。但通過隧道進口洞口開挖發現洞口圍巖以砂加石堆積體為主。

2 施工方案

設計管棚每根長35m，共設49根，用每節4-6m的熱軋無縫鋼管（φ108mm，壁厚6mm）絲扣連接而成，同一斷面內接頭數量不得超過總管數的50%。管棚編號為奇數的采用鋼花管，偶數的采用鋼管，施工時采用潛孔鉆機先打設鋼花管并注漿，然后打設鋼管。鋼花管上鉆注漿孔，孔徑10-16mm，孔距15cm，成梅花形布置，尾部留不鉆孔的止漿段110cm。注漿采用水泥漿，水灰比1：1（重量比），注漿壓力宜為0.5Mpa-1Mpa，管棚環向間距中至中40cm。傾角即管軸線與襯砌外邊緣線夾角按1°-3°（不包括線路縱坡）考慮。由于此隧道洞口為堆積體，埋深較淺，在同一里程隨著高程增加圍巖會比較軟弱破碎，為了控制在施工過程中鉆頭上漂，傾角按1°考慮，管棚斷面設計圖見圖1。

從洞口開挖情況判斷得知線路左側10#孔以下圍巖為全風化巖，以上為砂加石堆積體，線路右側45#孔以下圍巖為全風化巖，以上為砂加石堆積體。即堆積體和全風化巖的分界線為連接10#孔和45#孔的一個斜面，其下部圍巖為全風化花崗巖，上部為砂加石堆積體，堆積體自擴大拱腳至拱頂處逐漸增厚。為了進一步掌握圍巖狀況，縮短施工工期，故先從兩側擴大拱腳處依次向拱部施做管棚。這樣既能順利的施做成部分孔位，又能更加精確的判斷圍巖分布情況。對不能順利成孔的其余孔位從兩側擴大拱腳處依次向拱部隔孔實施循環預注漿，預注漿的深度根據鉆機鉆孔難易程度以及渣樣確定。待預注漿液終凝后再進行大管棚施工。

3 施工過程

根據施工方案先從兩側擴大拱腳處依次向拱部施做管棚，下部管棚成孔及注漿都較為順利，但進行至10#孔及45#孔以上時，孔深至2-3m（包括套拱長度）時孔內漏風十分嚴重，石渣無法通過風壓排出孔外，石渣只能靠鉆機的回轉來排出孔外，回鉆是十分吃力，隨之出現了嚴重的卡鉆現象，根本無法成孔?？紤]到沖擊鉆頭直徑較鉆桿大許多，回轉拔桿時容易卡鉆，施工現場將沖擊鉆頭換成由三個φ42一字鉆頭合成的自制鉆頭（見圖2）。此鉆頭直徑比鉆桿連接套管直徑稍大，排渣通過鉆桿回轉及風壓，雖然施工速度較慢，但對施做預注漿孔來說比沖擊鉆頭更為可行。

隨著拱部圍巖的堆積體沿洞身方向蔓延，而越靠近拱部孔位的預注漿由于重力等原因，漿液只會向著其施做孔位以下流淌，并且隨著孔身越來越深，用自制鉆頭時排渣會越來越困難，施工速度太慢。用自制小鉆頭施工在拱部幾個設計孔位范圍內進行預注漿效果不理想?？紤]到坡率，將鉆機定位至套拱頂，在套拱頂上2-3m用自制小鉆頭鉆孔4-5個，并進行循環注漿（類似地表注漿），這樣能縮短設計孔位堆積體的長度。待漿液達到一定強度時將鉆機移至設計孔位，對拱頂設計孔位進行循環預注漿。待預注漿液終凝后，根據預注漿的先后順序對設計孔位施作管棚。

4 總結

對于堆積體大斷面隧道超前大管棚的施工，應先進行設計范圍內由下依次向上孔位的循環預注漿，使得預注漿在套拱以下某個高度形成一個阻止漿液向下流失的阻隔面，同時在垂直里程方向形成一個阻止漿液向洞外流失的阻隔面，這樣一步一個臺階直至拱頂;再對導向墻拱部2-3m部位進行類似地表注漿的循環注漿，以縮短拱頂設計孔位堆積體的長度。這樣的循環預注漿使得洞口段松散的堆積體固結成塊，提高了圍巖的整體穩定性，保證了隧道超前大管棚的施工質量，縮短了工期。由于前期的預注漿形成的阻隔面，后期大管棚有壓注漿時水泥漿液不會四處漫流，進而節約了水泥等原材料。同時超前大管棚的施工使隧道范圍內堆積體的整體穩定性有所提高，滑動面的摩阻系數加大，產生滑坡的可能性大大降低，大大提高了進洞的安全性和工程質量。

參考文獻：

[1]王春華.超前支護淺埋暗挖技術在小間距隧道中的應用[J].施工技術，2013，01：101-104.

[2] 焦國良.天津地鐵大斷面隧道施工技術與支護措施研究[D].成都理工大學，2012.

（作者單位：甘肅省慶陽公路局鎮原公路段）