隧道大管棚超前支護施工技術及質量控制要點

甘亮元

摘要：隨著高速公路建設的快速發展，公路隧道的修建里程也隨之增加，管棚超前支護技術作為一種隧道施工技術，在隧道軟弱圍巖加固中得到廣泛應用。隨著近年來施工技術的發展，使得管棚超前支護使用長度增加，管徑擴大，施工難度也不斷提高，施工中存在諸多不確定性，容易出現質量問題，施工時應加強施工質量控制，保證施工質量和安全，確保隧道施工的順利進行。

關鍵詞：隧道;大管棚;超前支護;施工技術;質量控制

中圖分類號：U455.7A291043

0 引言

隨著高速公路建設的快速發展，公路隧道的修建里程也隨之增加，與此同時，隧道穿越軟弱破碎、松散、整體性較差圍巖施工中面臨的技術問題、技術難題也日漸突出，特別是在通過淺埋、軟弱破碎巖體、塌方段等不良地層，施工難度大，施工風險較高，安全性差。管棚超前支護技術所需設備簡單及工藝簡單，工期短、效率高，支護效果好，經常被應用于軟巖隧道中穿越破碎帶、松散帶和軟弱地層。

管棚超前支護就是在開挖洞頂輪廓線以外一定角度范圍內，向開挖面地層內打入鋼管，利用鋼管和鋼格柵拱架構成整體支撐體系，為開挖及初期支護作業提供了安全保障，并通過鋼管向松散巖層內壓注水泥漿液，加固軟弱破碎的地層，提高地層的自穩能力。隧道的地質一般較松軟，有時候還會涌水、涌砂層，而管棚施工在這中間就起到了超前支護的作用，管棚剛度較大，施工時如再次發生塌方，塌渣也是落在管棚上部巖渣上，起到緩沖作用。但是管棚支護施工工藝較為復雜，施工工序繁瑣，影響施工質量的因素眾多，施工過程一旦控制不好，就容易出現長管棚難以控制其導向，管棚注漿的效果得不到保證等質量問題，這就直接影響到隧道施工質量，嚴重時甚至會發生隧道垮塌等重大質量安全事故。因此，在施工過程中，應加強施工質量控制，確保各工序施工質量滿足技術要求，以保證隧道施工的順利進行。

1 工程概況

某隧道區屬巖溶峰叢洼地地貌，隧道所穿越的山體陡峻，山體間的洼地地形平坦，多呈平鍋底狀，隧道進洞口處于相對比較軟的地層巖，層間的結合力較差，工程力學性質差，容易出現變形、坍塌等風險。為保障安全施工，控制隧道變形，本工程設計采用臺階法結合管棚注漿預支護技術，加固掌子面前方圍巖，控制圍巖變形。在進出口洞口地段采用108 mm大管棚超前支護，超前支護設置于拱部134°范圍，管棚采用108×6 mm的無縫鋼管制作，環向間距40 cm，大管棚終端與超前小導管搭接。本工程對施工管棚的精度要求高，施工難度大，需要在具體的施工中加強施工質量控制，保證施工質量、安全和工期。

2 施工技術及質量控制要點

本工程大管棚超前支護的施工流程為：施工準備→施作套拱→管棚鉆機就位→鉆進→安裝管棚鋼管→鋼管內外注漿→洞身開挖及支護。

2.1 施工準備

本工程采用套拱作為管棚導向墻，在進行隧道洞口管棚施工時，在明洞開挖至明暗交接處時，預留管棚施工平臺，并根據管棚鉆機長度、高度、管棚施作角度等提前擴挖隧道斷面，形成管棚工作室。開挖的管棚工作室空間應足夠大，能滿足搭設管棚施工平臺要求，同時對管棚工作室布點進行監控量測，保證管棚工作室段落支護結構安全。

2.2 施作套拱

2.2.1 測量放線

基坑開挖到設計位置并對基底進行處理后，采用全站儀對隧道軸線及套拱施工斷面進行細部放樣，根據測量放樣確定導向墻位置，埋設樁位或做測量標記，以方便施工。

2.2.2 工字鋼安裝

本工程套拱內設3榀Ⅰ20 a工字鋼架，每榀間距0.75 m，每榀鋼架分為五個單元，各單元工字鋼通過連接板焊接并用螺栓連接牢靠。3榀鋼架間縱向用22 mm鋼筋連接，間距1 m間。鋼架安裝時應嚴格按照設計中線及水平位置進行架設，鋼架的下端設在C15混凝土基礎上，確保下沉受控。

2.2.3 導向管安裝

工字鋼架架設完成后，安裝管棚導向管，本工程用127 mm壁厚4 mm長2.0 m的無縫鋼管作為導向管，間距50 cm。安裝導向管時，應嚴格控制導向管的環向間距及縱向位置，經精確計算測量后焊接在鋼拱架上固定，防止導向管在灌注混凝土時發生位移。安裝導向管時，為免管棚鉆機鉆孔侵入洞身開挖斷面，導向管縱向應與線路方向需一致，外插角角度為2°～3°，安裝導向管時需與端模抵緊，同時采取措施牢牢固定在端模上，以避免混凝土澆注時砂漿進入并堵塞導向管。

2.2.4 模板安裝

在進行套拱內外模均采用5 cm木板，木模板之間通過對拉鋼筋連接。為確保凝土澆注過程中支撐系統穩定，木模板與鋼拱架之間采用扒釘或鋼釘連接牢固，木模板間連接采用加背撐方式進行加固。模板與混凝土接觸面需涂刷脫模劑，并對模與模之間的夾縫縫嚴，保證不漏漿。

2.2.5 混凝土澆筑

（1）在進行套拱混凝土澆筑前，需再次對導向管、模板進行檢查，套拱澆筑采用C25混凝土，厚60 cm，澆筑順序為自拱腳兩側對稱澆筑，直至拱頂，以避免鋼拱架變形而影響孔口導向管的方向。

（2）混凝土的澆筑嚴格遵守混凝土規程辦理，在施工過程中，為保證混凝土的密實性，應及時振搗，振搗時要求振搗棒垂直插入，搗固棒移動間距不大于有效振動作業半徑的1.5倍，振搗過程中振搗棒嚴禁與鋼筋、預埋件等接觸，混凝土需振搗至表面不再冒出氣泡、不再下沉且均勻泛漿為止。振搗過程中設專人觀測導向管的位置是否有移動，如出現移動應立即停止振搗，并對導向管位置進行校正。

（3）混凝土施工完畢后，待混凝土強度達到設計強度的70%后方可拆模，拆模后應及時養護。套拱施工完成后，噴射混凝土封閉周圍仰坡面，以防止漿液從周圍仰坡滲漏。

2.3 鉆孔

2.3.1 鉆機就位

根據鉆機自身高度確定臺階的開挖高度，挖至臺階底部時，形成管棚鉆機施作平臺。鉆機就位時根據施工放樣準確位置安裝和固定鉆機，并嚴格進行機位調整。鉆孔采用管棚鉆機進行，鉆機入孔的方位角及傾角必須根據測量數據嚴格控制，保證打入管棚角度符合要求，鉆桿前端準確就位于測量放樣點位，鉆機后端根據三維坐標測量數據嚴格調整水平分角和豎直分角，保證鉆孔角度符合要求。鉆孔角度可根據地質條件和鉆孔情況作適當調整，并隨時用測斜儀量測角度和鉆進方向。

2.3.2 鉆進施工

鉆機開鉆時，采用低速慢進，鉆進過程中仔細觀察鉆桿與導向孔壁的摩擦情況，以確定鉆桿前進方向，待孔鉆進約2 m后，即可均勻加速鉆孔。鉆進過程中不斷向孔內吹入高壓風，將孔內鉆渣排出孔外。鉆進時要隨著地質的不斷變化，相應地調整鉆進參數，以保證精度。鉆孔到設計深度后，退出鉆桿，用高壓風吹孔，清除孔里面的鉆渣。

2.4 大管棚安裝

2.4.1 管棚的加工

本工程大管棚采用直徑為108 mm，壁厚為8 mm的熱軋無縫鋼管，管棚鋼管節分成長3 m和6 m兩種。鋼管前端呈尖錐狀，管壁四周鉆16 mm注漿孔，孔間距20 cm，呈梅花型布置，尾部焊有加筋箍且2.4 m范圍內不鉆孔。管棚采用人工配合機械頂進安裝，逐節接長，用30 cm長90×5 mm的鋼管作為接長管節的接頭鋼管，并外留2 cm空隙進行滿焊連接，大管棚示意圖如圖1所示。

2.4.2 管棚頂進

下管前要先對每個鉆孔的鋼管進行配管和編號，下管時按照編號分段施工。管棚安裝前，用高壓風對孔內進行掃孔、清孔，對棚管進行質量檢查，并清除干凈管材內的鐵屑、銹皮等雜物。根據快速施工的要求，本工程采用挖掘機在人工配合下頂進鋼管。頂進時，采用6 m或3 m節長的管節交替使用，以保證同一橫斷面內的接頭數≤50%，鋼管頂端必須打入圍巖2 m以上。

2.4.3 孔口封堵

在鋼管內插入注漿管和排氣管，排氣管要深入孔底。對預留的管口進行保護后，對孔口空隙進行封堵和施作掌子面噴射混凝土止漿墻。鋼管與導向管間隙用速凝水泥或其他材料堵塞，管口用麻絲和錨固劑封堵，堵塞時設置進漿孔和排氣孔。封閉鋼管尾部，后用環形楔環頂緊，最后用電焊將楔形環焊接在管棚上。

2.5 注漿

2.5.1 漿液配制

水泥漿液攪拌在臥式攪拌機內進行，本工程漿液采用水灰比為1∶1的水泥漿液，根據拌和機容量大小，嚴格按要求投料;配制漿液時，要注意加料順序和速度，注漿過程中不停攪拌漿液。漿液隨配隨用，要有良好的流動性、可注性，拌好的漿液在進入貯漿槽及注漿泵之前均應被過濾。

2.5.2 注漿施工

（1）注漿前在洞口管棚起點套拱襯砌內輪廓線和外輪廓線處噴射一層混凝土作為止漿墻，對掌子面進行封閉，防止注漿時漏漿。注漿前用高壓風對管棚鋼管進行吹洗，防止雜物堵塞注漿孔。注漿前先檢查管路暢通和機械運轉狀況，確認機械正常后進行漿液各項檢驗指標試驗，確定合理的注漿參數。

（2）本工程采用1臺BW-250/50型注漿泵注漿，注漿順序為先低孔后高孔，先無水孔后有水孔，可從拱腳起向隧道拱頂鋼管方向推進。注漿采用分段注漿，漿液先稀后濃，注漿速度一般由快到慢，初壓為0.5～1.0 MPa，終壓為5.0 MPa，注意控制注漿量，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。注漿時，注意檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象，發生串漿時要及時堵塞串漿孔。

（3）注漿結束后及時封閉止漿閥，先對鋼管進行清孔，清孔完畢后立即用M30水泥砂漿充填鋼管，注漿管口埋入砂漿深度≥30 cm，以增加鋼管強度。

2.6 施工效果

本工程采取相應施工控制措施，大管棚施工精度高，相應地加快了施工進度，有效地控制地表下沉，減少了超挖與回填量及施工時間，提高了工效，取得了較好的社會和經濟效益。

3 結語

總之，隧道大管棚超前支護施工條件復雜，施工工序繁瑣，施工質量要求高，因此，在工程施工過程中，應該結合工程項目實際情況，合理地制定工程施工方案，加強對施工質量控制，確保施工質量和施工安全，保證隧道的建設質量以及社會和經濟效益的實現。

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收稿日期：2020-05-08