隧道超前支護大管棚中施工技術難點探討

□ 鐘榮深

1 引言

管棚是隧道超前支護形式中極為常見的一種。隧道洞口部分一般存在圍巖差、表層土淺埋現象，通常采用管棚支護以有效減少圍巖體的沉降，有利隧道進洞。在隧道開挖輪廓線外打設超前支護大管棚，開挖過程中形成棚架體系，共同承載上部負荷，限制上部圍巖變形，保證隧道開挖和已有設施的安全。所以，掌握管棚施工的技術難點，控制好管棚施工各項指標，是隧道得以安全施工的前期保證[1]。

2 隧道超前支護大管棚中施工技術難點分析

一般情況下，對于隧道管棚結構采用無縫鋼管，管內填充水泥漿液。對于地質條件差且淺埋隧道的項目，可加大無縫管直徑，管內設鋼筋籠及漿液填充以增強管棚剛度。但大管棚的人員、材料、機械上的配置都比較高，施工難度也較大[2]。

2.1 人員方面配備不足，作業班組缺乏經驗

通常而言，管棚打設的方法是先使用鉆機，通過鉆桿以及鉆頭等部位打設比管棚管更大的孔洞，然后撤出鉆桿以及鉆頭，再把管棚管送入已經打好的孔洞當中。但是有一些施工團隊由于人員方面的配備不足，導致施工班組缺乏一定的施工實操經驗，因此在比較松散或者軟弱的地層上面打孔時不太容易成孔。當施工班組對此問題缺乏經驗的時候，就會為了能夠更好地施工而在安裝無縫管時，不斷地對成孔進行清孔，這種方式對地層造成較大的擾動，很容易導致日后事故的發生，尤其是對于一些含水的地層，如果不及時采取特殊的措施，很容易導致在管棚施工的過程當中出現水土流失，產生事故，所以提升工作人員的施工能力，增強工作團隊的經驗是非常重要的[3]。

2.2 材料方面把控不嚴謹

如今，我國的交通事業發展非常迅速，隧道工程的建設項目越來越多，在建設的時候很容易受到一些復雜地質的影響，包括地理參數、地下水和斷層等因素，對開挖支護也提出了更高的要求。隧道超前支護大管棚由于無縫管自身厚度充足，通過水泥加固，并且結合高強度的鋼筋，可以使隧道的拱部形成一個傘狀的鋼筋棚，其抗剪能力較強，能有效承載上半部分的土體的荷載，可以為隧道的安全施工提供更好的支撐。同時也能解決因隧道開發而導致的沉降或變形的問題，這對于比較軟弱或淺埋的土體而言可以很好地完成施工，因此在工程中使用非常廣泛。

由于大管棚超前施工的環節非常多，而且整體的施工工藝比較復雜，對現場的施工作業管理也提出更加嚴格的規范要求。但一些團隊在這方面施工的過程當中缺乏相應的組織以及規范、標準，因而當材料和各方面細小的組織被運到施工場地的時候，缺少相應的工作人員對材料進行把控及逐個核查，所以在施工過程當中，很容易因材料的不合格而導致整體工程受到影響，最終釀成比較大的事故[4]。

3 隧道超前支護大管棚中施工技術具體應用分析

3.1 工程簡介

大管棚設置于廈門東孚北路項目東瑤隧道下穿海翔大道段，全長80m。隧道洞身及洞頂以上8m范圍內，主要由路面結構層、素填土、淤泥混砂、粉質黏土、粗砂、礫卵石、殘積土構成，洞頂及洞身圍巖屬Ⅴ級～Ⅵ級，綜合按Ⅵ級考慮，拱頂圍巖極易坍塌、變形，處理不當會產生大坍塌，側壁會失去穩定。結合地形、地質情況確定大管棚支護整段隧道，并通過注漿提高圍巖自身承載能力，提高巖體對結構的彈性抗力，改善結構受力條件。下穿海翔大道兩端分別施作大管棚，采用Φ159×8mm熱軋無縫鋼管，環向間距30cm，并在鋼管內增設鋼筋籠；接頭采用長15cm的絲扣直接對口連接，為增強鋼管的剛度，注漿完成后管內應以M30水泥砂漿填充[5]。

3.2 工藝控制施工

3.2.1 作業平臺搭設

鉆機設備使用RCG300型鉆機（功率155kW，最大扭矩達12000kN），該機型有利帶動45m鉆桿，且能有效穿過砂層等復雜地質。該機型重量大，扭矩大，需采用型鋼搭設鉆孔平臺。先將場地硬化，鋼構平臺底座采用18#型鋼，置放于硬化場地上，橫、豎梁采用16#型鋼，通過螺栓連接。平臺高度達6m，設置剪力桿增加平臺的整體性，并設上、中兩道斜撐防止作業平臺傾覆。本次管棚鉆孔深度深、孔徑大，地質情況產生的阻力大，搭設一個剛度強、穩固性好的作業平臺是管棚順利施工的前期保障。

3.2.2 鉆孔及無縫管安裝

在平臺安裝完畢之后就位鉆機設備，需要使用全站儀掛線以及鉆桿等進行結合，確保鉆機的位置是足夠的、準確的，且鉆機、鉆桿以及軸線和孔口的位置是一致的，并需要將鉆機牢牢地固定在鉆機平臺上面。鉆孔作業一般是按照從兩側開始，不斷地自下而上進行間隔式的施工作業，首先進行奇數孔施工，然后再完成偶數孔的施工。完成一個鉆孔之后，需要及時地使用管棚鉆機頂進鋼管。在鉆孔的時候，如果出現了塌孔以及卡鉆的情況，可及時補注水泥漿或膨潤土漿液，起到潤滑鉆頭支護孔壁的作用。在第一節鉆桿內安裝導向儀，該儀器能監測鉆進過程中的水平角度，并使用三角楔塊鉆頭用于糾偏鉆孔角度，角度偏差數據來自第一節鉆桿內的導向儀。同時記錄鉆孔過程的地質情況，以此作為地質資料指導后期的隧道洞身的開挖。在完成鉆孔之后，需要使用鉆機來對其進行反復地清掃，以便于清除孔內的一些浮渣，重點保證孔徑以及孔深能夠符合具體的施工需求，之后使用高壓風從孔底一直向孔口進行吹掃，確?？變雀蓛鬧6]。

3.2.3 洞口管棚施工

在本次工程當中，首先在施工之前在端頭進行破樁與開孔，使用合金開孔，借助鉆頭完成破樁開孔，然后架設管棚機，通過已經開孔的洞口進行管棚施工。管棚的具體施工長度為108m，在一端完成施工，中間無任何搭界，斷面在150°～180°的范圍之內，施工的長度為每根108m，累計長度約為20000m，相鄰孔間距為350mm，管棚在隧道離開挖線30m外的范圍內進行環向布設，所用鋼管為無縫鋼管，壁厚為8mm，每節鋼管的兩端各加設一公一母絲扣，絲扣螺紋的長度為6cm。本工程設計在隧道開挖輪廓線外打設雙排超前支護，大管棚在開發的時候會形成一個棚架體系，共同承載上部的負荷，限制上半部分的變形，保證隧道的開挖和已有設施的安全。在管棚施工的過程當中，對方向也須進行控制，施工時用管棚代替鉆桿。用最前端加裝導向鉆頭，后續管棚在施工時使用絲扣連接，采取水平定向的鉆機一次打入土體，在鉆進的時候依據導向鉆頭的定位，再利用傳感器的信號對鉆進的角度進行調節，才能夠讓管棚按照設計軌跡鉆入。

3.2.4 孔口封閉及注漿

在管棚安裝完畢之后需要進行注漿處理，利用漿液的滲透，把周圍的巖體預先加固，圍堵巖縫的隙水，進而起到超前支護的作用，同時也能夠增強管棚的剛度。在注漿的時候使用水泥注漿，若地下水豐富也可以使用水泥玻璃雙液漿，水泥漿的水灰比為1∶1，漿液的擴散半徑不能小于0.5m，且注漿時應提前在現場進行實驗，根據實際的施工情況調整注漿的參數獲取注漿經驗。可依據具體的情況采取單孔隨打隨注，或者是施工局部完成之后分區注漿，或是管棚施工全部完成之后進行注漿。操作時，先用水泥和水玻璃堵住管口跟斷面墻之間的縫隙，并在水泥當中插入排氣放壓的小導管。使帶有閥門的盲板焊接到管棚鋼管的尾端，泥漿泵接頭接在閥門上就可以完成注漿。需要注意的一點是，所有的施工過程以及施工的資料都需要交由甲方簽字[7]。

4 結語

超前支護大管棚施工技術能夠有效改善土壤比較蓬松易破的物理學性質，而且在施工的過程當應控制好每道工序的節奏，因此在隧道工程支護當中的應用比較廣泛。在施工的時候，工作人員需要按照相關的施工規定以及施工技術規范的要求，對于現場進行更好的管理，做好施工工序之間的連接，確保隧道超前支護大管棚施工的質量，保證整體的支護穩定度，提高施工的安全系數。