管棚超前導(dǎo)管精確導(dǎo)向施工控制技術(shù)研究

潘嘉誠 劉 明 方維龍

中交路橋南方工程有限公司 北京 100000

大慶至廣州高速公路南康至龍南段擴容工程C7標(biāo)段的馬槽仔隧道，起止樁號為K124+475～K126+320，長度為1845m，隧道內(nèi)輪廓總寬15.6m，內(nèi)輪總高10.0m，凈空斷面積102.6m2，屬公路長隧道。隧道軸線走向大致為北至南走向，隧道橫斷面為雙向橫坡2%，隧道進(jìn)洞口和出洞口的縱坡分別為2.5%和-1.5%，進(jìn)出洞口洞門形式均為端墻式，且進(jìn)洞口和出洞口分別位于沖溝右側(cè)和左側(cè)的山腰，山體坡度較緩、巖土體整體性較差。受連續(xù)降雨和洞口土體穩(wěn)定性差等因素影響，在隧道進(jìn)口處出現(xiàn)了較大規(guī)模的滑坡病害，大幅提升了隧道工程的進(jìn)洞施工的難度。

從物理力學(xué)指標(biāo)以及依托工程圍巖實際情況來看，研究項目地質(zhì)環(huán)境相對于完整巖石隧道或其它破碎巖層隧道具有一定的特殊性。主要體現(xiàn)在：洞口段頂部為松散結(jié)構(gòu)的含粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化泥灰?guī)r；地下水活動較強，局部存在高揚程的承壓水；松散滑坡體影響范圍超過100mm，并已封閉隧道洞口段。上述工程問題的存在必然會對工程施工時的變形控制、穩(wěn)定性控制、安全問題以及現(xiàn)場施工組織產(chǎn)生不利影響，并會嚴(yán)重影響工程的建設(shè)進(jìn)度和質(zhì)量，以及工程施工的安全性。對此工程建設(shè)過程中，先后出現(xiàn)了兩次邊坡滑坡問題。

通過第三方測斜結(jié)果，該邊坡的最大滑移深度為約15m；滑坡體的最大長度約48m，滑動方向發(fā)展主軸最大直徑65m，總滑坡體面積約250m2，體積約30000m3。滑動面剪出口位于土層和巖層的交界面附近，并局部切入全風(fēng)化頁巖石。依據(jù)滑坡體量大小判斷，該滑坡屬中型土質(zhì)滑坡。滑坡幾何形態(tài)特征如圖1所示。

圖1 隧道洞口厚滑坡土體滑坡照片

針對松散地質(zhì)條件下，管棚超前支護(hù)施工技術(shù)，學(xué)者和工程技術(shù)人員進(jìn)行了有針對性的研究，如冀曉偉[1]、衛(wèi)敏[2]等對隧道超前支護(hù)效應(yīng)方案進(jìn)行了分析研究；羅文[3]、王巖[4]、李成[5]、周劉剛[6]等深入研究了隧道超前導(dǎo)管的支護(hù)施工技術(shù)；吳旦[7]、鐘德祥[8]、趙培[9]、王新明[10]、苑俊廷[11]等對超前導(dǎo)管在隧道中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

分析表明，管棚及超前導(dǎo)管已在公路隧道工程中得到了較為廣泛的 ，現(xiàn)有研究成果在適宜的工況下取得了較好的工程建設(shè)效果。然而，考慮到依托工程本身的特殊地質(zhì)環(huán)境和建造環(huán)境，在工程研究過程中，亟需對隧道超前支護(hù)結(jié)構(gòu)以及管棚超前導(dǎo)管精確導(dǎo)向技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。同時，現(xiàn)有工程措施和技術(shù)成果中，尚存在鉆孔作業(yè)平臺支設(shè)困難、導(dǎo)管插設(shè)定位準(zhǔn)確度低、導(dǎo)管注漿變異性大等問題。鑒于此，為彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，文章以馬槽仔隧道洞口管棚超前支護(hù)工程為對象心，對管棚超前導(dǎo)管精確導(dǎo)向施工控制技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 工程技術(shù)問題及施工難點

1.1 支架搭設(shè)施工效率低

支架搭設(shè)是管棚導(dǎo)管施工的重要環(huán)節(jié)，其搭設(shè)質(zhì)量不僅會影響導(dǎo)管引孔質(zhì)量，而且會對導(dǎo)管鉆設(shè)施工效率和安全性產(chǎn)生較大影響。常規(guī)管棚施工支架以鋼管滿堂支架為主，現(xiàn)場搭設(shè)需要大量的人工作業(yè)量、搭設(shè)施工工效低，且節(jié)點連接質(zhì)量、支架穩(wěn)定性常難保證，支架結(jié)構(gòu)體系的重復(fù)利用率較低。

1.2 導(dǎo)管鉆設(shè)施工質(zhì)量不易控制

導(dǎo)管鉆設(shè)施工通常包括鉆機定位、鉆孔鉆進(jìn)、鉆孔清渣和導(dǎo)管插設(shè)等工序，在現(xiàn)場施工時，鉆孔施工常需要依靠鉆機工人的技術(shù)熟練程度，其鉆孔位置和傾斜角度控制精度常難保證，同時，由于鉆孔施工會對孔周土體造成擾動，容易發(fā)生坍孔、卡鉆、鉆機移位等現(xiàn)象，導(dǎo)致導(dǎo)管鉆設(shè)施工質(zhì)量不易控制。

1.3 套管更換施工難度大

管棚超前導(dǎo)管施工技術(shù)中，管棚鋼管安裝過程中常需借助外部機械進(jìn)行輔助作業(yè)，為保證導(dǎo)管定位精度，在導(dǎo)管安裝過程中必須保證鋼管的軸線與鉆孔保持一致，使得套管更換施工難度大，定位的準(zhǔn)確度低。

2 施工結(jié)構(gòu)改善設(shè)計及特點分析

2.1 改善設(shè)計

基于馬槽仔隧道洞口管棚超前支護(hù)工程實際情況，結(jié)合管棚超前導(dǎo)管施工技術(shù)現(xiàn)狀，對現(xiàn)場施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，圖2是裝配式平臺導(dǎo)管導(dǎo)向插設(shè)裝置示意圖，圖3上 雙向控位導(dǎo)管驅(qū)動桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 裝配式平臺導(dǎo)管導(dǎo)向插設(shè)裝置示意圖

圖3 雙向控位導(dǎo)管驅(qū)動桿結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 超前小導(dǎo)管施工工藝流程圖

（1）在隧道洞周土體內(nèi)預(yù)設(shè)洞口套拱，并在洞周土體上設(shè)置由支架底板、支架撐桿、支架撐墩和支架平臺板組合形成的支撐平臺；支架撐墩采用鋼板或型鋼軋制而成，其頂端通過可轉(zhuǎn)動的撐桿端鉸與支架撐桿連接，相鄰支架撐桿的傾斜角度可通過調(diào)整撐桿調(diào)節(jié)栓的長度進(jìn)行調(diào)整。

（2）在支架平臺板上鋪設(shè)第二滑槽及第一滑槽，并將第一滑槽置于第二滑槽的縱向滑移槽道內(nèi)，依次通過第一控位體控制第一滑板在第一滑槽內(nèi)的位置；通過第二控位體控制第二控位連板在第二滑槽內(nèi)的位置，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動箍板及導(dǎo)向驅(qū)動桿的橫向位置和縱向位置。

（3）將導(dǎo)管驅(qū)動桿置于固定箍板上，并使導(dǎo)管驅(qū)動桿的一端與引孔鉆機連接，另一端與插入導(dǎo)管連接，通過引孔鉆機進(jìn)行插入導(dǎo)管的現(xiàn)場插設(shè)施工。

（4）接管施工時，先解除導(dǎo)管驅(qū)動桿與插入導(dǎo)管的連接，再通過耳板緊固栓將鏡像相對的箍板耳板連接牢固，然后分別通過第一控位體和第二控位體調(diào)整導(dǎo)管驅(qū)動桿的平面位置。

2.2 特點分析

（1）管棚導(dǎo)管導(dǎo)向插設(shè)裝置通過撐桿調(diào)節(jié)栓調(diào)整支架撐桿的傾斜角度，進(jìn)而改變支架平臺板的高度，降低施工支架平臺的搭設(shè)難度。

（2）管棚導(dǎo)管導(dǎo)向插設(shè)裝置通過第一控位體和第二控位體調(diào)整導(dǎo)管驅(qū)動桿的平面位置，減小接管施工時人工移管的工作量，提高連接定位的準(zhǔn)確度。

3 導(dǎo)管插設(shè)施工

3.1 導(dǎo)管插設(shè)施工工藝流程

3.2 超前導(dǎo)管插設(shè)施工

（1）小導(dǎo)管安設(shè)

①小導(dǎo)管的安設(shè)應(yīng)采用引孔頂入法，采用氣腿式風(fēng)鉆引孔，鉆頭直徑100mm，成孔直徑108-112mm；鉆孔施工完成后，及時向孔洞內(nèi)插設(shè)套管，避免相鄰孔鉆孔時塌孔。

②小導(dǎo)管與工字鋼做好搭接，封堵導(dǎo)管周圍，安裝孔口閥門。

③插入小導(dǎo)管之后，管端外露20cm，以安裝注漿管路。

（2）注漿漿液配制

①小導(dǎo)管注漿液采用水泥凈漿，當(dāng)孔洞內(nèi)存在水體時，可摻入一定比例的水玻璃調(diào)節(jié)凝結(jié)時間；小導(dǎo)管注漿的水灰比1.0:1.0，注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，緩凝劑摻量根據(jù)所需凝膠時間而定,一般控制在水泥用量的2%～3%。

②水泥漿攪拌在拌合機內(nèi)進(jìn)行，在加水的同時將緩凝劑一并加入拌合機內(nèi)并攪拌,待水量加夠后繼續(xù)攪拌1分鐘，最后將水泥投入并攪拌3分鐘。

③制備水泥漿時，應(yīng)嚴(yán)格控制拌合時間，并通過濾網(wǎng)對投入物內(nèi)的雜物進(jìn)行控制，避免水泥包裝紙及其它雜物混入。

（3）注漿

注漿順序為由上至下、由拱頂至拱腳對稱施工。壓漿過程中要嚴(yán)格控制注漿施工壓力，若出現(xiàn)注漿孔泄?jié){不暢，被迫提前停止時，須適當(dāng)增加臨近孔洞的補漿壓力。注漿時出現(xiàn)孔漿串漿問題，可采用跳孔方式進(jìn)行注漿。

（4）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

①當(dāng)注漿壓力逐漸提升時，當(dāng)達(dá)到設(shè)計終壓（1.0MPa）后，應(yīng)繼續(xù)注漿10min以上，方可結(jié)束注漿；

②根據(jù)測試確定的鉆孔內(nèi)注入量，與設(shè)計的注入量進(jìn)行比較，如注入量與設(shè)計計算量大致相近，且進(jìn)漿量為20-30L/min，可結(jié)束注漿。

3.3 施工注意事項

（1）導(dǎo)管插設(shè)的角度和位置應(yīng)根據(jù)隧道開挖開挖輪廓線確定，鉆孔的孔位偏差不得大于10cm，角度偏差不得大于3°。

（2）導(dǎo)管鋼管每根實際打入長度不得小于原設(shè)計的導(dǎo)管長度，否則應(yīng)進(jìn)行補管施工。

（3）當(dāng)導(dǎo)管的水泥漿注漿壓力突然升高時，應(yīng)核實施工機械及導(dǎo)管是否發(fā)生堵塞問題，清除故障后繼續(xù)進(jìn)行注漿；若注漿壓力在注漿過程中逐漸提升，且超過1.5MPa，則應(yīng)調(diào)整漿液的水灰比。

（4）注漿前需對注漿機械、管路、接頭等等性能進(jìn)行檢查，確保管路暢通，機械工作性能良好。

（5）注漿結(jié)束后要及時對管路、閥門及注漿泵體進(jìn)行清洗，確保無殘留的漿體，管路暢通。

（6）管棚所有注漿導(dǎo)管均注漿完成后，要對注漿效果、漿液飽和度、注漿范圍等進(jìn)行檢測評價，不合格者應(yīng)及時補充注漿或重新施作注漿導(dǎo)管。

4 結(jié)論

受諸多不確定性因素影響，管棚超前導(dǎo)管施工的質(zhì)量和工期一直是工程施工控制的難點。文章針對管棚結(jié)構(gòu)施工的難點問題，進(jìn)行了有針對性的技術(shù)研究，得到了以下結(jié)論：

（1）基于管棚超前導(dǎo)管精確導(dǎo)向施工的技術(shù)難點，提出了一種管棚導(dǎo)管導(dǎo)向插設(shè)裝置，并闡明了管棚導(dǎo)管導(dǎo)向插設(shè)裝置的特點。

（2）結(jié)合依托工程中管棚超前導(dǎo)管的施工工況，結(jié)合研究提出的管棚導(dǎo)管導(dǎo)向插設(shè)裝置，形成了管棚超前導(dǎo)管精確導(dǎo)向?qū)Ч茏{技術(shù)，闡明了管棚超前導(dǎo)管精確導(dǎo)向?qū)Ч茏{技術(shù)施工控制要點。