暗挖隧洞鎖扣管幕施工技術

唐維維

（中鐵十二局集團國際工程有限公司，天津 300000）

0 引言

管幕法已經成為當下暗挖施工中最安全、最可靠的方法之一，主要是通過大量鋼管之間的咬合建立起鋼管帷幕，之后將其設置到地下形成防護之后再進行隧洞開挖。管幕可以制作成多種不同形狀（半圓型、圓型、門字型、口字型等）以便滿足實際需要，通過鎖扣使得不同管之間有效鎖死，進一步提升整體結構的支護強度，同時可以避免出現滲水問題。此種方法應用非常廣泛，特別是對于地質條件較為復雜，對于地面沉降具有較高要求的隧洞開挖情況非常適用。管幕施工主要采取的是暗挖模式，不會產生較大的振動、噪聲等問題，對于環境影響較小，同時其整體造價較低。

1 工程概況

某區域干渠里程為D7+225—D7+350，此干渠與當地最主要的天然氣管線存在交叉情況，通過驗證設定交叉區域的燃氣管道壓力為10MPa，整體長度設定為1158m。這些區域地勢相對平緩，為了最大程度保障天然氣管道的安全性，在管道和該干渠交叉處設置下穿的鋼筋混凝土箱涵。此干渠的整體結構主要采用的是C40 混凝土進行澆筑，能夠實現非常強的抗滲以及抗凍性能。該干渠主要采取的是框架箱涵結構，隧道所穿區域表層存在2.5~7m 的覆土層，包括多種不同類型的土質，如雜填土、坡積粉質黏土、全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖等，地下水位存在較大波動，在進行較大斷面隧洞開挖過程中存在著塌方、地表較大沉降的問題，存在較大的施工難點。

2 暗挖隧洞鎖扣管幕施工流程與參數

2.1 施工流程

鎖扣管幕施工會根據實際情況設定相應流程，但是總體來說主要按照如下流程進行：管幕基坑開挖→管幕頂進施工→管幕撤離→管內灌漿→管棚基坑開挖→管棚頂進施工→管棚灌漿填充→驗收合格→箱涵頂進。

2.2 該案例工程施工參數指標

此管幕施工技術指標具體如表1 所示。

表1 管幕施工相應技術指標

按照此工程規模，所設定的管幕基坑的縱向長度要在16m 以上，并且基坑的橫向寬度要相對側面管幕中心向外擴展2m 以上，為了能夠對材料以及吊車等設備進行存放，要在基坑后部挖出15m 以上的作業平臺，同時要對管幕基坑順著軸線進一步向外擴展，確保其能夠和燃氣管線成90°角度，和箱涵結構成45°角度。

3 施工技術要點

3.1 鎖扣管幕施工

為了滿足暗挖隧洞施工中支護等方面標準，在進行管幕施工時主要采取的方式為：采用液壓的方式對鋼管進行頂入，內部采取螺旋的方式將土體帶出。實際操作時往往要將管幕鋼管作為套管，同時為了有效推動土體需要在套管內部設置螺旋鉆桿。首先要按照實際需求進行鎖扣的制作并將其牢牢焊接到平臺設定位置，然后進行管幕鋼管的切割，同時參照公母扣方向設置角鐵組成合適的扣型，可以通過間斷焊（焊接長度300mm）的焊接方式將角鐵和鋼管牢固連接。需要注意的是，為了防止造成鋼管變形，焊接時控制連續焊縫長度＜500mm。此種管幕施工方式主要是建立在管排鋪設基礎上，確保所有的鋼管共同進行頂進來完成管幕施工[1]。該工程進行施工時涉及不同的土層（粉質黏土、素填土、中粗砂層等），為了確保鉆進的準確性，鉆進施工時通過激光、傳感器等方式來進行頂進角度、導向精度方面的測量和控制，針對不同土層采取不同的施工方式。要充分利用完成鉆進的孔位來對管排位置進行控制，防止其發生過度偏移問題，最大程度確保其施工精度。

3.2 管幕孔施工內容

要參照孔的具體施工參數來確定所用管頭形式，并且要對入孔的軸線、傾角等調整到合適位置之后進行測量管的安裝。一般情況下要將管頭的公鎖扣插入標準管母鎖扣30cm 之后對于入孔傾角、軸線等進行必要檢驗，確保其沒有發生變化后進行鋼管頂進，保證頂進深度符合設計指標要求之后將螺旋鉆進行回撥，再次對其實施測量，確保其符合標準。一旦發生較大偏差，可以通過楔形板鉆頭來對管幕實施調差，具體操作時主要是將楔形板鉆頭設置在螺旋鉆頂部，按照實際測量結果對管幕方向進行調整，通過推動頂部鋼管來促進楔形板鉆頭的移動，由于楔形板存在不對稱面就會造成鋼管移動方向轉變，從而回到正確位置[2]。

3.3 進行管口的封閉、管內的填充處理

（1）管口封閉處理。完成管幕鋼管的頂進后，必須立即對管口進行封閉處理。這是為了確保管口位置和鋼管外部縫隙等完全密封，防止泥水等物質進入管內。封閉管口的方法有多種，可以使用木塞、鋼板或橡膠墊等材料進行密封。在封閉管口時，要特別注意焊接質量，確保焊縫飽滿、均勻，避免出現漏焊或虛焊等現象。同時，對管口進行加固處理也是必要的，可以通過筋板等材料進行加固，提高管口的穩定性和耐久性。這一步驟是管幕施工中的重要環節，必須嚴格控制，確保施工質量。

（2）管內的填充處理。主要是通過C35 混凝土對管內進行填充，要通過泵車進行混凝土灌注，接收位置要及時進行排氣，確保混凝土的充盈系數≥0.95%。為了避免空氣影響混凝土灌注，注漿時要按照從底向上的順序進行，對于注漿壓力、材料等關鍵內容進行嚴控，確保其粘接力和早期強度。

3.4 涌水控制

對于暗挖隧洞管幕施工來說，最容易出現的問題就在于基坑涌水，為了防止產生該問題，需要對止水帷幕進行適度加深，要確保其能夠穿過粉砂層，這樣就能夠防止外部水體滲入基坑當中。除此之外，要通過設置排水溝、擋水墻等不同的設施進一步加強基坑的抗滲性能，同時也要進一步提升排水性能，一定要確保所用的排水設備性能指標能夠達到實際排水需要。若是基坑的涌水量過大要馬上暫停施工，立即將人員、設備撤離并通過相關設施（碎石、砂袋等）對其進行回填，及時確定原因并采取措施之后才可進行開挖。

若是基坑產生了涌水的問題，要及時通過“雙液注漿”的方式來對其實施封堵，實際操作時要通過壓漿泵來對主劑、固化劑等壓入混合，確保其均勻性，之后將其灌入相應位置實施封堵。主劑、固化劑兩者混合之后會快速發生凝固，所以一定要有效控制兩者用量，保證有效封堵。

3.5 沉降方面的控制

沉降控制是保證施工有效性的基礎，在進行鎖扣管幕施工時往往要對實際注漿量進行動態監控，以便利用鎖扣側邊注漿小導管及時對其進行優化調整。一旦監測到既有建筑物發生相應沉降，那么可以利用小導管完成補償注漿操作，控制持續沉降的發生；若是監測到小導管注漿無法有效避免建筑物沉降，要馬上暫停管幕施工，同時要第一時間對于完成施工的鋼管和小導管實施全面注漿填充，只有確保沉降數據保持穩定之后才能夠進行后續的管幕施工。正式進行管幕施工前需要加強地表以及構筑物方面的監控，要加強對沉降方面的監控，建立起完善的預警機制，一旦沉降情況超出標準就要馬上進行補漿處理。實際操作時一定要特別關注頂進速度方面的控制，避免鉆頭探出到管外部，一旦產生沉降超標問題需要馬上實施應急方案[3]。

3.6 進行嚴格的施工監控

（1）加強水位平衡方面的監控。要在注漿導管內部牢牢固定軟管以便對水位進行測量，在進行管幕施工時要持續不斷地向連通管通入液體，確保其可以從出口位置流出。進行水位測量時要將進液閥門關閉，因為連通管的入、出口具有同樣的液位，所以能夠對管頭、管口高差進行讀取。

（2）鋼管管頭運行軌跡的監控。為確保鋼管管頭的正確安裝和運行，需要定期對鋼管管頭進行檢查和維護。在檢查過程中，需要注意管頭的磨損情況、連接處的緊固情況以及防腐層的完好程度。如果發現有任何問題，需要及時進行維修或更換。為了提高鋼管管頭的安全性和可靠性，還可以采用一些技術手段來監控其運行軌跡。例如，可以在管幕螺旋鉆具內部設置激光器、監控器等設備，通過監控器直接將激光照射軌跡顯示出來，以此來實時監測鋼管管頭的位置和運動軌跡。同時，還可以通過傳感器等設備監測管頭的溫度、壓力等參數，及時發現異常情況并采取相應的措施。

（3）進行不同類型數據的驗證。施工過程中可以充分結合不同類型測量（水位、激光等）來準確確定施工方向，能夠進一步縮短施工周期。一旦施工過程中出現偏差，可以通過激光測量等方式進行糾偏，有效提升施工速度。

4 鎖扣管幕施工技術的創新發展

4.1 可以通過數控切割焊接設備進行鎖扣鋼管的加工

鎖扣管幕施工中鎖扣是最為重要的部件之一，通過鎖扣的作用能夠使得不同管之間充分咬合，提升管幕整體的結構性和剛度，能夠更好的保障隧洞施工的安全性。鎖扣焊接質量情況在很大程度上影響著之后鋼管頂進的準確性，一旦鎖扣存在虛焊、假焊的情況，那么在鋼管頂進時受到多種摩擦力影響就會造成其脫焊，從而影響到鋼管頂進的準確性。為了進一步提升鋼管鎖扣的焊接質量以及生產效率，確保其發揮最大作用，可以通過相對簡便的雙用數控切割焊接設備進行鎖扣的加工生產，對鎖扣進行高質量焊接[4]。

此種焊接方式更多是發揮自動切割的功用，要在切割設備的主機上安裝氣體保護焊槍，利用數控編程等方式控制機身整體的運行速度，確保焊接的穩定性，進一步提升焊接質量和效率。首先要將鋼管、鎖扣角鋼安裝到臺座上，要按照公鎖、母鎖的區別來對鎖扣進行設置，分別將其焊接到上下齒條上，通過兩者的配合來調整焊槍的移動情況。利用數控面板來對主機的整體移動速度進行設定，完成參數調整之后可以順著臺座兩端導軌進行移動，進行鎖扣型鋼的完整焊接，能夠大幅提升焊接質量和效率。

4.2 進一步優化掌子面隔斷樁的開孔方式

為了準確控制鋼管的頂進程度，控制其頂進速度，需要設定標準孔（首根孔），能夠為后續操作提供參考。所以標準孔的頂進準確性是非常關鍵的，要通過激光等進行測量并進行糾偏。一旦標準孔位置設定準確就能夠有效確保之后孔位鋼管的準確性。對于暗挖隧洞來說，其土體通過水平旋噴樁進行了一定加固，因此在進行鉆孔時可以利用繩鋸對其實施整體切割，要按照從上到下的順序對鎖扣管幕實施撞擊。利用繩鋸切槽時最主要的是要處理穿繩鋸鏈條的問題，在隔斷樁之后更多是較強流塑性淤泥土，其容易受到水流影響而發生流動。要充分借助此種土質的特點，通過注漿機形成高壓水對其進行沖刷[5]。土層被侵蝕之后會形成相應孔洞，能夠使得不同部位的隔斷樁的鉆排孔之間相關貫通，更便于查驗水體、泥漿等的流動效果，以便及時進行應對，完成貫通之后就可以穿繩鋸鏈條進行后續工作。為了確保施工的安全性，可以對隔斷樁分成兩段完成切割，以此來減小風險。

4.3 采取雙管擠土頂進的方式

傳統的擠土主要采取的是單螺旋套管頂進的方式，主要是利用管幕鋼管當做套管，在其內部設置螺旋鉆桿（配置有相應的鉆頭）來進行工作。其中螺旋鉆桿、套管等部件的驅動力主要是通過管幕設備來進行提供。隨著管幕鋼管的持續頂進，螺旋鉆桿帶動鉆頭完成土層的切削，同時會將切削下來的渣土通過螺旋排出到管外部。通過此種方式往復循環完成全部孔的施工，最終會在開挖線之外建立起相應的管幕結構。由于該案例工程暗挖距離相對較短，所以采取單管螺旋的出土頂進方式來施工。但是受到所在區域土質粘性相對較大的影響，鋼管內螺旋鉆桿完成土質切削之后出土相對困難，即使鋼管頂到設定位置，渣土只能進入鋼管的一半。針對此問題，可以采取雙管擠土的頂進方式，具體操作如下：先要將首節鋼管前部實施封堵，并且在樁的前端設置鋼板等來降低頂進阻力影響，隨后鋼管利用公母扣進行成對安裝，然后完成整體的吊裝頂進操作，能夠有效提高施工效率。另外，兩管采取上下排列的方式，螺旋鉆桿設置在下部，只是進行頂管定位，無須完成出土操作，因此可以進一步確保精度。上部可以增加鋼管的規格，有效完成土體的推動。

5 結語

本文主要以某案例工程為例來對暗挖隧洞鎖扣管幕施工的相關技術內容進行相應闡述，由于隧洞管幕施工中存在著大量管線布設，施工過程中需要動態監測地表相關構筑物、水體等方面的變化，避免產生涌水、施工沉降等問題。針對此，需要進一步優化施工工藝，增強對施工現場的分析管控能力，對于可能的影響因素進行分析，采取針對性措施進行處理，不斷優化完善施工流程和技術措施，確保暗挖隧洞施工的質量、安全性。