管棚支撐結構在跨越隧道洞口暗河口的應用研究

作者簡介：李宏偉（1982—），碩士，高級工程師，主要從事高速公路的建設工作。

摘要：傲江隧道存在需要保護的暗河口，為了解決進洞施工需要，又不影響暗河水系循環，文章設計了一種管棚+工字鋼+鋼板砂石復合蓋板的新型臨時支撐結構，并結合實際案例情況介紹了其應用的設計形式、注意事項和取得的效果。研究證明，該結構具有架構簡單、施工速度快、穩定性強等特點，且部分材料可以回收利用，減少了成本支出，提高了經濟效益，對有暗河保護需要的隧道進洞作業有顯著的應用效果，可為今后類似工程提供施工參考。

關鍵詞：暗河；保護；管棚；支撐結構

0 引言

廣西西南地區巖溶發育，高速公路建設中經常在地表遇到有水的溶洞、溶溝、落水洞、地下暗河等，這種過水的暗河口一般是自然界重要地表水補給、徑流的通道，也是地方重要的水資源，雖然可以采取涵洞、橋跨、搭板等結構跨越進行保護，但是當暗河口緊貼著隧道洞口時，將給施工帶來極大的不便。鑒于此，本文結合案例，大膽將管棚支護體系改進為主要臨時支撐結構，作為隧道進洞的支撐平臺，取得了一定的實踐效果，旨在為今后類似項目提供一種解決思路。

1 工程概況

1.1 工程背景

傲江隧道位于天等縣龍茗鎮傲江屯附近，為雙洞小凈距短隧道。傲江隧道左線起止樁號為ZK127+283～ZK127+425，設計長度為142 m，最大埋深約94 m，地形陡峭，山體坡度約為75°～85°。洞口圍巖為Ⅴ級圍巖，主要為中風化灰巖，巖質堅硬，洞口段圍巖段巖體節理裂隙發育，順層為主。

進口端隧底有一暗河口，暗河口緊貼山腳，斜向下往出口方向發展，該段暗河溝渠極發育，暗河入口水面以上空間高約4 m，寬約8 m。暗河另一出口位于經村民擴展后兼做村民穿山的人行通道溶洞中，高約3～5 m，寬3 m，長約100 m，暗河長期有水流，深不見底，豐水期暴雨后該暗河出水量很大，淹沒周邊低洼處的旱地和農田。

1.2 工程難點

據地面地質調查及巖溶專項調繪報告，隧址區不良地質現象主要為巖溶及隧道出口左側的堆積體。隧道巖溶形態特征主要有石芽、溶溝（槽）、溶孔、溶隙、地下暗河、溶洞等。隧址區可溶巖地層巖溶發育強度等級以強烈發育為主。施工時應加強地質超前預報及地質雷達探底工作。

（1）隧道進、出洞口段均為Ⅴ級圍巖，開挖時易發生冒頂、坍塌等施工風險。

（2）隧道洞口段地面陡峭，洞室開挖后自穩能力較差，易出現圍巖大變形，塌方或冒頂等施工風險。

（3）隧道出口處附近約40 m為傲江屯民房區，數十戶居民位于洼地邊緣上，如從出口進洞施工，隧道開挖對傲江屯居民生活及對房屋質量的影響較為明顯，因此，只能從進口進洞。

（4）經調查，隧道進出口分布有暗河進出口、隧址臨近原村民用人行通道溶洞等溶蝕現象。暗河口為傲江屯村民水源點，有排洪灌溉的作用，施工期間應采取洞口環境保護措施，不能有大量落渣污染暗河，更不可隨意填埋。

2 解決思路

常規做法有以下幾點：

（1）考慮橋梁跨越，水量較大時還應增設泄水洞^[1]，橋梁跨越方法要求先施作橋梁，由于橋臺要嵌入山體，山體開挖成了一個較大的難題，且隧道工期難以控制，可見本方法難以實現。

（2）采用斜交正做的施工方法進洞，即從側面偏離暗河口、地質較好的位置拉槽放坡，槽道斜交于隧道軸線^[2]，對隧道成洞面前的洞口段山體開挖面進行坡面防護，按錨噴工序施工洞口邊仰坡的錨桿、鋼筋網、噴射混凝土，槽道成型以后再轉向正洞施工，但考慮坡度較陡，開挖風險較高，加上進洞準備周期較長，后期洞口永久工程跨越難度更大，該方法也不具有可行性。

此外，也考慮了采用水上作業的臨時支撐平臺結構，該結構包括橫梁、縱梁、斜撐、支腿、支座、連桿以及連接螺栓；橫梁和縱梁焊接形成支撐框架；支腿焊接在支撐框架的底部；斜撐的一端焊接在支腿的側部，斜撐的另一端焊接在橫梁或縱梁的底部^[3]。該方案相對簡單，工期容易控制，但前提是要在巖壁上開鑿支撐結構落腳的平臺，平臺開挖具有一定的難度，開挖中掉落的石渣很難收集，會污染和填埋暗河口，本方法也有一定的局限性。

因此，要想盡快施工，必須先最大限度地保護水源，不破壞環境，也不影響當地村民農業生產；作為進洞施工的臨時平臺結構，要盡量施工簡單、方便拆除、成本較低；結構必須安全可靠，要能滿足隧道施工期間各種荷載。

3 設計形式及施工方案

3.1 設計形式

方案采用臨時搭板跨過暗河口，搭板由管棚+工字鋼/鋼管立柱斜撐+鋼板砂石復合臨時蓋板組成，避免開挖洞口時，洞口落石進入暗河，造成暗河堵塞。總體方法是在路基段靠近暗河口位置增加擋墻，將擋墻作為平臺，再穿過擋墻打設?108 mm×6 mm管棚，管棚長度為18 m，嵌入山體6 m以上，接下來在凈跨10 m以上范圍的管棚底間隔0.4 m焊接Ⅰ22a工字鋼作為支撐牛腿。最后，在管棚頂橫向0.5 m設置一道Ⅰ14工字鋼作為分配梁，分配梁頂設置8 mm厚鋼板，形成臨時搭板。如圖1所示。

3.2 施工方案

（1）擋墻及管棚導向管施工。施作3 m高臨時支撐擋墻，擋墻設計高3 m，底寬2.35 m，頂寬1.6 m，并在擋墻擋墻頂預埋鋼管作為管棚導向管，見圖2。

（2）管棚施工。

擋墻施工完以后，將擋墻作為平臺，打設?108 mm×6 mm管棚，管棚內設置鋼筋籠，管棚內注入高標號砂漿，管棚長度為18m，橫向間距為30 cm，嵌入山體6 m以上，見圖3。

（3）增加牛腿斜撐。

管棚打設完成后，在臨時蓋板端頭位置采用Ⅰ22a工字鋼橫向間距0.4 m設置一排牛腿斜撐。

（4）安裝蓋板。

在管棚頂橫向0.5 m設置一道Ⅰ14工字鋼作為分配梁，分配梁頂設置8 mm厚鋼板，形成臨時“蓋板”。臨時蓋板完成后，在蓋板頂部回填碎石。

4 注意事項

（1）管棚支撐結構頂部位置應低于仰拱底以下至少1.0 m，保證隧道進洞后不影響仰拱施工。

（2）管棚鉆孔盡量保持水平，均勻布置，當管棚位置出現偏差的時候，可以采用鋼楔或鋼板墊平。

（3）管棚鉆孔盡量采用氣動鑿巖機，鉆孔應安裝收集污水、泥漿的管道。

（4）平臺周圍盡量靠近巖體，有間隙可以采用砌磚封堵，防止進洞施工有雜物落入暗河口。

5 取得的成效

管棚支撐平臺是兩種常見的技術——隧道超前支護和橋梁支架結構相結合的一次嘗試，其改變了以往刻板、單一的跨河、跨路等處理方式，綜合了管棚可以水平打設、支撐平臺受力明確、成熟可靠的技術優點，使該技術的應用范圍大大提高，尤其是遇到保護性的地形、地貌、基礎設施、結構物等。

通過將管棚支撐平臺應用到傲江隧道上，傲江隧道一個月內即完成了進洞準備工作，相對其他方案至少節省一個月，并為套拱施工和隧道正洞全流程作業提供了安全作業通道，使用期間安全穩固，除了承受施工荷載外，還能承受爆破振動、沖擊附加荷載，同時滿足了保護水資源、不破壞暗河口的初衷。事實證明，該結構具有架構簡單、施工速度快、穩定性強等特點，且部分材料可以回收利用，減少了成本支出，提高了經濟效益，對有暗河保護需要的隧道進洞作業有顯著的應用效果。

6 結語

（1）本文將隧道超前支護和橋梁支架結構組成的管棚支撐平臺創新應用到隧道跨越暗河處治中，是對遇到這種地質條件的一種成功嘗試，該方法也能為跨路、跨結構物、有管線保護等施工環境提供施工思路，具有一定的推廣和使用價值。

（2）當下，施工環境越來越復雜，往往需要綜合考慮工程特點、地質條件、技術難度、機械設備技術、工期、成本等，每種工法都有一定的局限性，當跨度較大、圍巖強度軟硬不均的時候，本工法中管棚液壓鉆進過程角度將有一定的偏差，后期考慮增加導向設備或選擇自帶校準角度的鑿巖機，將會大大提高鉆進精度，可以確保支撐平臺更加均勻、穩定，這對該工法的應用和推廣將是一個有力的補充。

參考文獻：

[1]周勇秋，劉 東，周紹文.巖溶區隧道跨越地下暗河處理方案研究[J].西部交通科技，2019（7）：112-116.

[2]中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司.一種偏壓進洞的斜交正做施工方法[P].中國：CN111271066B，2021-08-31.

[3]中建一局集團安裝工程有限公司，中國建筑一局（集團）有限公司.一種超高層建筑設備臨時支撐平臺[P].中國：CN204876630U，2015-15-16.