淺談隧道長大管棚進洞施工技術

吳興剛 鄭云雷

（中鐵十九局集團有限公司，北京 100000）

1 工程概況

上新莊隧道位于蘭渝鐵路LYS-1標段，在甘肅省榆中縣境內。隧址所在地屬黃土梁，峁區，洞身地勢起伏，溝壑相間，山坡自然坡度一般為15°～30°，坡面上多辟為耕地。隧道全長2032m,為雙線隧道，洞內線路為13‰、8‰的單面上坡。工程涉及的主要地層為：第四系上更新統沖積砂質黃土、細圓礫土及第四系上更新統風積砂質黃土，基巖主要為上第三系泥巖，局部夾有薄層砂巖，礫巖。隧道進出口段圍巖設計均為Ⅴ級加強，洞口埋深均約為6～10m。

2 施工工藝

2.1 洞口導向墻施工

上新莊隧道洞口導向墻混凝土采用模筑法施工。導向墻采用 C20混凝土，縱向長度1m，根據實際地形，嵌入土體 0.1m～0.2m,外露 0.8m～0.9m。導向墻內埋設2榀Ⅰ20b工字鋼，按長管棚鋼管設計位置預埋φ140鋼管，作為長管棚鉆孔時的導向管。

2.1.1 導向墻施工前進行測量放樣，標定導向墻與暗洞開挖分界線。進行導向墻拱部及邊、仰坡開挖和整修，并按設計要求進行邊、仰坡加固處理。

2.1.2 采用CAT230挖掘機兩側對稱開挖洞口段土方，預留核心土，當開挖水平面低于設計長管棚最下一根鋼管1m時，即停止開挖，利用開挖后的水平面作為施工作業平臺。同時做好兩側拱腳的排水通道，避免拱腳被積水浸泡。開挖時順線路縱向在導向墻以外8m范圍內設一條寬度≮ 4m的下坡通道，以方便施工機具和材料的運輸。

2.1.3 清除導向墻兩側拱腳基底浮碴，在導向墻兩側拱腳處立模澆筑1.0m（長）×1.0m（寬）×1.0m（高）C20混凝土基礎，按設計在混凝土面上測量放樣，各預埋兩塊25cm×25cm鋼板，用于架設導向墻內鋼拱架時的支座。

2.1.4 架設鋼拱架時，要嚴格控制拱架拱腳的標高、拱架中線、兩拱腳之間的水平距離及拱架的垂直度。每2榀工字鋼架之間用Φ22鋼筋連接，環向間距1m。鋼架與預埋的鋼板焊接牢固。

2.1.5 工字鋼加固牢固后，按長管棚鋼管設計位置在鋼架上定出各導向管位置，然后將φ140導向鋼管焊接在工字鋼架上。導向鋼管安設時注意線路縱向坡度，避免長管棚鋼管侵入隧道開挖輪廓內或遠離隧道開挖輪廓線外邊緣。

2.1.6 模板安裝及加固。內外側模板均采用 5cm木板，擋頭模要求在平整場地上，按設計要求畫出大樣圖進行加工。內外側環向采用Φ22鋼筋作為加勁肋，通過8號鐵絲連接在工字鋼上。導向墻外側用 12cm×12cm方木按 80cm×80cm梅花形支撐，內側用φ108鋼管支撐于洞口邊坡上，擋頭模通過Φ22鋼筋與焊接于工字鋼架上的φ12拉筋固定。

2.1.7 導向墻混凝土施工。按試驗后滿足要求的配合比進行混凝土施工，混凝土中摻入早強劑。混凝土采用機械攪拌，混凝土輸送車運輸。混凝土施工應兩側對稱進行，人工入模，用振搗棒振搗密實。

2.2 長管棚施工

2.2.1 管棚加工

長管棚采用外徑φ108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，管棚設計長度30米，鋼花管周壁用臺式鉆床鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔間距15cm，呈梅花形布置。為便于導管插入鉆孔內，鋼花管前端加工成尖錐狀，尾部焊φ6管箍，尾端1米范圍不鉆設注漿孔，作為止漿段。為提高導管的抗彎能力，在鋼管內設置鋼筋籠，鋼筋籠由四根主筋和固定環組成，主筋直徑為φ18mm，固定環采用短管節，節長5cm將其與主筋焊接，按1.5m間距設置。鋼花管和鋼筋籠尺寸詳見圖一（洞口管棚示意圖）：

圖1 洞口管棚示意圖

2.2.2 鉆孔及管棚安裝

鉆孔：為了便于安裝管棚，鉆孔采用φ120鉆頭。鉆機就位后，調整鉆機，使鉆桿與導向管坡度一致，連接線路，鉆架頂緊工作面，使用頂驅液動錘把套管與鉆桿同時沖擊回轉鉆入第一節鉆桿和套管；當第一節鉆桿和套管鉆入巖層，尾部剩余 20cm～30cm時停止鉆進，用液壓夾頭夾緊鉆桿和套管，鉆機低速反轉，脫開鉆桿和套管;鉆機沿導軌退回原位，裝入第二節鉆桿和套管，并在鉆桿和套管前端安裝好聯接套，鉆機低速送至第一節鉆桿和套管尾部，方向對準后連成一體，繼續鉆進。按同樣方法繼續接長鉆桿和套管；直至鉆至設計深度。鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的現象及時判斷成孔質量，并及時處理鉆進過程中出現的事故。鉆進過程中確保動力器，扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口土體進行地質判斷、描述。作為開挖洞身的超前地質預報，作為指導洞身開挖的依據。管棚安裝：鉆孔完成后，先按與鉆進相反步驟拆卸鉆桿和套管，后將鋼花管插入孔內，鋼管采用絲扣連接，鋼管終端要密封；鋼花管在插進到位后，繼續間隔鉆進其他孔眼，直至所有鋼花管安裝完畢。

2.2.3 長管棚注漿

大管棚安設后，用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，注漿材料采用水泥漿液，水灰比為1：1，具體漿液配合比根據現場實驗調整，注漿壓力 0.5～1.0Mpa，終壓 2.0Mpa。注漿前，應根據洞口圍巖情況噴射混凝土封閉開挖工作面，防止管棚注槳時發生漏漿。注漿前應對可能漏漿的部位及時處理，發生漏漿采取嵌縫、表面封堵、加濃漿液、降低壓力、間歇注漿等方法處理。灌漿采用全孔一次灌漿法，為保證灌漿質量，防止漿液串孔現象發生，應對鉆孔內的鋼花管進行編號，按跳孔順序對鋼花管注入水泥漿加固圍巖。灌漿施工從較低的一端開始，向較高的一端推進。低處孔灌漿時高處孔可用于排氣、排水，當高處孔排出濃漿（接近或等于注入漿液的水灰比）后，可將低處孔堵塞，改從高處孔灌漿，依次類推，直至結束。灌漿因故中斷時，應盡早恢復灌漿，如中斷時間較長，則應重新鉆開進行灌注。在規定的壓力下灌漿孔停止吸漿后，延續灌漿10分鐘，即可結束。灌漿結束后，應采用干硬性水泥漿將鉆孔封填密實，孔口壓平抹齊。

結語

上新莊隧道洞口處于淺埋濕陷性黃土地段，采用了長大管棚進洞施工技術，現場開挖情況表明,水泥漿液在壓力的作用下向四周擴散,充滿了鋼花管周圍圍巖的縫隙,起到了固結圍巖的作用。先期施工的管棚和注漿預先加固了洞身圍巖,而管棚和后施工的初期支護形成一個統一整體,縱橫交錯,共同受力,使整個開挖工作面處在它們的"保護"之中。實際應用的效果證明采用長大管棚施工技術對于淺埋隧道進洞是安全、可靠的。

[1]孫紹影.長管棚初步設計和施工淺談[J].西部探礦工程，2005-04-25.