大管棚超前支護在隧道洞口施工中的應用

張鵬

（平頂山市凱達工程監理處，河南 平頂山 467000）

1、工程概況。某設計為上下分離式4車道高速公路隧道，左線全455（明洞20）米，右線全長470（25）米，按新奧法設計施工。隧道左、右洞進口屬淺埋地段，最薄覆蓋層分別為2～20米，3～18米，地表沖溝發育，左右洞暗洞洞口5米范圍內為松散碎石土，穩定性極差，左洞淺埋地段50米，右洞淺埋段70米，巖性除進口段部分為松散碎石土外，均為元古界強一弱風化片巖，灰-灰黃色，松散結構，巖體破碎，節、片理極發育，圍巖穩定性差。地下水為裂隙水，接收大氣降水，沿裂隙滲入洞內，施工中在雨季時洞內有明顯滴水或線狀流水。設計采用φ89mm大管棚對洞口段軟弱圍巖一次性超前支護，沿隧道襯砌外緣一定距離打入一排縱向鋼管，向管內注漿以固結軟弱圍巖，充填鋼管與孔壁之間的空隙，使管棚與圍巖固結緊密，以提高鋼管的強度。開挖后架設拱形鋼架支撐，形成牢固的棚狀支護結構。

2、施工工藝

2.1 施工順序

2.1.1 明挖至暗洞里程樁號

2.1.2 按設計坡比開挖仰坡，并完成邊仰坡錨噴加固及洞頂的排水工作

2.1.3 按設計尺寸及位置埋設好導向管，施工混凝土護拱，打入管棚，注漿。

2.2 管棚施工工藝流程（見圖1）

2.2.1 完成明洞開挖及邊仰坡的加固后，在明暗洞交接處準確測量定出護拱3榀工字鋼位置，架立內外模板，完成護拱混凝土的澆筑。在澆筑之前，將導向管（φ108mm）按照外插5°的角度固定在工字鋼上，并做好密封工作，防止混凝土進入導向管。

2.2.2 管棚參數

大管棚采用φ89mm熱軋無縫鋼管加工制成，壁厚5mm，節長 4m、6m；管眼直徑 12mm，間距15cm，按梅花形交錯布孔以加大漿液的滲透能力，管頭加工成錐形以便于送入。管棚布設在129°的隧道拱頂，每根鋼棚之間的橫向間距為40cm，鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長15cm，為確保接頭質量，連接好后，用電焊將接頭滿焊。接頭要求在隧道縱向同一橫斷面內的接頭數不大于50%，相鄰鋼管的接頭至少需錯開1m。為防止漿液倒流，每根管棚尾部均焊有止漿板，止漿板采用2cm厚鋼板制作，中間鉆有φ20mm帶有螺紋的孔，以備注漿時用。鋼管施工誤差要求徑向不大于20cm。鋼花管示意圖（圖2）。

2.3 施作混凝土護拱

2.3.1 混凝土護拱作為長管棚的導向墻，護拱在明洞輪廓線以外，緊貼掌子面施作，護拱內埋設3榀工字鋼支撐，工字鋼之間用鋼筋連接成一個整體。

2.3.2 孔口管作為管棚的導向管，它安設的平面位置、傾角的準確度直接影響管棚的質量。用全站儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置；用水準儀配合坡度板設定孔口管的傾角?？卓诠芾喂毯附釉诠ぷ咒摷苌?，防止澆筑混凝土時產生位移。

圖1

圖2

2.3.3 架立混凝土內外模完后澆筑護拱。

2.4 搭鉆孔平臺安裝鉆機

2.4.1 鉆機平臺可用方木和鋼管腳用架搭設，平臺應一次搭好，采用一臺鉆機由高孔位向低孔位對稱進行，可縮短移動鉆機與搭設平臺時間，便于鉆機定位。

2.4.2 平臺支撐在預留的核心土上，連接要牢固、穩定。防止在施工時鉆機產生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質量。

2.4.3 鉆機要求與已設定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機位置。用全站儀、掛線、鉆桿導向相結合，反復調整，確保鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

2.5.1 為便于安裝鋼管，鉆頭采用φ100mm。

2.5.2 巖質較好的可以一次成孔，鉆進產生坍孔、卡鉆現象時，需補注漿后再鉆進。

2.5.3 為避免鉆桿太長，鉆頭因自重或遇到孤石鉆進方向不易控制等現象，開鉆時上挑角度將其控制在外插角5°范圍之內，并隨時用測斜儀量測角度和鉆進方向；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。

2.5.4 認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述，作為開挖洞身的地質超前預報，指導洞身開挖。

2.6 清孔驗孔

2.6.1 用地質巖芯鉆桿配合鉆頭進行來回掃孔，清除浮渣至孔底，確?？讖?、孔深符合要求，防止堵孔。

2.6.2 用高壓風從孔底向孔口清理鉆渣。

2.6.3 用全站儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

2.7 安裝管棚鋼管

2.7.1 棚管頂進采用先鉆于棚管直徑的引導孔，然后用人工配合挖掘機慢慢頂進。

2.7.2 接長鋼管應滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應前后錯開，同一斷面內的接頭婁不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1米。

2.8 注漿

2.8.1 注漿前先檢查管路和機械狀況，確認正常后做壓漿實驗，確定合理的游資參數，據以施工。

2.8.2 注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象，如發生串漿現象，應立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直到不再串漿時再繼續注漿。注漿過程中壓力如突然升高，可能發生堵管，應停機檢查。

2.8.3 注漿參數

水泥漿水灰比0.8:1,采用GHB2擠壓式注漿機將漿液注入管棚鋼管內，初壓0.5Mpa～1.0Mpa,終壓2.0MPa,持壓5min后停止注漿。漿液擴散半徑不小于0.5m,若注漿量超限，未達到壓力要求時，應調整漿液濃度糾結注漿，直到符合注漿質量標準，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍間隙均勻為漿液填充，方可終止注漿，并及時封堵注漿口。

2.8.4 注漿過程派專人負責填寫《注漿記錄》，記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數據，觀察壓力表值，監控連通裝置，避免因壓力猛增而發生異常情況。

2.8.5 注漿效果評定

在進行相鄰鋼管鉆孔時觀察孔內涌水顏色及涌水量，水顏色如較澄清或帶水泥渣塊，涌水量小，則注漿效果好，如涌水為水泥漿顏色或涌水量較大時，就補注或重注。

3、效果評價

該段暗洞采用上下導坑法進行開挖后，為保證施工安全及檢查大管棚的實施效果，對V級軟弱圍巖的凈空收斂進行量測，在右洞洞口20米埋設了2條收斂基線，監測數據分析如表1所示。從量測情況看，埋設初期2條曲線收斂增長較慢，下導坑開時收斂變形急劇增長，然后趨于穩定，均滿足設計要求。充分說明了大管棚預注漿超前支護對防止圍巖惡化，控制隧道變形作用是顯著的。

結語

利用大管棚作為穿越軟弱圍巖的超前支護，其成功之處在于能過注漿軟弱圍巖固結起來，利用大管棚支護圍巖，注漿體和管棚連成一個整體而受力，在隧道開挖輪廓線外形成一個環向的支撐體，有效地阻止了軟弱體出現坍塌，為隧道洞身安全、順利地施工創造條件，是新奧法與其他輔助施工方法的完美結合。