穆陵關隧道大管棚施工技術

摘要：介紹30m長大管棚超前支護的施工技術，并在隧道施工參數、鉆孔機具選擇、施工進度、質量控制四個方面作了具體介紹。

關鍵詞：隧道 大管棚 超前支護 施工技術 質量控制

1 工程概況

國家高速公路網長春至深圳線青州至臨沭段高速公路，穆陵關隧道位于山東省沂水縣境內，為雙線分離式隧道。隧道東線起訖里程為K75＋620～K76＋370，全長750米，西線起訖里程為K75＋615～K76＋390，全長775米，隧址位于構造剝蝕低山地貌區，地表植被較發育，齊長城穆陵關遺址位于山坡上，隧道洞身地形中部高，兩出口地段地形低，地形起伏較大，局部呈陡崖狀，隧道最大埋深約32m。

根據新奧法原理開展隧道施工，上、下行線臨沭端洞口淺埋段最薄覆蓋層分別是2.67m和4.05m，強風化、弱風化花崗巖主要分布于洞口35m范圍以內，頂板是殘坡積層，風化裂隙，發育具塊狀鑲嵌結構，局部為散體結構，圍巖容易坍塌，穩定較差。用長30m的大管棚作為洞口段的超前支護。沿隧道襯砌外緣一定距離縱向打入一排鋼管，而且為了固結軟弱圍巖，還要向鋼管內注漿來填充鋼管與孔壁之間的空隙，從而提高鋼管的強度。開挖后安裝拱形鋼架支撐，構成棚狀支護結構。

2 施工工藝

2.1 長管棚設計參數

①管棚長度為30m；

②鋼管規格：熱軋無縫鋼管Φ108mm，壁厚6mm，節長3m、6m；管臂四周鉆2排Φ12mm壓漿孔，梅花形。

③管距:鋼管環向之間保持40cm的距離；鋼花管心和二次襯砌設計外廓線之間保持31.6cm的距離；

④傾角：仰角1°(不包括路線縱坡)，方向：與路線中線平行；

⑤用長15cm的絲扣連接鋼管接頭。為使鋼管接頭錯開，鋼管的編號是奇數，則將第一節鋼管的長度設置為3m，偶數編號的第一節鋼管長6m，之后每節鋼管的長度都為6m；

⑥套拱孔口管為Φ133mm無縫鋼管，壁厚6mm，節長2m；

⑦管棚內安裝Φ42×4mm鋼管，外側焊接φ20鋼筋4根。

2.2 施工機具選擇

機具選擇如表1所示。

表1 機具選擇表

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2.3 施工工藝流程

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管棚施工工藝流程圖

2.4 操作流程

管棚施工工序主要是：噴錨防護明洞邊坡和仰坡的開挖；施作套拱；制備鋼花管，搭建鉆孔平臺，裝設鉆機；鉆孔、清孔、驗孔；裝設管棚鋼管；注漿。因為工序復雜，為避免操作失誤，必須嚴格按照操作規范施工。

2.4.1 明洞邊坡仰坡開挖支護

①結束洞頂截水溝施工后再開始明洞段的開挖。

②同時進行邊坡防護和明洞開挖：明洞邊坡的錨桿、掛設鋼筋網、噴射混凝土及時封閉坡面。

2.4.2 施作套拱

①混凝土套拱是長管棚的導向墻，要在明洞外廓線外施作，套拱內埋設4榀I20b工字型鋼拱架，在其中布設51個Ф133孔口管，孔口管通過Ф16鋼筋固定在I20b工字上。

②孔口管作為管棚的導向管，要確保管棚的質量，必須準確安裝孔口管。利用坐標法通過全站儀在工字鋼架上確定其平面位置；采用水準尺與坡度板相互配合以確定孔口管的傾角；通過前后差距法來確定孔口管的外插角。利用φ16鋼筋在Ⅰ20b工字鋼上焊接孔口管，避免混凝土澆筑過程中發生位移，確保孔口管位置準備。

2.4.3 搭鉆孔平臺安裝鉆機

①鉆機平臺用開挖碎石碴整平然后墊枕木，采用2臺型號為KQG165的鉆機對稱著從孔位較高的一端向孔位低的一端對鉆孔，這樣有利于確定鉆機的方位，盡量節省搭建平臺、移動鉆機的時間。

②平臺支撐必須著地，且要牢固連接，以免在鉆進過程中鉆機擺動、發生位移和不均勻下沉，破壞鉆孔質量。

③鉆機定位：鉆機必須平行于已設好的孔口管的方向，鉆機位置一定要準確無誤。通過全站儀、掛線、鉆桿導向相結合的方式，對鉆機鉆桿的位置進行調整，保證孔口管軸線和鉆機鉆桿軸線相吻合。

2.4.4 鉆孔

①采用直徑為Φ125mm的鉆頭，以便順利進行鋼管的安裝工作。

②優質巖石的鉆孔可一次成孔；鉆進過程中，若出現卡鉆和坍孔事故，應該在二次注漿后再繼續鉆進施工。

③鉆孔施工初期，鉆機要低速低壓的運行，成孔1.0m后再按照地質情況逐步提高鉆速和風壓。

④鉆進時，一般都通過測斜儀測定鉆機的位置，然后按照鉆機鉆進的具體情況對成孔質量做出判斷，如存在偏孔現象，要及時采取糾偏措施。

⑤鉆進時，合金鉆頭、扶正器和動力器必須按照同心圓運作。

⑥及時記錄鉆進過程，并描述和判斷孔口巖屑的地質狀況。記錄的資料將成為洞身開挖的地質預測，對洞身開挖施工起到指導作用。

2.4.5 清孔驗孔

①地質巖芯鉆桿與鉆頭(Φ125mm)相配合來回掃孔，將浮渣清理干凈，保證鉆孔的直徑和深度滿足施工要求，以免堵孔。

②通過高壓氣清理孔底到孔口的鉆渣。

③通過測斜儀、全站儀等儀器對外插角、傾角和孔深進行測定。

2.4.6 裝設管棚鋼管

①通過專用管床對鋼花管絲扣進行加工，在棚管附近鉆出Φ12、梅花型的出漿孔；另外，為順利入孔，應將管頭焊成圓錐形。

②結合大孔引導以及棚管機鉆進的方法進行棚管頂進施工，首先鉆出比棚管直徑較大的引導孔(Φ125mm)，再通過鉆機的推力及沖擊力使鋼管低速頂進。

③接長鋼管要符合受力要求，同一橫斷面內的接頭數不超過50%，前后錯開安排相鄰鋼管的接頭，且錯位距離應在1m以上。

2.4.7 注漿

①完成有孔鋼花管的安裝后，在管棚注漿前插入鋼筋籠，以增強管棚的剛度和強度，然后開始對孔內注漿。

②注漿參數：水泥漿水灰比1∶1。

③通過KBY50/70液壓注漿機，在管棚鋼管內注漿，初壓和終壓分別為0.5MPa～1.0MPa和2MPa，經過15min的持壓后結束注漿。注漿量往往是鉆孔圓柱體的1.5倍，如果注漿量大于規定的數值，無法滿足壓力要求，則重新設定漿液濃度后繼續注漿，直到達到注漿要求，當漿液填滿鉆鋼管附近的孔隙和鉆孔附近的巖體時停止注漿。

④完成注漿后管內漿液要盡快清理掉，然后用型號為M30的水泥砂漿填充，以提高管棚的強度及其剛度。

2.5 勞動力組織

管棚施工的操作流程較為復雜，且工種較多，技術要求嚴格，操作人員必須獨立操作，同時能及時解決管棚施工時的常見性問題。一般情況下，鉆孔及注漿施工的質量決定管棚施工的質量。本次管棚施工采用了一臺鉆機三班作業的施工模式，安排了24名施工人員，其中包括8名注漿工和12名鉆工，機長、技術工人、電焊工和電工各1人。

3 進度情況

3.1 本次管棚施工共用時20天，鉆孔51個。

3.2 鉆機就位、加固：鋼管3.5h/t。

3.3 鉆進：鋼管11h/t。

3.4 掃孔、頂管：鋼管12h/t。

3.5 注漿：鋼管6h/t。

4 質量控制

4.1 開始鉆孔時，首先對孔的平面位置、外插角、高程和傾角進行準確測定，然后逐孔編號。

4.2 根據鉆孔深度及鉆桿強度確定鉆孔仰角。正常情況下的鉆孔仰角為1°～15°，鉆機的左右偏移量和最大下沉量一般是鋼管長度的1%，本次鉆孔施工中不應該超過20cm～30cm。

4.3 必須精確測定鉆孔的平面位置，盡量避免管棚侵入隧道開挖線內，防止相鄰鋼管之間發生碰撞及立交。

4.4 實時檢測孔的斜度，如存在誤差要及時采取糾偏措施，如果到終孔還是超限，就必須封孔，原位重鉆。

4.5 準確把握開鉆和鉆進的速度、壓力，注意避免斷桿問題的出現。

5 結語

5.1 實踐表明，將長大管棚作為該隧道洞口的軟弱破碎圍巖地段及淺埋地段的支護，運用注漿加固地基，預先起到超前支護的作用，提高了施工的安全系數以及隧道的長期穩定性，取得的經濟效益較為顯著。

5.2 在管棚支護下開挖，有效避免了圍巖坍塌、地表下沉等事故。

5.3 可將管棚鉆孔作為一種地質預探預報的途徑，為進一步探明前方地質情況，及時變更施工方法提供了依據。

5.4 管棚施工工藝的引用，為淺埋、弱地質、大斷面隧道開挖提供安全保證。

參考文獻:

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