超前支護(hù)管棚技術(shù)在隧道中的應(yīng)用

李世民，徐繼紅

（1.貴州大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003；2.貴州順康路橋咨詢有限公司，貴州 貴陽 550003）

在大部分的隧道前期洞口施工中，由于隧道處于淺埋地段、軟弱夾層和破碎帶，超前支護(hù)施工在這個(gè)階段顯得尤為重要。為了更加安全和高質(zhì)量地完成洞口段施工，施工單位需要采用一定的超前支護(hù)方案。管棚法作為超前支護(hù)方案的一種，具有施工快、安全性高、工期短等特點(diǎn)，在隧道前期支護(hù)方案中具有很大的優(yōu)勢。白石隧道位于貴州綏遵高速公路第三標(biāo)段，隧道出口段埋深9～32 m，地表覆蓋第四系殘破積碎石土，其穩(wěn)定性較差，開挖后易冒頂。下伏奧陶系湄潭組強(qiáng)風(fēng)化泥炭砂巖，中風(fēng)化石灰?guī)r，巖性不均勻，產(chǎn)狀120°∠45°。圍巖自穩(wěn)能力較差，拱部無支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生坍塌，側(cè)壁有時(shí)失穩(wěn)。根據(jù)勘察的圍巖情況，進(jìn)洞口段采用管棚進(jìn)行支護(hù)。

1 管棚的設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）鋼管規(guī)格應(yīng)采用準(zhǔn)107mm，厚度6mm，節(jié)長分別為3m、6 m熱軋無縫鋼管。

（2）管距應(yīng)采用環(huán)向間距為50 cm。

（3）傾角應(yīng)設(shè)置為仰角1°方向并且要與隧道中線平行（不包括路線縱坡）。

（4）注漿材料使用純水泥（添加水泥重量5%的水玻璃）漿液。

（5）徑向不得大于20 cm鋼管施工誤差。

（6）長度設(shè)置為40 m（不含套拱段的2 m）。

（7）沿隧道縱向方向同一斷面內(nèi)的接頭數(shù)不應(yīng)大于50%，相鄰鋼管的兩個(gè)接頭需要錯(cuò)開至少1 m的位置再進(jìn)行焊接。

2 管棚施工工藝

2.1 施作護(hù)拱

（1）本隧道采用C30鋼筋混凝土套拱作為長管棚的導(dǎo)向墻，套拱在明洞外的輪廓線外施作。洞口段管棚護(hù)拱縱向設(shè)置200cm，厚度60 cm，拱內(nèi)預(yù)埋準(zhǔn)133×4導(dǎo)向鋼管，鋼管與鋼拱焊接。鋼拱架間距設(shè)置為60 cm，設(shè)置鋼管的導(dǎo)管外插角度為1°。

（2）孔口管作為管棚的導(dǎo)向管，其安裝的精度直接影響著管棚的施工質(zhì)量，在安裝導(dǎo)向管時(shí)必須要嚴(yán)格地控制。方法是用全站儀在工字鋼的鋼拱架上涌坐標(biāo)上準(zhǔn)確地定好孔口管的位置，并且用水準(zhǔn)尺和坡度板測定孔口管的傾角。用經(jīng)緯儀前后差距法設(shè)定孔口管的外插角。孔口管在安裝時(shí)必須要焊接在工字鋼上，以防止在澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生較大移動。

2.2 鉆孔平臺的搭設(shè)、鉆機(jī)安裝的方法與注意事項(xiàng)

（1）鉆孔平臺應(yīng)用鋼管腳手架進(jìn)行搭設(shè)，鉆孔平臺需要一次性搭設(shè)完畢（為了防止多次搭設(shè)產(chǎn)生的偏差），鉆孔時(shí)設(shè)置兩臺鉆機(jī)，由高孔位逐漸向低孔位施鉆。

（2）鉆機(jī)定位。鉆機(jī)要求與已設(shè)定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機(jī)位置。位置核定采用經(jīng)緯儀、掛線、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的方法，反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，確保鉆機(jī)鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

（3）平臺要安放于穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，腳手架連接要穩(wěn)定、牢固，防止在施工作業(yè)時(shí)鉆機(jī)產(chǎn)生不均勻下沉、左右擺動、位移而影響鉆孔質(zhì)量。

2.3 鉆孔及其注意事項(xiàng)

（1）為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑宜采用準(zhǔn)128 mm。

（2）本隧道進(jìn)洞口段巖質(zhì)較差，鉆進(jìn)時(shí)可采用多次成孔的方法。如果在鉆進(jìn)的過程中出現(xiàn)了空洞坍塌，鉆桿斷裂的情況，需要對空洞進(jìn)行注漿封閉，當(dāng)達(dá)到一定的齡期之后，在原孔位上再次進(jìn)行施鉆。

（3）在鉆進(jìn)的過程中要時(shí)刻用經(jīng)緯儀測定準(zhǔn)確位置，并根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)的狀態(tài)判斷成孔質(zhì)量，及時(shí)處理鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的突發(fā)問題。

（4）鉆機(jī)剛開始開鉆時(shí)，應(yīng)采用低速低壓，根據(jù)圍巖情況待成孔一段距離后，可調(diào)整風(fēng)壓及鉆速。

（5）鉆進(jìn)的過程中，保證鉆桿按同心圓進(jìn)行鉆進(jìn)。

（6）做好在鉆進(jìn)過程中的地址記錄，對前方的圍堰進(jìn)行判斷，以便在洞身開挖時(shí)為其提供地質(zhì)依據(jù)。

2.4 驗(yàn)孔、清孔

（1）用鉆桿采用高壓從孔底向孔口逐漸地將孔內(nèi)的石渣清理干凈，確保孔徑、孔深符合設(shè)計(jì)要求，在用高壓清孔的過程中防止浮渣堵孔。

（2）清理完畢后，及時(shí)用儀器探測成孔的深度、成孔角度及其成孔的傾角，確保孔的位置在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

2.5 加工、安裝管棚鋼管

（1）鋼管應(yīng)在專用的加工平臺加工好絲扣，導(dǎo)管的四周鉆設(shè)孔徑15 mm左右的注漿孔（靠孔口2.5 m處不鉆孔），孔間距應(yīng)設(shè)置為20 cm，眼孔直徑為8 mm，鉆孔應(yīng)呈梅花型布置。

（2）保證在隧道同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開1m。為了使鋼管接頭前后錯(cuò)開，第一節(jié)管采用3 m鋼管，編號為奇數(shù)，第一節(jié)鋼管采用6 m鋼管，編號為偶數(shù)，以后的每節(jié)均采用6 m長的鋼管。

（3）接口處的鋼管受力應(yīng)該符合要求，接好的鋼管先要送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行送檢。

2.6 管棚注漿

管棚注漿按固結(jié)管棚周圍有限范圍內(nèi)的土體設(shè)計(jì)，漿液擴(kuò)散不小于0.5 m的半徑。為了保證注漿的飽和度，注漿時(shí)采用分段注漿。

（1）在安裝好鋼管、放入鋼筋籠后立即對孔內(nèi)進(jìn)行注漿，注漿時(shí)需要注漿機(jī)兩臺。

（2）采用注漿泵將砂漿注入管棚鋼管時(shí)，應(yīng)設(shè)置初始壓力為1 MPa左右，終壓不大于2 MPa，在持續(xù)壓力15 min左右后停止注漿。

（3）注漿前應(yīng)先進(jìn)行注漿現(xiàn)場試驗(yàn)，注漿參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)按實(shí)際情況確定。

（4）注漿量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，一般注漿量為鉆孔圓柱體的1.5～2倍；若注漿量超過要求，壓力未達(dá)到的情況下，應(yīng)調(diào)整注漿液體的稠度繼續(xù)對孔內(nèi)進(jìn)行注漿，確保鋼管周圍孔隙與鉆孔周圍巖體充填飽和。

（5）注漿結(jié)束后，及時(shí)清理管內(nèi)的剩余砂漿，并用高強(qiáng)度的水泥砂漿進(jìn)行填充補(bǔ)強(qiáng)，確保管棚的剛度和強(qiáng)度。

注漿時(shí)應(yīng)先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔。

3 管棚的施工控制要點(diǎn)

（1）在開始進(jìn)行鉆孔前，準(zhǔn)確地確定鉆孔的位置，設(shè)置的外插角和傾角，對每個(gè)孔進(jìn)行標(biāo)號。

（2）嚴(yán)格控制鉆孔平面位置，管棚嚴(yán)禁侵入隧道斷面的開挖線內(nèi)，相鄰兩根管棚之間不應(yīng)交叉。

（3）鉆孔外插角1°～3°為宜，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況作出調(diào)整。在鉆孔的過程中，應(yīng)該時(shí)刻注意鉆臺的沉降量和位移。

（4）及時(shí)測量鉆孔的斜度，如果出現(xiàn)偏差，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，對其圓孔進(jìn)行封漿固化，達(dá)到一定強(qiáng)度后，在原孔位上進(jìn)行鉆進(jìn)。

（5）掌握好開鉆和正常鉆進(jìn)時(shí)的力度與速度，防止鉆桿斷裂在鉆孔之內(nèi)。

4 結(jié)束語

（1）管棚的施工必須要在隧道動身開挖之前完工。洞口段開挖時(shí)，應(yīng)留有足夠的管棚做空間，搭設(shè)管棚工作架子時(shí)，應(yīng)將其安放在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上。如果遇到軟巖或泥巖的時(shí)候，立柱底部應(yīng)設(shè)置墊梁。

（2）在鉆進(jìn)的過程中，要嚴(yán)格控制管棚的位置，并及時(shí)對其進(jìn)行監(jiān)控，避免管棚相互交叉和侵入隧道開挖斷面。

（3）在管棚的施工過程中，必須要進(jìn)行必要的監(jiān)控，確保施工人員的安全和施工的質(zhì)量。

（4）做好詳細(xì)的地質(zhì)記錄，為后續(xù)的施工提供地質(zhì)依據(jù)。