長大管棚施工技術在隧道洞口施工中的應用

摘要：本文介紹了雙豐隧道進出口淺埋段采用長大管棚超前支護的施工工藝，并且介紹了長管棚的工作原理、參數確定、施工方法及質量控制要點等，對該項施工工藝進行了評價。通過對隧道洞口地表下沉、拱頂沉降等項目的監控量測數據來看，監測值均在允許范圍內，該項施工技術適用于隧道洞口等各種特殊困難地段，是隧道新奧法施工的一項有效輔助施工工藝。

關鍵詞：隧道進出口 長大管棚 施工工藝長大管棚施工技術在隧道洞口施工中的應用

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0120-01

雙豐隧道位于黑龍江省東寧縣，穿越剝蝕丘陵區。隧道進口位于東寧縣綏陽鎮太嶺工區四隊范圍內，線路跨東溝后進入隧道，出口位于綏陽鎮雙豐附近，隧道錢長7237m，為雙線隧道；隧道內最大埋深約140m。隧道出口離301國道很近，交通便利用；隧道中部及斜井附近的農田區有土路自雙豐村南側盤延而至，亦可通至隧道進口，路況較差。隧區早期構造運動強烈，斷裂構造發育，接觸帶巖體完整性差，受水流的剝蝕、搬運作用形成溝谷、河流、組成了現代地表水系。受地質構造活動影響，隧道區內溝壑縱橫。設計文件中對雙豐隧道的巖石分級如下：入口段和出口段均為Ⅴ級圍巖，洞身段為Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級圍巖，整體隧道巖性較壞。該隧道Ⅴ級、Ⅳ級圍巖共長3364m，占隧道全長46%。該隧道進出口覆蓋層最薄段僅有2m左右，洞口段地質為粉質粘土、細圓礫土、花崗閃長巖強風化層，含水、遇水后易軟化，發生流失，工程地質差，容易發生坍塌冒頂。根據該隧道進出口圍巖類別較差的特點，設計采用了40m長大管棚的洞口段超前支護方案。

1 長管棚工作原理

長大管棚支護是在隧道開挖外輪廓周邊上，間隔一定的距離，沿洞軸方向以一定的外插角鉆孔、安設鋼管，然后進行管內注漿固結軟弱圍巖的一種預支護措施。通過注漿，鋼管與圍巖緊密固結，使隧道拱頂預先形成加固的保護環，加固的保護環可以承受拱部的地面荷載和巖層重量，在巖體開挖后架設拱型鋼架支撐，支撐拱架相互連接，形成一個牢固的棚狀支護結構。由于鋼管和圍巖形成了一個固結的整體，拱部形變變小，傳遞給支護鋼架的上部荷載大大減小，從而保證了初期支護的安全。

2 管棚的施工工藝流程

套拱制作及導向管安裝→安裝鉆機→鉆孔→安裝鋼管→注漿

3 管棚設計參數

（1）鋼管規格：熱扎無縫鋼管φ108mm，壁厚6mm，節長6m、3m。（2）管距：環向間距3根/m。（3）傾角：仰角1～3°。（4）鋼管施工誤差：徑向不大于20cm。（5）兩根相鄰管棚的接縫應在垂直面上錯開一定距離，全部管棚的接縫位置應交錯布置。

4 注漿參數

（1）注漿漿液采用1：1的單液水泥漿，水泥為R42.5普通硅酸鹽水泥。（2）注漿壓力：0.5～3MPa。（3）擴散半徑：不小于0.2m。

5 管棚施工方法

5.1 套拱制作及導向管安裝

套拱為長管棚的導向墻，內設兩榀工字鋼支撐。導向管按設計角度牢固的固定在兩榀鋼架上，鉆孔前先噴射混凝土封閉掌子面，以免注漿時漿液漏出。導向管是控制成孔方向的主要手段，導向管采用φ140mm無縫鋼管，壁厚5mm，導向管長度為2m。導向管用經緯儀和水準尺測定方向后精確牢固的焊接在型鋼拱架上，使之成為一體。

5.2 安裝鉆機

用鋼管和枕木搭建鉆機平臺，平臺應一次性搭好，鉆孔由兩臺鉆機由高孔位向低孔位對稱進行。要求鉆機平臺搭建牢固，以利于安裝固定鉆機，防止鉆機不均勻下沉、擺動、傾斜而影響鉆孔質量，鉆機距工作面不小于2m。安設鉆機時要精確核定鉆機位置，確保鉆機鉆桿軸線與導向管軸線相吻合。

5.3 鉆孔

鉆頭直徑采用φ127mm，開孔時，應輕壓慢速鉆進，待成孔一米后可根據現場地質情況逐漸調整鉆速及風壓，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問題，鉆進時產生坍孔現象，需進行注漿后再鉆。成孔后用地質巖芯鉆桿配合鉆頭進行來回掃孔，用高壓氣從孔底向孔口清理鉆碴，確保孔徑、孔深符合設計要求。

5.4 安裝鋼管

鋼管在安裝前應在管身四周鉆φ10mm注漿孔，管頭切割后焊成圓錐形，便于入孔。利用鉆機的沖擊力和推力低速頂進鋼管，每完一孔便頂進一根鋼管。

5.5 注漿

注漿前先檢查注漿管路和機械設備，確認正常后做壓漿實驗，以確定漿液配比及注漿壓力等注漿參數。漿液配比選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液擴散半徑，現場通過試驗確定。漿液配制時要注意加料順序和速度，防止漿液結塊。注漿時應由下至上的順序施工，注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔及覆蓋層薄弱地段有無串漿現象，如發生串漿，應立即停注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗、木楔、快硬水泥或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續注漿。當注漿壓力達到3MPa，并持壓5min以上時，可停止注漿并及時封堵注漿口。對注漿加固區進行鉆孔取芯，觀察注漿充填情況，若沒有達到設計要求時，應進行補注或重注。

6 管棚施工的質量控制

（1）鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角。（2）鉆孔仰角的確定應視鉆孔深度及鉆桿強度而定，一般控制在1～3°，鉆機最大下沉量及左右偏移量為鋼管長度的1%左右，并控制在20～30cm。（3）嚴格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入隧道開挖線內，相鄰鋼管不得相撞和立交。（4）經常量測孔的斜度，發現誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應封孔，原位重鉆。（5）掌握好開鉆與正常鉆進的壓力和速度，防止斷桿。（6）在遇到松散的堆積層和破碎地質時，在鉆進中可以考慮增加套管護壁，確保鉆機順利鉆進和鋼管順利頂進。

7 結語

（1）雙豐隧道在洞口管棚施工時，對地表下沉、開裂、滑移狀況、邊仰坡穩定及隧道周邊收斂和拱頂沉降等項目進行了監控量測，其監測值均在允許范圍內。（2）經實踐證明，超前管棚支護結構具有足夠的可靠性，是隧道進出口軟弱圍巖地段初期支護的一個有效施工工藝。能夠有效的防止地表下沉和圍巖坍塌。（3）管棚與圍巖通過注漿緊密剛性連接，使拱內部圍巖承受的形變壓力大大減小，從而創造理想的開挖條件。超前管棚預加固體系作為縱向支撐，型鋼鋼架作為橫向和環向支撐，共同組成了一個聯合支撐體系，剛度較大，能夠阻止和限制圍巖變形。（4）超前管棚支護施工不需要大型機具設備，工藝簡單，操作方便，施工速度快，支護效果好，安全性高，且能夠有效的阻止滲漏水，經濟和社會效益顯著。