導向跟管鉆進技術在隧道大管棚支護中的應用

何 倩

(山西晉城路橋建設有限公司，山西晉城 048000)

0 引言

因區域地質構造和圍巖工程性質的變化，隧道在掘進過程中常會遇到斷層或軟弱破碎帶，易引起隧道拱頂圍巖失穩、漏頂等工程問題。在隧道施工過程中，一旦出現類似險情后，大多采用大管棚超前支護的施工措施。本文針對某隧道塌方段具體情況，經多方研究，最后選用了大管棚的“導向跟管鉆進技術”進行管棚施工，在施工中得到了成功應用，并取得了明顯的效果。

1 工程概況

某隧道左線LK21+830～LK22+355，長525 m，地質狀況為全、強風化片麻巖層，粒狀變晶結構，片麻狀構造，礦物成分以石英、長石、云母為主，巖層分化強烈，圍巖穩定性差，側壁經常小坍塌，處理不當會產生大坍塌，屬中透水層。進口明洞20 m，出口明洞8 m，Ⅴ級淺埋122 m，Ⅳ級圍巖295 m，Ⅲ級圍巖60 m，進出口洞門采用端墻式洞門。右線RK21+862～RK22+340，長478 m，地質狀況為弱風化巖，青灰色，粒狀變晶結構，片麻狀構造，礦物成分以石英、長石、云母為主，巖體較完整，圍巖穩定性較好，屬弱透水層，雨季時有滴水現象。進口明洞5 m，出口明洞12 m，Ⅴ級淺埋171 m，Ⅳ級圍巖250 m，Ⅲ級圍巖40 m，進出口洞門采用端墻式洞門。

該隧道在施工到距離洞口110 m處，由于該地連降暴雨，在左線LK22+245～LK22+258范圍洞頂發生了坍塌。透頂區域山頂沉陷寬度7 m，長度13 m，由于當時撤離及時，無任何損失。

塌方發生后，施工單位積極聯系設計單位對現場地質進行勘察，該處屬貧水段，工程地質較差，塌方土體總體松散，無自穩能力。經多方研究，采用大管棚進行超前支護的方案，管棚鉆機采用“導向跟管鉆進技術”。

2 大管棚的導向跟管鉆進原理及布設

導向跟管鉆進是用管棚代替鉆桿，在其最前端加裝自制導向鉆頭，鉆進過程使用導向儀能準確測定鉆頭在前方的位置和方向，據此確定鉆頭軌跡。同設計軌跡相比較，利用能進行方向控制的楔形鉆頭改變鉆進方位，從而按設計軌跡鉆通孔道，來保證后續開挖隧道的平面位置和縱向坡度不受影響。

管棚連接采用內絲扣進行接長，利用水平定向鉆將管棚分節依次旋轉頂進圍巖中。當管棚在定位傳感器指引下打至設計長度后，安裝加工好的鋼筋籠，再進行注漿、封閉等工序作業。

3 大管棚施工順序

1)施工準備。施工準備主要是施工作業人員和機械設備的配置和調試。根據需要每臺鉆機配置5名操作工人。鉆機采用500型專用鉆機，管棚鉆用導向儀采用200型管棚專用導向儀，配備有線數據棒，另外配置一臺250型注漿泵和兩臺灰漿攪拌機，為管棚打設后進行注漿加固。

2)測量放線。按照圖紙設計對大管棚孔位進行測量放線，按照33 cm間距進行布設，并對每個孔位進行編號，做好孔位標記。

3)鉆機就位調試。安裝管棚鉆機采用3 t倒鏈作為提升動力，采用焊接的方式把鉆機和導向拱架焊接牢固。調整鉆機高度，將鉆具與孔位對中，使孔位、鉆機立軸和鉆桿在一條直線上。

4)鉆頭安裝。采用φ108 mm管棚制作楔形鉆頭，中部安裝有線數據棒作為鉆頭。

5)導向孔的打設。按測量放線時所標的大管棚孔位，采用鉆機自帶淺孔沖擊器打設導向孔。

6)鉆孔作業。導向孔施工完畢后，即可安裝鉆頭進行鉆孔作業。在鉆孔中，如果發現管棚有下垂現象，可以把楔形鉆頭調到斜面朝下，直接頂進，此時由于楔形鉆頭底板斜面積大，從而受到一個向上的托力，偏移的楔形鉆頭軌跡就會朝上轉移。同理可以調整其他方向的偏移。如果角度合適，鉆機勻速旋轉鉆進，其鉆頭的鉆進軌跡就是平直的。當管棚打至設計深度后，回撤定位有限數據棒。終孔位置大約抬高0．3 m～0．5 m，滿足施工要求。

7)安裝鋼筋籠。管棚鉆進到位后，使用鉆機頂進加工好的鋼筋籠。鋼筋籠的頂部要做成尖狀，以滿足鋼筋籠送進時起到導向作用。前一節鋼筋籠與后節鋼筋籠采用焊接連接，焊接時要牢固。送鋼筋籠切記不可蠻送，如果遇到異物無法頂進時，就應把鋼筋籠來回緩慢活動一下，無阻礙時方可繼續送入。

8)孔口密封。用帶注漿管的鋼板與管棚端頭焊接牢固，注漿連接管可采用閥接式，必須焊接牢固，以防漿液壓力較大時崩脫或漏漿。將管棚與鉆孔環形空隙間用砂漿封堵密實，封堵環形前必須用高壓風將孔口部位混凝土墻面上的浮塵清理干凈。

9)注漿。管棚全部打設完畢后，即可對管棚進行注漿作業。為確保注漿質量，首先向孔內壓注水灰比為1∶1的水泥漿液，注漿壓力控制在0．2 MPa～0．6 MPa，進漿量控制在 1．5 倍 ～2．0 倍理論裸孔容積，當注漿壓力達到0．6 MPa并穩定后停止注漿。關閉注漿閥，同時封堵注漿管。

4 導向跟管鉆進方法的優點

1)能有效控制棚管打設方向，精度高，外插角可預設;

2)管棚施作距離長，一次性施作可超過50 m;

3)將鋼管作鉆桿直接打入，不擴大孔位，注漿后地面沉降接近零;

4)孔底注漿，孔口返漿，必要時封口注漿，可擴大管外土體注漿;

5)能按特殊要求的軌跡鉆進，在隧道內打設管棚無需預設管棚導向墻。

5 結語

導向跟管鉆進技術在某隧道長管棚支護中的成功應用，很大程度上滿足了施工現場的施工需要，減少了工序，節約了工期，取得了很好的效果。通過施工實踐，在特殊施工條件下使用“導向跟管鉆進技術”進行大管棚施工，實現了對管棚鉆進方向的可控性，鉆進精度有所提高，從而減少了隧道隱患的發生。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］．

［2］單慧強．淺談軟弱圍巖管棚施工技術［J］．山西建筑，2011，37(13):179-180．