公路隧道大管棚施工技術(shù)分析

摘 要：本文首先介紹了工程概況與現(xiàn)場地質(zhì)情況，然后就隧道工程洞身施工，隧道工程邊仰坡施工，以及Ⅳ級圍巖與Ⅴ級圍巖的施工方式對公路隧道大管棚的施工技術(shù)進(jìn)行了一系列探討與分析，以期為同類工程起參考與借鑒價值。

關(guān)鍵詞：公路隧道；施工；技術(shù)；大管棚

前 言

公路隧道（Highway Tunnel），即是建設(shè)于地下，方便行人或供車輛通行的通道[1]。近年來，隨著工程炸藥的發(fā)展以及運輸事業(yè)的進(jìn)步，道路隧道規(guī)模逐年擴(kuò)大，至如今，已成為我國最為常見的道路工程之一，并在促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著不可忽略的重要作用。管棚法是近年新興的一種隧道掘進(jìn)技術(shù)，通過預(yù)埋超前管棚來強(qiáng)化對側(cè)壁與頂板的支撐作用，從而方便后續(xù)隧道開挖施工，是當(dāng)前解決冒頂問題的最有效方法[2]。下面，本文將就如何在公路隧道中開展大管棚施工進(jìn)行探討。

1 工程概況與現(xiàn)場地質(zhì)情況

本工程項目位于山區(qū)，地段狹窄且地形地貌復(fù)雜，局部基巖暴露，海線地層主要由亞粘土、下伏奧陶系灰?guī)r以及第四系種植土組成，地表覆蓋層為泥質(zhì)灰?guī)r。隧道地址屬中心地貌，起止里程為K51+065～K51+375，自然坡度約為35°，海拔為1.428m，總長為315m。隧道里程總長305m，樁號K51+070～K51+375，其中K51+075～K51+125屬V級圍巖，且為溝槽，松散堆積物，地表與拱頂間距為5米，使用管棚支護(hù)及地表注漿；K51+125～K51+330屬Ⅳ級圍巖，K51+330～K51+375屬V級圍巖；此外，K51+365～K51+375，K51+065～K51075均屬明洞。隧道內(nèi)部以建筑限界凈高6m，凈寬10m，凈斷面為單心圓拱，R=4.82m；隧道出口加強(qiáng)段長度為12m，進(jìn)口加強(qiáng)段長度為37m。施工設(shè)計以新奧法原理為依據(jù)實行開挖操作，初期支護(hù)主要為徑向錨桿、噴漿、超前小導(dǎo)管及立架，二襯則為鋼筋混凝土襯砌。

2 公路隧道大管棚施工方案

2.1 隧道工程洞身施工

隧道測量放線工作根據(jù)圍巖等級及斷面規(guī)格進(jìn)行，放線結(jié)束后再行布孔、爆破及開挖作業(yè)，開挖期間嚴(yán)格將欠挖與超挖數(shù)目限制在指定范圍內(nèi)，如遇方石，則使用預(yù)裂爆破法將其爆破。在開挖初期支護(hù)期間，為避免出現(xiàn)任何收縮、變化或下沉現(xiàn)象，必須密切注意每項重復(fù)施工是否嚴(yán)格按照流程與規(guī)范進(jìn)行，尤其是Ⅴ級、Ⅳ級圍巖施工，，為防止埋下安全隱患，測量工作更是不可忽視。注意事項：鉆爆主要采取預(yù)裂爆破法；技術(shù)重點在于起爆次序、鉆孔角度、深度以及每個孔的填藥量；鉆孔布設(shè)以掏槽輔助、周邊輔助、周邊眼及掏槽孔為主；拱頂則以壓頂層至周邊孔、周邊輔助孔為主。

實行預(yù)裂爆破時，最小抵抗線應(yīng)以圍巖點為依據(jù)，自周邊眼及周邊眼間距中擇選出來，同時還應(yīng)保證藥量的合理性，將周邊眼填藥量嚴(yán)格限制在要求范圍內(nèi)，再以科學(xué)方式將藥量分布于炮眼[3]；對于周邊眼，則適于使用直徑相對較小的低爆速炸藥或藥卷。此外，還可利用傳達(dá)室爆線，使用具有較佳防水性能的乳化炸藥，采用導(dǎo)爆管以毫秒微差按順序起爆，從而實現(xiàn)空氣間隔裝藥爆破。

2.2 隧道工程邊仰坡施工

工程選用長度為5m的導(dǎo)管注漿掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，直徑為40mm。施工時，先對邊仰坡截水溝進(jìn)行作業(yè)，而后對邊仰坡實施放線與開挖作業(yè)，自上而下開挖至高度約3.5m時，對小導(dǎo)管進(jìn)行成孔操作，要求成孔數(shù)目、長度及注漿壓力均依照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實施，注漿結(jié)束后再行掛網(wǎng)，并噴射強(qiáng)度為C20的混凝土至厚度達(dá)15cm為止，施工完成后，重復(fù)上述步驟。

2.3 隧道工程Ⅳ級圍巖施工

考慮隧道里程K51+125～K51+330段Ⅳ級圍巖特性，開挖時，主要以弱爆破、短進(jìn)尺及強(qiáng)支護(hù)跟進(jìn)上半部，下半部則以留馬口、拉中槽等方式跟進(jìn)。開挖單邊時以馬口支護(hù)作為主要跟進(jìn)方式，實行馬口跳槽。因工程所處環(huán)境地質(zhì)不佳，故開挖斷面規(guī)格達(dá)標(biāo)且出碴結(jié)束后，需馬上實行初噴混凝土至10～20cm，同時，為抑制圍巖因松垮而發(fā)生形狀變化，應(yīng)及時將巖面封閉，以保證圍巖應(yīng)力分布均勻。初噴混凝土前，首先將依附于圍巖表面的雜物、松石等清除干凈，而后以濕噴法進(jìn)行噴射；噴射時，為降低回彈率，加大混凝土粘結(jié)度，應(yīng)適量減少其中小灰骨比例，以避免混凝土因巖面凹凸不平而無法與其進(jìn)行充分粘合。

2.4 隧道工程Ⅴ級圍巖施工

首先進(jìn)行上半部開挖操作，以弱爆破、短進(jìn)尺及強(qiáng)支護(hù)跟進(jìn)，下半部則以留馬口、拉中槽方式跟進(jìn)，開挖單邊主要采取馬口支護(hù)法跟進(jìn)，行馬口跳槽。對于暗洞淺埋段，以人風(fēng)鎬開挖上下導(dǎo)坑，當(dāng)開挖過程中遇石方時，以小爆破破除。排險結(jié)束后，先行噴射厚度為25cm左右的混凝土，而后立即作第一榀格柵拱架，再次噴射混凝土，從而與之形成一體將洞封閉為面。應(yīng)用超前大管棚、水泥砂漿及鋼筋籠完成加強(qiáng)段注漿工作。

2.4.1 鉆進(jìn)施工

施工順序由低孔起，以左右兩旁朝向中間方向趨勢實行平行施工作業(yè)，設(shè)備選用80型多功能液壓鉆機(jī)2臺。鉆孔時應(yīng)確保導(dǎo)向管朝向與鉆機(jī)擺設(shè)鉆桿朝向相同，鉆機(jī)與工作面間距不可短于2m，鉆孔頂入長管棚鋼管。開鉆時，成孔未深入時應(yīng)將壓力與速度調(diào)至較低水平，待成孔深入數(shù)米后再隨深度逐漸調(diào)高壓力；鉆進(jìn)期間，應(yīng)隨時根據(jù)地質(zhì)的變化而選取不同鉆頭，如合金管鉆適于鉆進(jìn)一般土質(zhì)或較軟巖石，而沖擊鉆頭則能夠?qū)杂矌r石擊碎；同時，鉆孔應(yīng)沿鉆機(jī)位所定基線進(jìn)行，并應(yīng)時刻注意鉆孔方向，以保證鉆孔準(zhǔn)確性。部分巖土可能對管壁形成較大阻力，影響鉆進(jìn)，為此可于前半段使用直徑125毫米鉆頭，后半段選取直徑110毫米鉆頭，如此即可將鋼管頂入。此外，若鉆進(jìn)中因遇復(fù)雜地層而導(dǎo)致成孔失敗，可實行預(yù)注漿加固鉆入成孔法，或以加長巖芯管跟管鉆進(jìn)。

2.4.2 套拱施工

本工程管棚固定墻應(yīng)用強(qiáng)度等級為C25混凝土套拱，于明洞輪廓線外施做，施做時保持與掌子面緊密貼合；將4榀I14型鋼材所制成的鋼拱架埋入套拱中擔(dān)當(dāng)橫架，而后進(jìn)行焊接，使橫架與管棚鋼管成為一體。支撐使用鋼管搭架，初襯則利用噴射混凝土進(jìn)行作業(yè)，根據(jù)施工設(shè)計要求完成孔口管與布筋的安裝工作，確定孔口管、布筋的角度及位置無誤后，再行套拱混凝土作業(yè)。鉆進(jìn)期間，為保證鉆機(jī)立軸方向的準(zhǔn)確性，應(yīng)每隔一小段時間即使用測斜儀對鋼管鉆進(jìn)偏斜度進(jìn)行測量，一旦偏斜超過標(biāo)準(zhǔn)值則應(yīng)立即對其進(jìn)行調(diào)整糾正，以最大程度減少因人為操作不慎而導(dǎo)致的鉆孔偏移。

在進(jìn)行管棚施工作業(yè)時，先將鋼花管開孔，然后利用套管機(jī)對其施打，注漿，再施打無孔鋼管，無孔鋼管可用于檢測注漿質(zhì)量及管質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。應(yīng)用長度為16cm的絲扣將節(jié)長為5m、7m的鋼管接頭連接起來，連接時，應(yīng)注意將相鄰的鋼管接頭錯開，且錯開距離以不少于1米為宜；此外，隧道豎向同一橫斷面中的接頭數(shù)不應(yīng)超過50%。

2.4.3 掃 孔

掃孔目的是為清理孔內(nèi)雜物及巖碴，從而使孔道通暢無阻。取巖芯管進(jìn)行掃孔，芯管長度應(yīng)不短于2.5m，同時直徑以107mm為宜；若下管受阻，需結(jié)合高壓空氣吹洗重復(fù)數(shù)次掃孔工作，直至孔內(nèi)再無巖碴雜物為止。

3 結(jié) 語

綜合上述，在將水泥漿注入鋼管內(nèi)后，管棚強(qiáng)鋼度得到明顯加強(qiáng)，展現(xiàn)出較佳的支撐作用，但從整體施工過程來看，由于地質(zhì)較為復(fù)雜，注漿量、壓力控制及注漿終孔等作業(yè)難度較高，還需積累大量實踐經(jīng)驗才可實現(xiàn)大管棚施工技術(shù)的完善與改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]牟銳.下穿公路隧道大管棚施工地表沉降研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù).2012（03）.

[2]鄢澤紅.軟巖富水條件下隧道高精度大管棚施工技術(shù)[J].中外建筑.2013（05）.

作者簡介：陳向利（1975-），男，漢族，遼寧省沈陽市人，本科，工程師，研究方向為鐵道工程技術(shù)施工，從事的工作中鐵九局集團(tuán)項目指揮長。