淺析超前大管棚支護(hù)在高速公路隧道中的應(yīng)用

摘要：目前為了更快實現(xiàn)我國交通運輸高速化、重載化，從而加快了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐。修建大量的公路隧道也越來越受到重視。而隧道通過軟巖地帶時，給掘進(jìn)帶來較大的困難，也很容易發(fā)生安全事故。本文重點對公路隧道超前大管棚支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用及施工進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：公路隧道 超前支護(hù) 大管棚

引言：隧道是處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的建筑工程，它受天然形成的地質(zhì)狀態(tài)如地應(yīng)力、地質(zhì)物理參數(shù)、地下水、地質(zhì)斷層等因素和人工開挖操作如開挖方式、支護(hù)方式、支護(hù)時間等因素影響很大。本文重點分析了超前大管棚支護(hù)技術(shù)在公路隧道施工中的應(yīng)用。

1.概述

目前在我國公路隧道的建設(shè)中，地方公路隧道占很大比例，其顯著特點是長度較短、埋深較淺。目前在建的地方公路隧道埋深一般在10～100m，圍巖級別一般為Ⅲ～Ⅴ級。這種埋深淺、風(fēng)化嚴(yán)重、節(jié)理發(fā)育，在隧道的進(jìn)出口尤為嚴(yán)重，部分區(qū)段圍巖強(qiáng)度很低，巖體高度節(jié)理化，在開挖過程中拱頂經(jīng)常出現(xiàn)掉大塊，小坍塌，處理不當(dāng)就出現(xiàn)大坍塌，側(cè)壁經(jīng)常小坍塌，造成推進(jìn)困難。在這類隧道開挖過程中都要采用超前預(yù)支護(hù)措施，其中管棚超前支護(hù)是較為常用的超前支護(hù)手段。

2. 超前大管棚支護(hù)技術(shù)

2.1受力原理

超前管棚支護(hù)是在擬開挖的隧道、地下洞室等開挖輪廓周邊上，間隔一定的間距，沿洞軸以一定的外插角鉆孔，安裝慣性矩大的鋼管，然后進(jìn)行注漿固結(jié)的一種預(yù)支護(hù)措施。其工作原理為：①通過管棚注漿，使拱頂預(yù)先形成加固的保護(hù)環(huán)。而加固環(huán)發(fā)揮“承載拱”的作用，承受拱上部的地面荷載和巖層重量，使拱內(nèi)部圍巖僅承受拱部圍巖的形變壓力，從而創(chuàng)造了理想的開挖條件。②當(dāng)超前管棚沿隧道開挖輪廓周邊密布時，加固環(huán)的變形變小，傳遞給隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的上部荷載大大減小，同時通過環(huán)形固結(jié)層與管棚，將拱部圍巖的形變應(yīng)力傳遞給支撐拱架。由于支撐拱架間的相互連接，形成整體支護(hù)，有效地保證了掘進(jìn)施工和初期支護(hù)的安全。

2.2管棚施工

（1）施工準(zhǔn)備。①在熟悉設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)查地質(zhì)情況，按可灌注和空隙比或滲透系數(shù)確定注漿類型；②通過試驗確定或調(diào)整注漿半徑、注漿壓力和單管注漿量；③加工導(dǎo)管，準(zhǔn)備施工機(jī)具和器材。

（2）定向和布孔。布孔參照相關(guān)圖紙，相鄰孔位誤差≯5cm。管棚定向可采用以下兩種方法：①先施做護(hù)拱，護(hù)拱做為長管棚導(dǎo)向墻，在開挖輪廓線以外拱部范圍內(nèi)施做，環(huán)向間距一般為0.4m，護(hù)拱縱長2m，位置在明暗交界外明洞部分。支底模，安裝三榀型鋼拱架，按孔口管間距，焊接固定孔口管位置，孔口管作為管棚的導(dǎo)向管，它安設(shè)的平面位置、傾角、外插角的準(zhǔn)確度，直接影響管棚質(zhì)量。應(yīng)用水準(zhǔn)儀配合坡度板設(shè)定孔口管的角度，檢查無誤后，澆筑護(hù)拱砼。②采用掛線定向，距離以10m為宜，通過前后兩點掛線確定管棚的方向，在定向是應(yīng)考慮線路縱坡對外插角的影響。 布孔見圖一：

（3）鉆孔、安裝鋼管。鉆孔前先噴混凝土封閉掌子面，以防漏漿，而后測量布孔，在設(shè)計孔位點上標(biāo)記。然后用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，開孔時，先輕壓慢速鉆進(jìn)，以保證開孔質(zhì)量。鉆進(jìn)中用測斜儀量測鉆孔方向，發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計要求，及時糾正。在鉆孔過程中，應(yīng)認(rèn)真做好鉆進(jìn)過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進(jìn)行地質(zhì)判斷、描述，作為洞身開挖時地質(zhì)預(yù)報而指導(dǎo)洞身開挖。成孔后，應(yīng)清孔，用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭進(jìn)行反復(fù)掃孔，清除浮渣，然后用高壓風(fēng)從孔底向孔口清理鉆渣，以免堵塞。成孔檢查合格后，人工和機(jī)械推送鋼管入孔，為防止塌孔保證孔向正確，每鉆一孔注一孔漿。一般設(shè)計第一根按有孔鋼花管.第二根按無孔鋼管，鋼管采用絲扣連接，為是接頭錯開.編號為奇數(shù)的首尾兩節(jié)鋼管采用3m鋼管，編號為偶數(shù)的鋼管采用6m鋼管，其余每節(jié)均采用6m鋼管。鋼管就位后加以固定，鋼管與導(dǎo)向管間隙用麻絲和錨固劑封堵。

（4）注漿施工。①注漿準(zhǔn)備：管棚安裝完成后，旋上孔口閥，連接注漿管路。利用注漿泵先壓水檢查管路是否漏水，設(shè)備狀態(tài)是否正常，而后再做壓水實驗，核實巖石的滲透性。②漿液配制：在注漿前有實驗確定漿液配比、注漿壓力等注漿參數(shù)。漿液配比選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液擴(kuò)散半徑，現(xiàn)場通過實驗確定。配制漿液時，要注意加料順序和速度，防止?jié){液結(jié)塊。③注漿施工：清孔后，按由下至上的順序施工，漿液先稀后濃、注漿量先大后小，如遇串漿或跑漿則隔孔灌壓。④結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：采用終壓和注漿量雙控制。以單管設(shè)計注漿量為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓≮20min，進(jìn)漿量仍達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，也可結(jié)束注漿。⑤效果檢查：開挖檢查漿液滲透仍達(dá)不到固結(jié)狀況，根據(jù)壓力漿量曲線分析判斷，沒達(dá)到設(shè)計要求時，應(yīng)進(jìn)行布孔注漿。

3.經(jīng)驗及總結(jié)

①管棚施工中需根據(jù)施鉆部位的地質(zhì)情況選取合適的傾角，角度過小將可能導(dǎo)致管棚遠(yuǎn)端下垂至隧道開挖輪廓內(nèi)，影響后期施工，角度過大管棚離開挖輪廓距離過大，管棚下方的三角土體坍塌給洞身開挖支護(hù)帶來很大困難。②長管棚注漿超前支護(hù)在破碎堆積體中注漿效果較好，開挖后可看到管棚之上破碎石塊被膠結(jié)成整體，并且長管棚中補(bǔ)注的水泥砂漿也增大了鋼管棚剛度。但是在風(fēng)化巖層中，即使巖塊破碎，但往往巖塊中充填濕粘土，粘土具有可塑性，而注漿液滲入幾乎為零，隧道拱部開挖后，一般管棚之下所謂擴(kuò)散半徑以內(nèi)的巖體自然脫落形成超挖，管棚由于間距一般達(dá) 40 cm，石塊及土層在高速公路活載作用下，經(jīng)常沿縫隙流塌而形成塌穴的現(xiàn)象，必須及時回填封閉或在后期開挖過程中施作超前小導(dǎo)管注漿進(jìn)行支護(hù)。③鉆孔過程中如出現(xiàn)不均勻地質(zhì)或者孤石，為防止偏孔，在兩種地層特別是從較軟地層到較硬地層或孤石時，必須進(jìn)行擴(kuò)孔。④管棚施工必須選用技術(shù)能力強(qiáng)、有責(zé)任心的工人，以保證施工質(zhì)量。

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