談蓋挖法輔助隧道大管棚進(jìn)洞施工技術(shù)

韓 利 民

(山西路橋集團(tuán)國(guó)際交通建設(shè)工程有限公司，山西 太原 030006)

談蓋挖法輔助隧道大管棚進(jìn)洞施工技術(shù)

韓 利 民

(山西路橋集團(tuán)國(guó)際交通建設(shè)工程有限公司，山西 太原 030006)

針對(duì)米化梁隧道右線洞口段埋深淺、地質(zhì)軟弱、易坍塌的特點(diǎn)，提出采用蓋挖法輔助隧道大管棚進(jìn)洞施工的方法，有效發(fā)揮了管棚超前支護(hù)作用，為安全進(jìn)洞提供有力保障，增加隧道的恒久穩(wěn)固性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

蓋挖法，輔助，大管棚，淺埋，隧道，進(jìn)洞

1 概述

在我國(guó)高速公路建設(shè)日益發(fā)展的時(shí)代,山區(qū)隧道施工進(jìn)洞時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到洞口埋深較淺、地層軟弱等不良地質(zhì)現(xiàn)象。對(duì)于原生植被較好的淺埋地段、軟弱地層,采用蓋挖法輔助大管棚施工進(jìn)洞,堅(jiān)持了“不破壞就是最大的保護(hù)”的原則,實(shí)現(xiàn)了公路建設(shè)發(fā)展與自然環(huán)境保護(hù)共存；同時(shí)對(duì)于隧道洞口地質(zhì)條件較差，進(jìn)洞塌方現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對(duì)隧道施工帶來(lái)安全隱患，所以通過(guò)實(shí)踐證明，合理采用蓋挖法配合大管棚施工有效降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 特點(diǎn)

1)適用性。蓋挖法輔助大管棚施工能有效解決：開(kāi)挖斷面大，隧道拱部處在砂層或軟弱土層，遇水易軟化，圍巖類別為Ⅳ類以下；施工現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)輸條件差，施工難度大，占用場(chǎng)地少，工期短的隧道洞口施工。

2)風(fēng)險(xiǎn)小。地面干擾小，安全系數(shù)高，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

3)有效解決防排水問(wèn)題，攻克跨雨季施工難題。

3 適用范圍

1)適用于隧道軟弱地質(zhì)圍巖，淺埋地層施工。

2)進(jìn)出洞口覆蓋層較淺段的隧道施工。

4 工藝原理

當(dāng)隧道進(jìn)洞洞口覆蓋土層較薄或邊仰坡開(kāi)挖邊坡坡率過(guò)陡時(shí)，為了防止洞口開(kāi)挖后洞頂土體應(yīng)力快速釋放、土體變形較大乃至造成洞口坍塌，首先在洞頂土體上施作與隧道襯砌拱部弧度相近的混凝土蓋子，以保證隧道管棚施工時(shí)洞頂土體的穩(wěn)定；然后進(jìn)行超前大管棚施工；最后在蓋子上部結(jié)合原地面順坡回填碎石土、表層種植土，以保證隧道洞口施工的科學(xué)性、安全性和可靠性。

5 工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 工藝流程

蓋挖法輔助大管棚施工的工藝流程是：

洞口邊仰坡土方開(kāi)挖→蓋挖法施工→超前大管棚施工→暗洞進(jìn)洞。

1)蓋挖法施工流程。

洞口邊仰坡開(kāi)挖→洞口邊仰坡噴錨支護(hù)→拱部預(yù)留核心土開(kāi)挖→護(hù)拱條形混凝土基礎(chǔ)→蓋挖綁扎鋼筋→支模板→模板檢驗(yàn)→澆筑鋼筋混凝土(模板檢驗(yàn)合格后)→灑水養(yǎng)護(hù)→護(hù)拱上部開(kāi)挖(混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后)。

2)超前管棚施工工藝流程見(jiàn)圖1。

5.2 操作要點(diǎn)

蓋挖法施工是先留核心土開(kāi)挖臨時(shí)邊坡至拱腳設(shè)計(jì)高程處，在明挖基槽內(nèi)先施作套拱條形混凝土基礎(chǔ)，再按隧道襯砌拱部弧度澆筑鋼筋混凝土套拱至拱腳處，當(dāng)混凝土套拱(蓋子)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，然后進(jìn)行超前大管棚的施工。

采用蓋挖法施工可以有效的保護(hù)超前大管棚，使超前管棚發(fā)揮其超前支護(hù)作用。在洞口淺埋段和軟弱地層段的最大施工控制重點(diǎn)是隧道進(jìn)洞過(guò)程中防坍塌問(wèn)題，同時(shí)保護(hù)好自然生態(tài)環(huán)境。

1)施工前先行施作洞頂截水溝，按設(shè)計(jì)坡率開(kāi)挖邊仰坡，從上而下開(kāi)挖，防護(hù)工作緊緊跟隨開(kāi)挖工作，并且對(duì)山體的穩(wěn)定狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將邊仰坡上存在的浮石、孤石等予以清除，同時(shí)要將坡面凹凸不平部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?/p>

2)蓋挖法施工順序。

邊仰坡開(kāi)挖→邊仰坡噴錨支護(hù)→蓋挖綁扎鋼筋→支模板→模板檢驗(yàn)→澆筑鋼筋混凝土→灑水養(yǎng)護(hù)→蓋頂回填。蓋挖法采用整體開(kāi)挖，邊坡隨挖隨支護(hù)，支護(hù)參數(shù)為：底部采用0.6 m厚的C25鋼筋混凝土，主筋為Φ22帶肋鋼筋，箍筋為Φ16帶肋鋼筋，勾筋為Φ8光圓鋼筋，采用雙層鋼筋布設(shè)，環(huán)向間距與縱向間距均為20 cm，橫向?qū)挾?.5 m，縱向長(zhǎng)度10 m；上部采用M7.5漿砌片石，高度1.5 m；漿砌片石頂部為1.3 m高的碎石土，分層夯填；蓋挖混凝土兩側(cè)邊坡采用φ25早強(qiáng)砂漿錨桿，長(zhǎng)度為6 m，間距1.0 m×0.6 m；夯填碎石土部位的兩側(cè)邊坡采用φ22全螺紋砂漿錨桿，長(zhǎng)度4.5 m，間距1.0 m×0.6 m；錨桿打設(shè)完畢后鋪設(shè)20 cm×20 cm的φ8鋼筋網(wǎng)片，規(guī)格為2.2 m×1.2 m，搭接長(zhǎng)度為一個(gè)網(wǎng)格，上面噴射20 cm厚的C20混凝土；拱腳做加強(qiáng)處理，采用長(zhǎng)度為4 m的φ42小導(dǎo)管并注漿，間距1.0 m×0.6 m；洞頂仰坡設(shè)排水溝。

3)超前大管棚施工。

超前大管棚通過(guò)注漿穩(wěn)定地層以及管棚，避免開(kāi)挖過(guò)程當(dāng)中因地層軟弱而引起的拱頂坍塌問(wèn)題，它是隧道進(jìn)出洞口的重要輔助施工措施。

米化梁隧道左洞超前大管棚采用外徑108 mm、厚6 mm的熱軋無(wú)縫鋼管，管棚長(zhǎng)20 m，沿管壁四周梅花形鉆φ12 mm壓漿孔。在隧道拱部120°范圍內(nèi)環(huán)向布置41根管棚，間距為40 cm，外插角為3°。

4)混凝土套拱施工。

套拱即導(dǎo)拱，主要起到導(dǎo)向、管棚支撐作用。套拱組成：4榀間距60 cm的 Ⅰ16工字鋼、φ127×4 mm長(zhǎng)度2 m的導(dǎo)向管41根及長(zhǎng)2 m、厚60 cm的C25套拱混凝土。為保證隧道開(kāi)挖凈空且很好的起到超前支護(hù)作用，管棚導(dǎo)向管外插角應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在3°左右，與此同時(shí)，在導(dǎo)向管安裝的過(guò)程中，要借助于水平尺抑或是其他相關(guān)儀器加以檢測(cè)。安裝Ⅰ16鋼拱架，然后在其背部焊接φ127導(dǎo)向鋼管，安裝模板，最后澆筑C25套拱混凝土。

5)管棚鉆孔及鋼管施工。

a.鉆孔：養(yǎng)護(hù)套拱混凝土3 d后開(kāi)始鉆孔，用兩臺(tái)鉆機(jī)從套拱底部?jī)蓚?cè)開(kāi)始施鉆，沿弧度自下而上且標(biāo)記每個(gè)孔號(hào)，并且要將每個(gè)孔的注漿量、頂管時(shí)間和成孔時(shí)間記錄好，以便于確保超前管棚施工的整體質(zhì)量。在鉆機(jī)開(kāi)孔過(guò)程中，要保持低速鉆進(jìn)，當(dāng)鉆入大約20 cm之后，要按照正常鉆速進(jìn)行鉆進(jìn)。首根鉆桿尾部剩余25 cm左右時(shí)，要及時(shí)停止鉆進(jìn)操作，使用管鉗將鉆桿卡緊，在低速的狀態(tài)下反轉(zhuǎn)鉆機(jī)，繼而脫開(kāi)鉆桿。退回鉆機(jī)至原位，將第二根鉆桿裝入并使用聯(lián)接套連接妥當(dāng)之后，在低速狀態(tài)下送達(dá)到上一根鉆桿的尾部，對(duì)準(zhǔn)位置后聯(lián)為一體。此外應(yīng)當(dāng)注意的是，要將前方圍巖地質(zhì)狀況詳細(xì)記錄好。在換鉆桿時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)全方位的檢查鉆桿有無(wú)損傷，檢查鉆桿彎曲與否，檢查中心水孔暢通與否。依此類推，直至完全符合鉆孔深度方面的要求。

b.頂管：管棚選用的是型號(hào)為φ108 mm的無(wú)縫鋼管，通過(guò)鉆機(jī)的推力及其沖擊力，沿著引導(dǎo)孔把裝有工作管頭的棚管鉆進(jìn)，與長(zhǎng)棚管相連接，直到孔底。當(dāng)管棚接長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先頂入首根鋼管至鉆好的孔之內(nèi)，然后再逐根的進(jìn)行聯(lián)接。要在每節(jié)鋼管的兩端焊接管節(jié)聯(lián)接套，以有利于聯(lián)接操作。對(duì)于相鄰管的接頭，務(wù)必要確保前后錯(cuò)開(kāi)，防止接頭處于同一斷面中。安裝好鋼管后，要盡可能的低速推進(jìn)，控制推進(jìn)的壓力在4.0 MPa～6.0 MPa之間，控制沖擊壓力介于18 MPa～22 MPa之間。推進(jìn)首根鋼管孔外剩余大約30 cm時(shí)，要反轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)，使鋼管和聯(lián)接套相互脫離，退回鑿巖機(jī)至原位，將第二節(jié)鋼管裝上，保持低速前進(jìn)，使其與第一節(jié)鋼管端部進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，繼而聯(lián)接好鋼管，讓兩節(jié)鋼管能夠聯(lián)成一體。低速依次用鑿巖機(jī)的沖擊壓力以及推進(jìn)壓力頂入鋼管。當(dāng)鋼管頂進(jìn)后，將鋼筋補(bǔ)強(qiáng)管棚安設(shè)妥善(如圖2，圖3所示)。

6)管棚注漿。安裝完成鋼管后就可以封堵管口開(kāi)始注漿，留止?jié){塞、注漿孔以及止回閥。按照圍巖情況和地質(zhì)條件可知，注漿材料基本上可以劃分為兩大類：其一為注水泥漿或雙液漿(水泥—水玻璃)，其主要作用為：a.漿液通過(guò)管棚進(jìn)入巖體裂隙中經(jīng)過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)，在短時(shí)間之內(nèi)將軟弱、破碎圍巖抑或是松散顆粒膠結(jié)成整體，發(fā)揮出超前支護(hù)的作用，提高圍巖的整體穩(wěn)定性、為隧道開(kāi)挖提供安全施工保障；b.漿液填充巖體空隙、凝結(jié)固化，阻止地下水、雨水滲入隧道，起到防水的作用；其二為注水泥砂漿，其作用為增強(qiáng)鋼管強(qiáng)度。

為防止?jié){液從巖面裂隙中反滲，注漿前對(duì)管棚套拱周圍的地表進(jìn)行噴射封閉，混凝土厚度為8 cm～10 cm。借助于注漿機(jī)進(jìn)行注漿，可以先注無(wú)滲水孔的，然后再注有滲水孔的。將注漿壓力嚴(yán)格控制好，不僅應(yīng)當(dāng)有充沛的注漿壓力，將土體內(nèi)的裂隙阻力及自然水壓力克服，確保充分的漿液擴(kuò)散填充，實(shí)現(xiàn)加固堵水的功效；同時(shí)還要避免壓力過(guò)大而導(dǎo)致開(kāi)挖面壓裂。在施工中，要記錄注漿機(jī)中存有的漿液體積，記錄過(guò)程中所加入的漿液體積以及剩余的漿液體積，將總體注漿量進(jìn)行嚴(yán)格控制。同時(shí)要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完配制的漿液。

大管棚施工完成后示意圖如圖4所示。

6 效益分析

隧道洞口段的軟弱破碎圍巖地段、淺埋地段采用“蓋挖法輔助大管棚”進(jìn)行隧道施工，該工法施工簡(jiǎn)便，安全性好，可靠性高，能縮短工期，可以被廣泛應(yīng)用于隧道施工中，特別是在洞口淺埋段覆蓋層較薄的隧道施工中使用，比其他施工方法不僅加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了成本和機(jī)械，提高了物資利用率，而且損耗小，降低了施工成本。

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

施工具體節(jié)約施工成本如表1所示。

表1 節(jié)約施工成本分析表 萬(wàn)元

6.2 社會(huì)效益

蓋挖法輔助大管棚施工，有效的將大面積破壞植被以及大挖大填等諸多加以克服，最大限度的彰顯人與自然和諧共處，從而為景觀隧道與生態(tài)隧道的打造提供了一條可借鑒之路。

[1] 方忠強(qiáng),李 浩.“蓋挖工法”在茅山隧道施工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2008(3)：61-63.

[2] 中鐵一局.淺埋段蓋挖法施工技術(shù)[J].隧道施工標(biāo)準(zhǔn)化，2012(9)：977-989.

[3] 溫智勇.蓋挖法在山嶺隧道淺埋段施工中的應(yīng)用[J].山西交通科技，2006，187(4)：51-53.

[4] JTJ 042—94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

Discussion on construction technology of covered-excavation method assisting large tunnel pipe shed entrance

Han Limin

(ShanxiHighwayBridgeGroupInternationalTrafficConstructionEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

In light of right tunnel entrance shallow burying, soft geology and easy collapsible and other features, the thesis puts forward covered-excavation method assisting large tunnel pipe shed construction, and points out its advantages, such as effectively playing the advanced support role of pipe shed, providing powerful guarantee for safety tunnel entrance, increasing enteral tunnel stability, and possessing obvious economic and social benefits as well.

covered-excavation method, auxiliary, large pipe shed, shallow burying, tunnel, tunnel entrance

2015-04-07

韓利民(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)17-0171-03

U455

A