大管棚超前支護技術在雨季隧道施工中的應用

摘要：闡述了碼頭隧道左洞出口淺埋段超前大管棚的施工，通過對監控量測結果進行分析，總結了超前預支護技術在通過軟弱圍巖時的作用。`

關鍵詞：雨季；隧道；超前預支護；堆積體；施工；效果評價

1.工程簡介

寶天高速公路牛背至天水段的碼頭隧道全長862.5m，隧道設計為上下線分離的四車道，建筑限界凈寬10.25m，凈高5m。右洞進口樁號YK34+495，設計標高89.42m。隧道右洞進口段位于淺埋地段，埋深12～19m，為第四紀（Qc4）坡積層與強風化花崗閃長巖接觸地帶。表層為松散無粘性的砂狀土，下伏強風化花崗閃長巖，巖石已風化呈土狀，夾雜部分角礫碎石，結構松散，圍巖自穩性極差，遇水易坍塌。隧道所處山體植被發育，地表、地下水豐富。

2.問題的提出及方案確定

隧道施工隨著表土清除，洞口開挖工作面形成，時值雨季提前到來，長時間降雨造成圍巖受浸泡富水飽和，地表泉水涌出，造成洞口段圍巖軟化，仰坡地表多處產生裂縫，最大裂縫寬12cm，形成2～3cm錯臺。洞口開挖工作面發生坍塌，施工進洞困難。

根據現場實際情況，結合其他隧道施工經驗，認為較為合理的施工方法是采用大管棚超前預注漿，先對洞口段堆積體進行固結處理再進行開挖，可以有效保證洞口邊仰坡安全，確保順利進洞。

3.施工設計

3.1 注漿機理

由于堆積體結構松散破碎，本工程采用滲透注漿及壓密注漿。

3.2 施工參數選擇

3.2.1 大管棚設計

大管棚采用φ108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，節長分別為3 m、6m。管棚環向間距拱部為30cm，墻部為50cm。外插角3°～ 5°。有孔、無孔鋼管交叉布設。有孔鋼管布設注漿完畢后再布設無孔鋼管。有孔鋼管上注漿孔孔徑12mm，孔間距20cm，梅花型布置，尾部50cm范圍內不鉆孔作為止漿段。

3.2.2 注漿參數設計

（1）注漿材料及配合比：注漿漿液采用水泥漿，水泥采用32.5（R）普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為0.8：1～1：1；

（2）注漿壓力：2.0～3.0MPa；

（3）漿液擴散半徑：不小于0.5m；

（4）單根鋼管注漿量：

Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β

式中：r為鋼管半徑，L為鋼管總長度，考慮與鉆機連接，取29m；R為漿液擴散半徑，取0.5m；η為地層孔隙率，堆積體經測試η為12%；α為漿液有效充填率，取0.9；β為漿液損耗系數，取1.15。

經計算，單根鋼管注漿量Q=3.09 m3。

4.方案實施

4.1 大管棚施工前準備工作

4.1.1 疏排地表水

洞口仰坡穩定地層，增設環型截水溝一道，攔截地表雨水；

4.1.2 引排地下水

在洞口附近位置鉆設2個φ20CM降水井，利用深井潛水泵和螺桿泵抽取地下水以疏干土體，降低洞口周圍地下水位。

4.1.3 施作套拱作為大管棚導向墻

洞口前端采用4m 長套拱（25#砼）作為大管棚導向墻。孔口套管沿拱圈環向布設間距、位置及方向應準確。

4.2 管棚施工

先施鉆、安設及注漿所有有孔鋼管，再施作無孔鋼管。

4.2.1 鉆孔

（1）根據套拱中預埋的鋼套管作為導向管進行鉆孔。掌子面必須按要求先噴一層素混凝土作為止漿墻，以確保掌子面在進行壓力注漿時不出現漏漿、坍塌。

（2）鉆孔速度應保持勻速，特別是鉆頭遇到夾泥夾沙層時，應控制鉆進速度，避免發生夾鉆現象。

（3）為避免鉆桿太長，鉆頭因自重下垂或遇到孤石鉆進方向不易控制等現象，開鉆上挑角度控制在 3°～ 5°之間，并隨時用測斜儀量測角度和鉆進方向。

4.2.2 安設管棚

⑴鉆孔完成后及時安設管棚鋼管，避免出現塌孔。

⑵鋼管逐節頂入，采用絲扣連接，絲扣長15cm。

⑶及時將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實，在鋼管外露端焊上法蘭盤、止漿閥，并檢查焊接強度和密實度。

4.3 管棚注漿

4.3.1施工程序及方法

⑴注漿前先檢查管路和機械狀況，確認正常后做壓漿實驗，確定合理的注漿參數，據以施工。

⑵注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象，如發生串漿，應立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續注漿。注漿過程中壓力如突然升高，可能發生堵管，應停機檢查。

⑶注漿壓力達到2.5Mpa，并持壓5min以上，可停止注漿，并及時封堵注漿口。

⑷注漿過程應派專人負責，填寫《注漿記錄表》，記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數據，觀察壓力表值，監控連通裝置，避免因壓力猛增而發生異常情況。

4.3.2 待有孔鋼管已全部注漿完畢后，再進行無孔鋼管的鉆孔、安設。

4.3.3 注漿效果評定

⑴對注漿加固區進行鉆孔取芯，觀察注漿充填情況。

⑵在進行無孔鋼管鉆孔時觀察孔內涌水顏色及涌水量，水顏色如較澄清或夾帶水泥渣塊，涌水量小于0.4L/min，則注漿效果較好，如涌水為泥漿顏色或涌水量較大時，應補注或重注。

5.堆積體段開挖

該段洞身開挖采用雙側壁導坑法，進洞前先施做超前小導管，將圍巖固結。超前小導管采用φ50×5mm無縫鋼管，節長5m，鋼管上注漿孔孔徑8mm，孔間距15 cm，梅花型布置，尾部40 cm范圍內不鉆孔作為止漿段，小導管環向間距50 cm，縱向間距250 cm，外插角15°。

6.效果評價

為保證施工安全及檢查大管棚的實施效果，施工單位專門組織對堆積體段的凈空收斂量測。在25m堆積體處理段埋設了3條收斂基線，監測數據分析見表1。從量測情況看，埋設初期3條曲線收斂增長較慢，上核心土開挖時收斂變形急劇增長，然后趨于穩定，均滿足設計要求。充分說明了大管棚預注漿超前支護對防止圍巖惡化，控制隧道變形作用是顯著的。

表1 凈空收斂監測變形分析mm/d

里 程緩慢增長階段速率

（0～30天）急劇增長階段速率

（30～40天）基本穩定速率

（40～60天）

YK34+5000.221.390.04

YK34+5060.431.570.05

YK34+5150.752.030.07

7總結及體會

面臨雨季施工的不利環境，利用大管棚作為穿越堆積體段的超前支護，其成功之處在于：通過注漿將松散的堆積體固結起來，利用大管棚支護圍巖，注漿體和管棚連成一個整體而受力，在隧道開挖輪廓線外形成一個環向的支撐體，有效地阻止了松散體出現坍塌，為隧道洞身安全、順利地施工創造條件，是新奧法與其他輔助施工方法的完美結合。

參考文獻：

[1]JTJ026-90，公路隧道設計規范[S].

[2]JTJ042-94，公路隧道施工規范[S].

[3]程驍，張鳳祥，土建注漿施工與效果檢測[M].上海：同濟大學出版社，1998.