公路隧道大管棚施工技術

李　云

(貴州省交通建設工程造價管理站，貴州 貴陽　550008)

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隧道工程

公路隧道大管棚施工技術

李云

(貴州省交通建設工程造價管理站，貴州 貴陽550008)

摘要：介紹某隧道施工過程中的管棚工藝參數，著重分析在棚頂下斷層破碎帶內開挖與支護等施工工序對隧道圍巖變形的影響過程，并根據監測的有關圍巖變形時效曲線，得出了相應的階段時間以及對應的開挖面到監挖斷面的距離。

關鍵詞：公路隧道；大管棚；施工技術

1隧道工程地質概況

某隧道為雙洞雙車道公路隧道。穿過地層系典型的背斜構造，以三疊系石灰巖、白云巖和泥質灰巖為主，巖層產狀較穩定。斷層及其影響帶近垂直地穿過隧道東段，破碎帶寬約40m，上盤為三疊系須家河一組灰巖，下盤為二疊系雷口坡組白云巖。隧道軸線方向近東西向，巖層相對開挖方向為順傾，易坍塌。破碎帶內隧道開挖斷面積約80 m2，依國際隧道協會(I·T·A)標準屬大型隧道。

隧道所在地區地表相對高差在280 m以內，斷層穿過隧道處的相應地表為緩坡地形。洞內地下水源點及其流量受季節影響很大。

2越過斷層破碎帶的有效措施——管棚法

管棚是目前國內各工程局、隧道局施工隧道的常用輔助措施，它由鋼管和鋼架構成。該隧道的管棚施工參數如下：

鋼管：φ80 mm的無縫鋼管，沿隧道拱頂及兩邊墻輪廓縱向水平設置。鋼管中心距為30～50 cm，絲扣聯接。考慮XY-2B型鉆機施工，允許10°之內的外偏角。鉆孔完畢后，集中用KBY-50/70型液壓注漿泵向管內壓注水泥漿液。

鋼架：系φ22 mm的20MnSi鋼筋焊接而成的格柵構架，縱向間距0.75～1.0 m。格柵鋼架取材容易、加工簡單、安裝方便、與混凝土粘結力強，并和錨桿等初期支護手段形成隧道建造中的實際承載結構。

考慮到單液水泥漿開挖時間為注漿后8 h左右及開挖面的安全，同時 必須面對工作面前大型工作平臺的拆除、運出等具體工作，在注漿或一周左右恢復開挖面的推進。

3隧道監控面及其測線布置

3.1收斂計

SWJ型隧道凈空變位測定計：重錘一百分表型，系鐵科院西南分院研制產品。考慮到本隧道施工監測中安裝方便、迅速讀數而進行了自行改進。

KM—1型收斂計：彈簧—螺旋測微型，系中信巖土測試儀器公司的新型專利產品。

3.2監控面及測線

施工監控面間距為5～10 m，采用四測線布置形式。

4管棚護頂下隧道圍巖變形過程分析

該監控面是在提前完成的管棚護頂下布置的，并在爆破前2 h初測。12 h后復測時，圍巖向內空水平擠入4.33 mm，變形速率達8.66 mm/d。于是停止開挖，4.5 h后又測，變形量增至5.02 mm。可見在管棚作用下恢復開挖的初期，圍巖變形速率是很大的，這反映了軟弱破碎帶圍巖變形大且快速增長的特點。1.54 d后，初噴—打設砂漿錨—掛鋼筋網—復噴—架鋼架—又噴混凝土構成的初期支護工藝已經完成。隨著混凝土的固結和砂漿錨桿約束作用的發揮，快速增長的圍巖變形態勢得到了有效控制，變形速率降至3.02 mm/d。由此看出及時完成初期支護，可從很大程度上控制隧道圍巖的變形趨勢，以維持隧道凈空必要的大小和形狀。在混凝土抗壓強度接近其28 d齡期強度的70%時，監測到隧道凈空出現擴張現象，變形回彈了0.23 mm。對隧道壁面進行的細致觀察表明噴層完好，錨桿無拉出或拉斷現象。此時，變形速率已降為初始變形速率的1/7.66,急劇下降的速率曲線平緩下來，圍巖變形量增長曲線出現第一個臺階狀變化。第八天恢復全斷面鉆爆掘進，圍巖變形增量又陡然增至1.27 mm，變形速率曲線上出現一個峰值(1.1 9mm/d)。這是由于開挖面的支撐效應以及開挖斷面與后方支護及兩側邦巖體構造的穹窿空間作用所致。當緊隨開挖而布置的輻向砂漿錨桿不足以將圍巖與支護結構有效結合時，在松散土巖表面形成的薄壁殼狀支承體只是相對穩定結構，在一定的應力或變形限度內是能夠維持其動態平衡的。隨著開挖面向前推進，穹窿空間不斷擴大，殼狀結構經受外力沖擊的能力逐漸減弱，決定隧道結構穩定性的是圍巖和支護界面的接觸條件及其有效接觸應力，而隧道斷面的變形、圍巖位移及其隨時間變化的特性是衡量該結構動態的可靠指標。因該隧道巖層為較規律的沉積巖層，在其窿起形成背斜構造過程中，巖體間原有粘結力遭到破壞并在不同程度上降低了強度，但同時增強了垂直于巖層界面的法向擠壓力，并積蓄了一部分變形能，爆破開挖導致巖體變形能的釋放，引起裂隙張開和向凈空突然的位移，于是圍巖變形出現加速現象，即預示著現有支護系統需要加強。為減少圍巖暴露面，增加施工安全感，開挖循環完成后，迅速將格柵鋼架和噴錨網支護延伸至工作面附近。此時變形速率降為1.01 mm/d。變形曲線斜率出現減小，出現第二個“臺階”。開挖面距監控面僅為0.39D(D為隧道開挖寬度)。之后，開挖面連續向前推進5m(每次進尺1～1.5 m)，在剛恢復掘進的短時間內圍巖變形量增至10.14 mm,變形速率曲線上出現峰值，但在連續均勻進尺時，圍巖變形卻增長緩慢，變形速率降為0.88 mm/d。分2～3次噴射混凝土后，再次監測到隧道凈空出現水平擴張現象，位移量為0.22 mm，形成第三個臺階狀增長曲線，這時開挖面距監控面為0.79 D。如此循環下去，當距開挖面1.18 D時，圍巖變形出現出現第四個“臺階”，但臺階高度已明顯減小。在即將進入前方二疊系雷口坡組地層時，沿弧形拱頂打設了φ50 mm小管棚后，圍巖變形得到進一步控制而變得平穩，速率變化量趨于零，加速率幾乎為零。仔細觀察混凝土層，未出現裂紋，錨桿、鋼架亦正常，表明圍巖—支護結構進入了基本穩定狀態。

5結論

管棚護頂下，軟弱破碎圍巖的變形—時間曲線受施工工序影響而明顯的臺階狀增長，“臺階”高度隨時間延長，開挖面的向前推移而越來越小。在開挖面距監控面0.5 D之內，圍巖變形增長很快，當此距離達到2 D時，圍巖便基本穩定下來。fv34保持施工循環的正規連續性，利于圍巖變形快速收斂而趨于穩定。大管棚護頂下加設小管棚能加快圍巖穩定的進程。隧道內空擴張現象是圍巖—支護結構受力調整的反映。

參考文獻：

[1]韓文忠長管棚在臨吉高速公路隧道淺埋段施工中的應用[J].北方交通，2009.

[2]葉飛，霍三勝，常文偉.公路隧道穿越軟弱破碎煤系地層及采空區施工安全控制技術[J].公路，2011，(6)：199-204.2

收稿日期：2015-11-15

作者簡介：李云(1975-)，女，高級工程師，研究方向：造價審查.造價監督。

中圖分類號：U455.4

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)06-0154-01