高速公路隧道大管棚施工技術探討

劉淵

[摘 要]管棚是一種隧道的支護形式，由于它的支護剛度較大，使它在公路隧道中發揮著越來越重要的作用。本文結合工程實例，對高速公路隧道大管棚施工技術作一些探討。

[關鍵詞]高速公路 隧道 大管棚 施工技術

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）20-0131-01

隧道管棚是為了確保工程開挖工作面穩定而采用的超前于掌子面開挖的輔助措施的一種。它能夠有效抑制圍巖松動、加固管棚周邊圍巖以及垮塌的目的。因為管棚的支護剛度較大，使它在公路隧道中發揮著越來越重要的作用。施工時如果出現塌方事件，管棚能夠起到緩沖作用，確保施工安全。本文結合工程實例，對高速公路隧道大管棚施工技術作一些探討。

一、工程概況

大管棚是一種隧道的支護形式，通常用于洞口段。因為洞口段覆蓋層較淺，使用管棚技術可加強支護，用以加固以及支護圍巖，以保證安全進洞與順利掘進。它是在隧道開挖之前沿隧道開挖斷面外輪廓，以必須間隔和隧道平行鉆孔，插入四周帶孔的鋼管，再從插入的鋼管內壓注水泥漿或砂漿來增加鋼管外圍巖的抗剪切強度，并把鋼管與圍巖一體化。由管棚與圍巖構成棚架體系。

某高速公路隧道進口、出口、洞身均采用超前大管棚加固支護。進口大管棚采用φ89×5mm無縫鋼管制成，管棚長15mm，環向間距50cm；出口端管棚采用φ108×6mm無縫鋼管制成，長40m，環向間距40cm。洞身段超前大管棚根據不同圍巖級別采取不同的支護參數，鋼管采用φ89×5mm、φ108×6mm無縫鋼管制成，超前大管棚外插角1～3°（不包含路線縱坡）。

二、施工技術要點

1、導向墻施工

（1）工作平臺開挖：首先根據導向墻的位置確定導向墻工作面的開挖高度，開挖時由原地面自上而下開挖，仰坡面需豎直開挖，以便管棚導向墻施作。具體開挖斷面如圖1-1所示。開挖方法主要采用機械開挖，人工用風鎬配合，需要爆破時采取多打眼、少裝藥、弱爆破方式進行。出渣采用挖掘機、裝載機裝渣，自卸汽車運輸出渣。

（2）測量放線：首先對隧道中線及導向墻拱腳、內外拱頂進行精確測量放樣定位，同時在仰坡開挖面標識出隧道中心線及內外拱頂位置，并根據設計圖紙在仰坡面畫出內外拱弧，做為導向墻立模的依據，在測量放線時要預留相應的沉降量。測量放樣后需經測量監理工程師復核無誤后方可進行導向墻施工。

（3）施作導向墻、安設導向管：

①鋼架加工及安裝。為保證管棚施工剛度，于導向墻內設2榀I18工字鋼架，鋼架半徑為7.53m，間距0.5米。每榀鋼架分為三個單元，鋼架必須保證每節的弧度與尺寸均符合設計要求，每節鋼架兩端均焊連接鋼板，鋼架在加工完畢以后應在水泥地上試拼。工字鋼各單元通過連接板焊接并用螺栓連接牢靠，連接板連接應密貼，焊縫高度不小于6mm。鋼架落底需置于穩固的基礎上，工字鋼拱腳處設鋼墊板，當拱腳處基礎開挖超深時，需加設鋼墊板或混凝土墊塊。在灌注混凝土時鋼架應全部被混凝土覆蓋，鋼架保護層厚度不得小于40mm。2榀鋼架間縱向采用φ22鋼筋連接，連接筋環向間距1.0m。安裝工字鋼時，應保證工字鋼底部至內模頂面的距離達到25cm。

②導向管埋設。工字鋼架安裝完成后，進行導向管的埋設，導向管采用直徑為140mm、壁厚為5mm的無縫鋼管加工而成，導向管長度為1.0m，環向間距為管棚間距。為了防止導向管在灌注混凝土時發生位移，導向管按照設計要求牢固焊接在工字鋼架上。安裝導向管時，應嚴格控制導向管的環向間距、縱向位置及其外插角。為滿足設計要求，可先在工字鋼架頂面標定出導向管的位置，并按間距、方向角要求焊接導向管，導向管縱向與線路方向需一致，外插角角度為1°～3°，以免管棚鉆機鉆孔侵入洞身開挖斷面。為避免混凝土澆注時砂漿進入并堵塞導向管，安裝導向管時需與端模抵緊并采取措施使其牢牢固定在端模上。

③模板安裝。導向墻底模采用鋼模板，鋼模板之間通過螺栓連接，外模及端頭模采用5cm厚木板根據設計圖紙加工而成。木模間連接采用加背撐方式進行加固，木模板與鋼模板之間采用扒釘或鋼釘連接牢固。底模安裝在I18工字鋼上，工字鋼用鋼管支撐加固。模板安裝需牢固可靠，內側需涂刷脫模劑。鋼架、模板安裝完畢，預埋件埋設完成后及時報工區技術室及質檢工程師自檢，自檢合格后報監理工程師檢查，檢查合格后方可進行下道工序施工。

④導向墻混凝土澆注。導向墻混凝土采用C20混凝土，混凝土澆注前，需再次對模板、導向管的安裝質量進行檢查，并作必要的較正。模板的中線、水平位置及尺寸必須符合設計要求，預埋件的位置必須正確，模板安裝及支架必須牢固緊密。導向墻混凝土澆注過程中，需嚴格控制原材料的質量、加強混凝土的拌合、運輸、澆注、養護等各個環節質量控制。混凝土統一由拌合站集中供應，混凝土灌車運輸，人工配合機械澆注并搗固密實，澆注順序為自拱腳兩側對稱澆注，直至拱頂。

⑤混凝土拆模及養護。混凝土澆注完畢后，需及時進行養護，養護齡期不得少于7天。混凝土強度達到設計強度的80%以上方可拆除非承重模板（外模及端模板），混凝土強度達到100%設計強度后可拆除內模及支架。

2、封閉開挖面

開挖面封閉采用濕噴混凝土方式，形成止漿墻，防止漿液回流影響注漿效果。噴射混凝土的強度為C25，厚15cm。

3、鉆孔

（1）鉆孔采用管棚鉆機進行，鉆機平臺的高度根據鉆機的可調控范圍以及鉆孔順序進行確定。鉆孔時先鉆鋼花管孔位，后鉆鋼管孔位。

（2）鉆機就位時用全站儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調整，確保鉆機鉆桿軸線和導向管軸線相吻合。需要搭設鉆機平臺時，應滿足承受機具、材料、人員荷載要求，連接牢固、穩定，防止在鉆孔時產生不均勻沉降、擺動、位移等影響鉆孔的質量，甚至發生安全事故。

（3）鉆孔時經常測量孔的斜度，發現誤差超限應及時糾正，至終孔仍然超限的應注漿封孔，原位重鉆。

（4）在鉆孔時，若出現卡鉆、塌孔現象時應注漿后重鉆。鉆孔時，應認真做好鉆孔記錄，除記錄鉆孔深度、外插角外，還應根據鉆孔時排出的巖屑情況，判斷前方的圍巖狀況，達到超前探測圍巖的目的。孔鉆完畢之后用鉆機進行反復掃孔，確保孔徑、孔深達到設計要求，并用高壓風從孔底向孔口進行吹孔，以清除孔內的鉆渣及雜物，防止安裝鋼管時堵孔。

4、管棚的加工及安裝

（1）鉆孔完畢后應立即安裝鋼管，以免因長時間放置造成坍孔、縮孔而導致鋼管無法順利安裝。管棚安裝主要采用鉆機頂進，并輔以人工進行安裝。

（2）管棚分鋼管及鋼花管，施工時先打設鋼花管并注水泥漿液，然后打鋼管，以便檢查鋼花管的注漿質量。

（3）管棚（鋼管、鋼花管）為直徑為108mm、壁厚為6mm的無縫鋼管。管棚管壁上鉆孔，并呈梅花形布置其縱向、橫向間距為15cm，尾部為不鉆孔的止漿段110cm。鋼花管在同一截面的接頭數不得超過管數的50%。

（4）管棚在安裝前用高壓風對孔內進行掃孔、清孔，清除孔內浮渣，確保孔徑（孔徑不得小于127cm）、孔深符合要求，防止堵孔。管棚可采用頂進安裝，逐節接長，用于接長管節的接頭鋼管用直徑為114mm，壁厚為6mm的熱軋無縫鋼管通過外車絲扣及內車絲扣進行連接，外車絲扣長度為15cm，內車絲扣長度為30cm。因此要求加工精度必須達到要求，才能保證連接長度、密封等。

5、注漿

（1）管棚及鋼筋籠（如需要）安裝完成后進行注漿，漿液采用水灰比為1：1（重量比）的水泥漿液。注漿時先對鋼花管進行單液注漿，注漿壓力取0.5～2.0Pa，并根據實際情況調整注漿參數，取得管棚注漿施工經驗，注漿結束后采用M7.5水泥砂漿充填鋼管。

（2）由于管棚間距較小，為避免注漿時發生串孔造成相鄰鋼花管孔堵塞，原則上成一孔就注漿，同時可以讓漿液在松散的巖層中進行擴散填充，將破碎的巖層固結，有利于鄰孔在鉆孔時減少掉塊，避免發生卡鉆或掉鉆、掉釬現象，有利于加快施工進度。

三、結束語

總之，在該工程施工中，由于隧道洞口施工非常困難，采用大管棚技術對洞口進行注漿支護，能有效保證洞口坡度的安全性。該洞口在采用了大管棚技術后，不僅提升了圍巖的穩定性，形成了有效的支護體系，防止圍巖的下沉、變形和坍塌，而且提升了圍巖的支護能力。通過對施工技術要點的完善，提升了施工質量，保證了工程施工的安全進行，對于隧道洞口施工技術的改進，具有重要意義。

參考文獻

[1]陳向利.公路隧道大管棚施工技術分析[J].中化民居，2014（4）.