鐵路隧道大管棚施工技術及展望

摘 要：本文以某鐵路隧道為例，針對隧道洞口淺埋段采用大管棚超前支護施工方法，主要從施工技術角度闡述大管棚超前支護在隧道洞口淺埋段施工中的應用，為其他隧道大管棚施工方法提供參考。施工中的經常出現的問題及解決方法，技術發展及展望。

關鍵詞：隧道；大管棚超前支護；施工工藝；注漿；問題；方法

一、工程概況

東山溝隧道位于藍色硅谷軌道交通工程摩天三五站～博覽中心站區間，海泉路北側約500m。隧道起止里程為K55+176～K55+682，全長506m，為單洞雙線隧道。該隧道位于R=800m的左偏曲線上，洞身最大埋深25.03m，隧道洞口處巖體埋深非常淺，最淺埋深為3.6 m，屬淺埋隧道。Ⅳ、Ⅴ級圍巖各占 50%，隧道進出口為V級圍巖，設計采用 40m大管棚對洞口段進行超前支護。因為隧道洞口處上部覆蓋層僅有3.6m，普通施工進洞難以保證安全，采用大管棚超前支護施工對洞口段先行注漿加固后再開挖進洞，在開挖輪廓線外圍形成混凝土鋼管棚架，保證洞口邊仰坡穩定性，有效提高了進洞作業的安全性、可靠性。

二、施工數據

1）鋼管規格：熱軋無縫鋼管Φ108 mm，壁厚6 mm，節長4m、6 m兩種，管長 40 m。2）鋼管間距：環向間距為 0.4 m，共設 36 根；外插角：1°～2°。3）管棚注漿：采用 M20 水泥砂漿，注漿壓力為1～2Mpa。

三、大管棚施工工藝

（一）施工流程

套拱施工→設置平臺→鉆機安裝到位→鉆孔→清孔→插入鋼管→孔口密封處理→管棚鋼管注漿。

（二）施工前準備工作

套拱施工。洞口邊仰坡清理后，至加固穩定后，施工套拱，只有在管棚施工完后，才能開挖。在管棚施工中，必須保持套拱的穩定，無變形、沉降，為使大管棚安裝在設計的位置，鉆機施鉆時應嚴格按設計的角度鉆孔，故鉆孔前需安裝導向管（Φ130 mm），才能鉆孔方位，角度正確。確保管棚施工安全和孔口管準確就位。

（三）管棚施工

1）鋼管制作。鋼管進場經檢驗合格后，按照設計圖紙要求進行加工。為確保接頭質量，加工4米和6米兩種規格的鋼管；為使鋼管有效連接，鋼管兩端分別加工成對稱羅紋，羅紋長18cm，羅紋紋距5mm，注漿孔孔徑φ10mm，孔距50 mm，采用梅花型布置，便于漿液通過管壁孔擴散到地層中。安裝同孔導管時將4米管和6米管交替裝入孔中，相臨兩孔羅紋連接處互相錯開。導管尾部留有不鉆孔的止漿段2米；每根鋼管尾部都要焊接2 cm 厚鋼板做止漿板，能夠有效防止漿液外流。

2）鉆孔施工。鉆機平臺搭設必須堅固，保證鉆機安裝穩定，以防作業時鉆機擺動、移位或沉降。施工使用ZSL-70管棚鉆機，鉆機就位后，按照標注好的孔位布置，利用導向管進行導向，準確控制鉆機立軸方向，保證孔口方向正確。鉆孔依照由高孔向底孔、間隔施鉆的原則進行。

3）清孔。a.充分利用巖芯鉆桿配合鉆頭掃孔，清除浮渣。b.采用空壓機向孔內送高壓風清除浮渣。

4）安裝管棚鋼管。大管棚安裝時用鉆機頂進，鋼管間為羅紋連接，用管鉗旋轉擰緊，相鄰兩孔的鋼管接頭要相互錯開。確保同一橫斷面內的接頭數不大于50%。頂進鋼管時要保證導管的傾角和方位角與鉆孔鉆桿前進的傾角和方位角一致。一孔鉆完后不要移動鉆機，即時清孔后，將該孔的導管頂入孔內，安裝好導管后，再移開鉆機進行下一孔的鉆進。

5）施工要求。a.大管棚施工前制定具體實用的專項施工方案。b.鉆孔前，嚴格按設計圖紙要求實地準確標出鉆孔位置。c.鉆孔時嚴格控制鉆孔角度、速度，做好施工記錄。d.注漿過程準確控制漿液配比，嚴格注意注漿壓力、數量的變化。e.現場施工時設專人統一組織，統籌安排布置。加強對圍巖進行動態監控量測，實行信息化管理。

（四）管棚注漿

施工方法。1）檢查機械運轉情況，管路有無不通。檢查正常后先做壓漿試驗，確定注漿數據無誤，才能注漿。2）管棚鋼管自下而上進行注漿，從兩端到中間，隔孔進行注漿。3）水泥漿攪拌合適，采用間隔進行注漿，及時檢查孔口、鄰孔、坡面處有無漏漿，發現漏漿，即停注漿，迅速使用棉紗和堵漏劑等堵塞。4）調整好漿液的配比，控制注漿壓力和注漿量。5）檢查漿液滲透、固結情況，根據壓漿量曲線判斷，未達設計要求時，應補孔注漿，注漿固結24小時才能下步施工。注漿用量采用全自動灌漿記錄儀進行計量。

（五）長管棚施工常見問題及解決方法

在軟弱圍巖中的淺埋暗挖法施工隧道洞門施工或隧道穿越既有建（構）筑物時，經常采用長大管棚作為超前支護措施，在隧道拱部形成棚護區，承擔拱部圍巖應力，減少圍巖的變形，防止施工過程中洞內坍塌，減少地面既有建（構）筑物的沉降變形。若管棚的施工精度得不到有效控制，則會削弱其支護效果，甚至使支護體系出現空檔、在某一區域失效，留下極大安全隱患。長期以來，長大管棚的施工精度控制均未能達到理想效果，是施工中的重難點。

1）下管困難。如遇下管困難，連續掃孔幾次，同時借助高壓空氣吹洗，直到孔內清掃干凈。

2）夾鉆處理。在鉆進中如常有掉塊夾鉆，可在變徑連接處加焊硬鉆頭，出現夾鉆，少量循環注水，再往復拉拔旋轉，可解決好夾鉆。

3）漏漿及用灰量過大處理。如巖體破碎，漿液漏滲嚴重，用灰量過大。可加大水灰比，減小壓力，把流量限制在一定范圍內，過一段時間在緩慢升壓，直至達到設計標準。如果效果不行，在漿液中可加入速凝劑，間歇注漿、灌注砂漿等方法解決。

四、結論與展望

東山溝隧道施工中采用大管棚支護方法，圍巖加固作用明顯，效果良好。1）圍巖加固明顯，提高圍巖承載力。2）能夠形成支護體系，支護能力提高，保證圍巖穩定。3）隧道管棚施工，有效提高隧道施工技術、安全質量水平。4）深入應用其經濟、社會效益明顯。

隨著國家建設的飛躍發展，長大管棚施工在隧道、城市地鐵施工中將發揮重要作用。

為使長大管棚施工技術日趨完善，如何進一步提高施工技術質量？

1）功能全面先進的長大管棚施工機具試驗研制和生產使用。

2）長大管棚施工機具鉆頭動態定位技術，全方位調整技術，確保鉆孔位置準確。

3）壓漿工藝不斷優化。

參考文獻：

[1] TB 10003-2005 鐵路隧道設計規范.

[2] TB 10204-2002 鐵路隧道施工規范.

[3] 王毅才.隧道工程 人民交通出版社.

作者簡介：付文杰（1973-），男，大學本科學歷，工作于中國鐵建大橋工程局集團第三工程有限公司，工程師，主要研究方向：橋梁、隧道施工技術。