長大管棚在黃土隧道淺埋段的施工技術

羅海順

摘 要：隨著我國隧道淺埋施工的不斷發展，其在施工過程中穩定性較差，由其是在黃土隧道淺埋段施工存在容易坍塌冒頂的安全隱患，為了確保隧道淺埋段的施工安全，該文結合蘭合鐵路黃家嶺隧道淺埋段施工介紹長大管棚在黃土隧道淺埋段的施工技術。

關鍵詞：管棚 黃土隧道 施工技術

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0059-02

1 工程概況

黃家嶺隧道為蘭州至合作鐵路控制性工程，隧道全長5 881 m，位于黃土梁峁區，工程地質以砂質黃土和泥巖為主，最大埋深約403 m，最小埋深2 m，為單線Ⅰ級電氣化鐵路。其中DK53+943處為一深切“V”字型沖溝，溝心縱坡大，沖刷嚴重，節理較發育，溝心距離隧道拱頂1.6 m；DK53+985處發育一黃土陷穴，呈“豎井狀”，直徑約4～5 m，深13.5 m，底部距離隧道拱頂約2 m。DK54+000～DK53+934段隧道埋深2～17 m，圍巖主要以濕陷性黃土為主，穩定性差，隧道施工風險較高，因此，采用長管棚超前支護穿越該淺埋段。

2 管棚參數

（1）導向管規格：無縫鋼管φ114 mm，壁厚6 mm，長度為145 cm；（2）管棚規格：管棚長度30 m，無縫鋼管φ89 mm，壁厚6 mm，每環設18根。節長2 m、3 m，鋼管間采用長30 cm的全絲扣無縫鋼管連接；（3）鋼筋籠：鋼筋籠采用φ18螺紋鋼和φ32螺紋鋼固定環焊接，固定環設置間距為1.5 m；（4）管距：鋼管環向間距40 cm；（5）傾角：外插角為5°；（6）注漿材料：1∶1水泥漿液，水泥采用P.O42.5；（7）設置范圍：隧道拱部120°范圍內。

3 工藝流程

工藝流程見圖管棚施工工藝流程圖：施工準備—管棚工作室施做—施做套拱—搭鉆機平臺—（管棚加工）鉆機就位及鉆孔—跟管鉆孔，安裝鋼筋籠—綜合檢查驗收—噴射混凝土封閉工作—連接注漿管路，調—管棚注漿（漿液制備）—封堵注漿孔—管棚驗收。

4 管棚施工工藝

4.1 管棚工作室

隧道洞內掘進在接近管棚施做地點前逐漸擴大到洞內斷面，施做管棚工作室，管棚工作室應綜合考慮管外插角、管棚機型號、施做斷面前后支護情況及施工可操作性。黃家嶺隧道管棚操作作業面長度設置為6 m，隧道斷面擴大50 cm。為了保證鉆機移動的靈活性及管棚的頂進，斷面前方預留6 m×0.5 m環向管棚操作室。

4.2 施做套拱

套拱作為管棚導向墻，在管棚工作室內掌子面附近施作。套拱采用C25混凝土，厚度100 cm。

套拱內埋設3榀I16工字鋼鋼架，鋼架間距為30 cm，鋼架間采用φ22鋼筋縱向焊接，間距0.5 m。

每榀鋼架徑向打設雙鎖腳，與鋼架焊接牢固。同時安裝導向管，角度設置為5°，通過調整鋼拱架外輪廓來控制外插角。導向管采用φ114鋼管與鋼架外緣及固定鋼筋焊接，焊接長度大于5 d。套拱內外均鋪掛φ8鋼筋網片，網格間距20 cm×20 cm，以增強套拱的整體穩定性。

4.3 搭設鉆機平臺安裝鉆機

（1）鉆機平臺采用鋼管腳手架搭設，腳手架要支撐于穩定的地基上并墊木板。腳手架連接要牢固穩定，防止在鉆孔時鉆機產生不均勻沉降、擺動、位移而影響鉆孔質量。（2）鉆機平臺頂面采用厚度不小于30 cm的木板鋪設，搭接要留有余量。平臺邊緣要設置安全防護圍欄。（3）鉆機角度調節采用數顯角度儀控制。鉆機就位后，鉆進主軸對準孔位，保證鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

4.4 鉆孔

（1）管棚鉆頭直徑為φ102 mm，管棚和鉆頭連接在一起。自拱頂向拱腰對稱間隔依次鉆孔。（2）鉆機開鉆時，低速運轉，待成孔2～3 m后，根據地質情況逐漸調整轉速及風壓。（3）鉆進過程中利用數顯角度儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的狀態判斷成孔質量，及時進行糾偏處理。（4）每節管棚跟進至尾部時連接下一節管棚，直至一次性鉆至設計深度。鋼管接頭應錯開，同一橫斷面內的接頭數量不大于50%，相鄰鋼管接頭錯開至少1 m。（5）鉆機鉆進過程中冷卻液采用較環保的水冷卻，避免施工過程粉塵超標。冷卻水使用要適量，防止浸泡引起黃土濕陷坍塌。施工污水集中抽排出洞外。（6）認真做好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述，作為開挖洞身的地質預探預報及指導洞身開挖的依據。

4.5 安裝鋼筋籠

（1）每根管棚跟進至設計深度后，及時安裝鋼筋籠。（2）鋼筋籠分段長度為5 m、7 m等不同的長度，錯開鋼筋籠接頭。每節鋼筋籠4個鋼筋接頭也要錯開一定長度，焊接時長短對齊連接。（3）鋼筋籠利用鉆機頂進，每節鋼筋籠頂進至剩余1 m左右時進行接長，直至達到設計深度。

4.6 封閉掌子面

管棚安裝完畢后，對開挖工作面、拱圈及孔口管周圍巖面掛網噴射5 cm厚的C25混凝土，以防止管棚注漿時掌子面裂隙跑漿，影響注漿效果。

4.7 管棚注漿

（1）安裝止漿閥，將注漿機的管路與管棚進漿孔連接，管路連接好后進行壓水試驗，以檢查止漿效果和注漿管路是否有跑水、滲水現象。（2）漿液采用1 m3全自動拌和機進行拌制，水泥漿水灰比為1：1；材料用量為水泥750kg、水750 kg，水泥采用P.O42.5水泥。（3）利用注漿機將漿液注入管棚鋼管內。注漿采用奇偶數管棚間隔注漿，自拱腰至拱頂、由左至右的順序依次進行。（4）注漿壓力確定初壓為0.5-1.0 MPa，終壓為2.0 MPa。注漿時密切監視壓力變化，如壓力達到2.0 MPa并持續穩定恒壓15 min后結束注漿。（5）注漿完成后關閉止漿筏，封堵注漿孔。（6）注漿過程應認真做好記錄，以便分析解決施工中出現的問題。

5 管棚施工控制要點

（1）施工準備。施做套拱前對導向管安設要精確測定，保證導向管平面位置、傾角、外插角方向、方位的準確，并對每個管孔進行編號。（2）管棚傾角的確定。管棚鉆孔外插角應根據圍巖等級及地質情況確定，鉆孔仰角的確定應視鉆孔深度及鉆桿強度確定。（3）安裝校驗。（4）施工過程控制。施工過程中要經常監測管孔的傾斜度，發現偏差超限的及時糾正，至終孔仍超限者應拔出鋼管并封孔，原位重鉆。（5）監控量測。（6）漿液配置。漿液配置要嚴格計量，保證漿液流動度、凝固時間、強度發展均符合設計要求。（7）施工安全。施工過程中，電工及測試、技術人員必須跟班作業，保證作業面照明及用電安全，通風良好。（8）強度試驗。管棚注漿時做同條件養護試件，以檢測注漿強度發展情況，注漿強度達到設計值得90%以上方可進行隧道掘進作業。

6 結語

隧道淺埋段施工安全風險高，尤其是黃土隧道淺埋段施工風險更高。在黃家嶺隧道淺埋段施工前，我們邀請國內隧道專家組成專家組現場研究，制定了切實可行的施工專項方案，加強了施工前的超前地質預報和施工過程的監控量測，嚴格隧道施工過程控制，確保了隧道淺埋段的施工安全。黃土隧道淺埋段采用長管棚跟管頂進施工，克服了黃土地段管棚鉆孔容易堵塞孔口或塌孔等施工難題；管棚鋼管內增設鋼筋籠，增強了管棚的強度和剛度，為黃土隧道淺埋段施工提供了安全保障。

參考文獻

[1] 鐵道部經濟規劃研究院.TZ231-2007 鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業指南[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10108-2002鐵路隧道噴錨構筑法技術規范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.