長大管棚進洞技術在喀斯特隧道中的應用

邱中原，杭寶國

(中交一航局第四工程有限公司，天津塘沽300456)

長大管棚進洞技術在喀斯特隧道中的應用

邱中原，杭寶國

(中交一航局第四工程有限公司，天津塘沽300456)

喀斯特地質隧道進洞施工時，洞口地質條件復雜，多為孔洞、裂隙，采用長大管棚的支護技術進洞是一個很好的解決方案。本文闡述了長大管棚的作用機理、施工技術，并對效果進行了評價，為隧道快速進洞和施工安全提供了保障措施。

管棚;隧道;進洞

1 工藝原理

長大管棚進洞是在隧道開挖前，依據隧道進洞開挖輪廓線，做好導向墻，按照一定間距，打設與隧道平行的鉆孔，在鉆孔內置入設計規定的鋼花管，后向鋼花管內注漿，漿液沿著鋼花管的空隙進入臨近的破碎的圍巖裂隙里，利用漿液的膠結作用固結破碎的圍巖，從而提高破碎的穩定性和整體性。花鋼管在縱向范圍內，不僅起到傳輸漿液的目的，其本省也具有一定的強度，在圍巖開挖時，鋼花管類似于簡支梁，起到超前支護的作用。

圖1 受力示意圖

固結的圍巖以及鋼花管自身的受力特征，決定了在鋼花管受力范圍內可以有效的防止圍巖變形、脫落，并在其受力范圍內，在圍巖開挖未支護時起到一定的安全防護作用，為隧道進洞提供保障。

2 工藝流程及操作要點

2.1 洞口導向墻施工

為保證管棚方向、角度的施工精度，長管棚設置C20混凝土導向套拱，截面厚度60 cm，縱向長度200 cm，內設4榀工18鋼拱架，鋼拱架外緣設置Φ140×8 mm導向管。環向長度根據數量按拱頂120°范圍計算。

鋼架各單元由連接板焊接成型，單元間由螺栓連接。

圖2 施工流程圖

(1)測量放樣時要明確明暗洞分界線，這是做好洞口邊仰坡開挖和修整的必要條件。放線完成后，及時開挖和修整，并做好邊仰坡的支護處理。

(2)洞口工程開挖時采取預留核心土的施工方法，當開挖至管棚最下方1 m以下位置時停止開挖。開挖出渣料平鋪成施工平臺及坡道。因處于露天情況，要做好施工平臺兩側簡易的排水溝，并有組織的將其順延至場地的排水系統。

(3)導向墻兩側的基底浮渣要處理干凈，且在此底面上澆筑混凝土基礎。根據鋼拱架的位置，預埋連接鋼板，作為鋼拱架的支座。

(4)嚴格把控拱架架設質量，尤其是拱架的標高、中線以及拱架的垂直度，控制好拱架間距。對于拱架之間的連接鋼筋要給予特別注意，拱架的系統性主要靠連接筋以及噴射混凝土的作用，做好連接鋼筋的連接以及基礎的處理，對于拱架的單榀受力有極大的意義。

(5)拱架支護完成之后，按照圖紙設計，利用測量儀器定位各個導向管的位置，并確定孔口管傾角，在拱架上焊牢導向管，安裝導向管要注意線路的縱向坡度，保證安裝正確，以免對隧道的開挖造成影響或者降低導向管的作用效果。

(6)模板安裝加固的作業通常采用木模板，厚度不小于5 cm，內外側采用Φ22環形作為加勁肋，采用鐵絲與拱架進行綁扎，外側采用方木或者定型鋼筋籠進行支撐，布置采用梅花形。

(7)導向墻混凝土施工。

2.2 長大管棚施工

(1)管棚加工

長管棚采用熱軋無縫鋼管，外徑φ108 mm，壁厚6 mm，長度20 m，有效搭接長度為2 m，故管棚的實際長度為24 m，鋼花管上的注漿孔梅花形布置，采用沖孔機進行沖孔，不得采取燒孔，前端要加工成錐形，尾部1 m以內不布置注漿孔，用于止漿。

圖3 鋼花管構造示意圖

鋼管內設鋼筋籠，提高了導向管的抗彎能力，固定環采用Φ42×4 mm鋼管，每50 cm一道，主筋共計4道，采用Φ22鋼筋，無縫鋼花管以絲扣連接而成。

圖4 鋼筋構造示意圖

(2)鉆孔及管棚安裝

鉆孔:對編號孔由高孔位向低孔位進行。在進行鉆孔時鉆桿坡度應與管棚坡度保持一致，鉆進至尾部剩余30 cm時停止鉆進，安裝第二節鋼花管，繼續鉆進，注意在方向對準并且連成一體之后方可繼續鉆進，依次類推，直至完成整個鋼花管的鉆進。

鉆進過程要嚴格把控鉆機的偏斜角度，施工技術人員需要現場旁站，對偏移過大的鉆機進行角度糾偏，當鉆進的過程出現卡鉆、塌孔等事件時，需要注漿穩固后再進行鉆進。為了確保角度正確，需要使動力器、扶正器、合金鉆頭三點一線。采用高壓風從孔底向孔口清理鉆渣，鉆進過程中要反復的掃孔、清理浮渣，保證鉆孔達到設計要求。

鉆孔結束要對鉆孔進行報驗，確保管棚不侵入隧道開挖線，并且角度符合設計要求，與此同時要關注鉆孔之間不能有縱向搭接以及相撞。

管棚安裝:前期靠人工送管，后期借助鉆機頂進，按與鉆進相反步驟拆卸鉆桿和套管，將鋼花管插入孔內后采用絲扣進行連接，并且要封閉鋼花管的終端。安裝到位后，繼續安裝其他的鋼花管。

(3)長管棚注漿

管棚注漿前要進行注漿試驗，根據實際情況調整注漿參數，取得管棚施工經驗。

注漿采用水泥漿液，水泥漿液的水灰比為1∶1，注漿的初始壓力值為0.5～1.0 MPa，終止壓力為2.0 MPa，施工中達到設計注漿壓力或者設計注漿量時可以停止注漿，施工中應做好每根管棚的注漿記錄，未注漿參數的調整提供科學的依據。

注漿結束后用M20的砂漿填充鋼管，以增強管棚的強度。

通過注漿壓力和流量共同控制注漿量，管棚注漿量計算如下

Q=Anα(1+β)

式中:Q為總注漿量，m3;A為注漿范圍巖層體積，m3;n為圍巖空隙率，取3%;α為注漿充填系數，取0.8;β為注漿材料消耗系數，取0.1。

注漿時應對鋼花管進行編號，注漿順序由低到高、由下至上，先注奇數管再注偶數管，交錯進行。低處孔灌漿時高處孔可用于排氣、排水，當高處孔排出濃漿后需要堵塞低處孔，從高處孔灌漿。

如果因故造成灌漿中斷，分為兩種情況。在時間較短時，應及早的進行恢復注漿即可。當中斷時間較長時，需要廢棄原有的注漿，重新鉆孔灌注。

待管棚達到支撐強度，可采用“三臺階七步法”等對隧道進行開挖進洞施工。

3 應用實例

云南蒙文硯高速公路東山隧道洞口段圍巖分級劃分為Ⅴ1級。隧道圍巖以第四系坡殘積黏土及泥盆系中統東崗嶺組灰巖為主，灰巖呈強～中風化，巖體破碎呈碎塊狀、塊狀碎裂結構，巖溶較發育。確定采用長大管棚技術，實現一次性的超長跟管鉆進、注漿，使圍巖預加固，高效平穩的安全進洞，實現了“零”進洞工法的環保理念。加固圍巖后，圍巖坍塌的可能性大大降低，作業人員可在較安全的環境下施工。與超前錨桿、小導管注漿，格柵鋼架支護、仰坡噴錨等傳統的施工方法比較，可以加速工期，節約成本。

4 結束語

利用大管棚技術作為穿越喀斯特地質隧道的超前支護，可以使注漿體與管棚連成整體而受力，在開挖輪廓線外形成環向支持體，為隧道快速進洞和安全施工提供了有效保證，同時也縮短了工期，達到高效、節能、環保的效果。

［1］羅定倫，高波.采用長大管棚預支護進洞技術的理論與實踐［J］.鐵道建筑，2008，(3):35－38.

［2］于文德.長大管棚在特大斷面隧道施工中的應用［J］.山西建筑，2007，(6):318－219.

U455.4

C

1008－3383(2017)05－0153－02

2017－03－14

邱中原(1983－)，男，天津寧河人，工程師。