城市隧道超前管棚支護的施工技術

余建萍

（中鐵隧道集團三處有限公司， 廣東 深圳 518055）

1 應用超前管棚支護技術的必要性

超前管棚支護是一種利用小型設備進行的施工技術，其能有效克服地質條件復雜、施工空間狹小等不良施工條件的影響，將其應用于城市隧道施工中，其能順利通過隧道頂板之間僅為6cm的狹小空間、污水主管道和雨水方溝等，因此，采用該技術進行施工能有效保證城市主干道的安全。總的來說，將前管棚支護技術應用于城市隧道施工中，其應用優勢主要體現在兩個方面：（1）支護管棚能起到格柵和骨架的作用，因此能有效保證掌子面巖土體的穩定；（2）在一定壓力下，在周圍松散、軟弱的土層中注入水泥，不僅能有效提高巖土體的穩定性，同時還能促進地層形成的復合固結體更加穩定，因此，其能有效保證隧道施工的穩固性和安全性，這也是超前管棚支護技術被廣泛應用于隧道施工中的主要原因[1]。

2 超前管棚支護受力原理和施工應用優勢分析

2.1 超前管棚支護施工原理分析

在開挖的隧道、地下洞室等外輪廓周邊上，以一定的間隔、間距和外插角沿著洞軸鉆孔，再將慣性矩較大的鋼管安裝在孔內以及做好鋼管的注漿固結預支護的施工過程被稱之為超前管棚支護施工。該種施工技術不僅能促進整體的支護性能良好，同時還能有效降低加固環的變形，進而能有效保障隧道掘進和初期支護施工的安全，原因是環形固結層和管棚能促進拱部圍巖拼接良好，且當隧道開挖輪廓周邊密布時，該種施工結構能促使傳遞給隧道支護結構上部的荷載降低。此外，通過管棚注漿操作，不僅能充分發揮固環的承載拱作用，還能促進拱頂預先形成堅固的保護環，從而使得隧道整體結構能對地面荷載和拱上部的巖層重量進行有效承載和降低了拱部圍巖形變壓力，進而為隧道的開挖和建設施工創造了良好的條件[2]。

2.2 超前管棚支護技術在城市隧道施工中的應用優勢分析

由于城市隧道的跨度和斷面均較大，且其受地質、路面以下眾多管線的影響較大，這些因素不僅給實際施工過程帶來了極大的難度，同時也易導致隧道頂板發生較大的沉陷，為此，已有不少施工人員將超前管棚技術應用于城市隧道施工中，并獲得了滿意的效果。超前管棚支護技術在城市隧道施工中的應用優勢主要體現在以下兩個方面：（1）工藝簡便，超前管棚支護和注漿施工操作簡便、施工速度快，不需大型的機具設備便能獲得顯著的預加固效果，并且，其建立的臨時支護還具有加固效果好、安全性能高、阻止嚴重滲水性能強及社會和經濟效益顯著等優勢。（2）適應性較強，超前管棚支護技術可適用于洞內特殊地段地層和軟弱破碎圍巖、隧道洞口淺埋等多種地段。

3 城市隧道超前管棚支護的具體施工步驟和方法

在進行城市隧道超前管棚支護開挖施工前首先要進行長管棚設計，其是限制隧道開挖過程中圍巖變形和防止掌子面坍塌的有效預支護手段。長管棚的具體設計方法為：在開挖隧道前，將一排縱向鋼花管沿隧道襯砌外緣部位進行施工，為加固圍巖，施工完畢后還需往管內注漿，使鋼管內及其與孔壁之間的空隙得到充分填充，這樣不僅能促進鋼管與分布架設的噴射混凝土、鋼拱架、分布鋼筋網片形成綜合防護體系，同時還能促進鋼管柱體形成穩固的棚狀圍護結構，從而能有效保障隧道施工安全。在具體施工過程中，可按如下步驟進行施工：

3.1 管棚工作室開挖、定向和布孔

由于管棚不可占用隧道結構空間，且其需置于隧道頂板上，為此，在實際施工過程中，需嚴格對其設置空間要求。一般來說，管棚工作室是按照中隔斷法和正臺階法進行開挖支護施工，開挖后，為形成穩定安全的施工環境，需及時做好相關工序處理，如對錨桿進行施作，對鋼筋網和鋼拱架進行鋪設和安放以及噴射混凝土等，然后及時封閉圍巖。而管棚的定向可采用兩種方式進行：（1）采用掛線定向，進行掛線定向時需避免線路縱坡影響外插角，并利用前后兩點掛線（兩點間的間距約為 10m）確定管棚的方向。（2）安裝定向套管，由于套管的方向決定了鉆孔的方向，因此，對定向套管需合理安裝，一般采用2m的套管或比鉆頭稍大的鋼管進行套管安裝，安裝完畢后，需在鋼架上對其進行固定。

3.2 鉆機安裝

首先需在掌子面上將管棚的孔位全部測量出來，并做好相應的標記，然后采用鋼管腳手架搭設鉆機平臺，應一次性將平臺搭設好，為保證施工傾角和鉆機高度符合鉆孔要求，在平臺搭設過程中可根據鉆孔位置和拱圈形狀進行操作。在一般施工過程中，平臺支撐點鋼管需進入土層50cm，為保證施工平臺穩定，還需采用縱橫掃地桿牢固連接水平向平臺，這樣也能有效避免鉆機在施鉆過程中發生位移、擺動和不均勻下沉等情況，從而導致鉆孔質量受到影響。在管棚施工過程中，在平臺上還需采用倒鏈方式調整鉆機位移，鉆機鉆桿軸線需與設計鉆孔方向吻合，鉆機需與設定好的鉆孔方向平行并保證固定鉆機的穩固牢靠。

3.3 鉆孔

安裝完鉆機后，再安裝鉆桿（長度約為89m），在進行管鉆具和鉆具風動潛孔鉆施工前，還需對鉆具進行空轉檢查，在實際施工過程中，地下施工掌子面的風可利用高壓風管送至，并確保螺桿空壓機處于隧道一端的地面上，前、后臺之間可采用對講機進行聯系。空轉檢查無誤后，再安裝套管，利用后臺送風進行跟管鉆進，需保持低壓低速進行初始鉆機，鉆孔至1m后，再根據實際的地質狀況對風壓和鉆速進行調整。另外，應采取跳打措施進行鉆孔施工，并認真做好鉆進過程的原始記錄，并及時描述和判斷孔口排渣地質情況，當鉆孔內有水滲出或排渣出現軟泥時，需立即對鉆進停止，為避免發生滲水事故，還需及時采取孔內注漿封堵方式進行處理。鉆孔至設計深度后，需將高壓氣開啟，孔內浮渣清理通過自孔底向孔口進行，孔斜與鉆孔深度驗收合格后，才可進行下一鉆孔施工。

3.4 孔斜測量與糾傾

為保證管棚精準的設置在隧道頂板和各種地下管線之間，在鉆孔鉆進過程中，對鉆孔的位置需經常用測斜儀對其進行測定，一方面以避免其進入隧道頂板以下對隧道結構施工造成影響，另一方面還能避免其損害相鄰的管線。可采用水平孔數字羅盤測斜儀作為孔斜的測量儀器，并且在施工期間，儀器每鉆進鉆孔5m需對孔斜進行一次測量，然后再依據測量的數據對鉆頭所在標高和鉆孔傾斜值進行計算，并分析和預測繼續鉆進可能出現的偏差程度，若孔斜值在允許誤差范圍內，也即鉆孔不會進入隧道頂板以內側且不會損壞地下管線，便可正常鉆進，若超過誤差范圍，則需及時行糾傾處理。常用的糾傾處理方法有：若鉆孔傾斜角度較小時，可利用扶正器對鉆桿進行扶正，再行鉆進；若鉆孔傾斜角度較大時，需從孔內抽出鉆具，并對鉆機鉆進傾角進行重新調整，再行鉆進操作；若鉆孔向下傾斜過大時，需增大鉆桿仰角1～2°，若鉆孔向上傾斜過大時，需對鉆桿仰角進行減小。

4 結束語

綜上所述，隧道工程在我國公路建設中的比例越來越大，因此探尋安全、有效的隧道施工技術迫在眉睫。在城市隧道中進行施工尤為困難，原因是其存在較多的特殊地段和地質，例如存在較多的強膨脹地層、砂土質地層、強流變性地層以及極其破碎的塌方體、巖體和淺埋大偏壓的圍巖等，這些因素不僅增加了城市隧道施工的難度，同時也會導致建成的城市隧道工程結構性能較差，而采用超前管棚預支護施工技術則能有效克服上述問題，其在溶嚴重流泥地段、流塑狀巖體中均可適用，并且通過管棚支護和注漿處理，如采用絕大部分長度的管棚鋼管支護在開挖隧道洞口，能有效支撐洞口上部荷載，在隧道洞內施工中，鋼管的后半段能起到承受上部土體荷載和路面荷載的作用，因此，能使隧道工程獲得良好的加固效果，