長管棚預注漿超前支護技術在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中的應用

謝 飛

（達州機場建設有限責任公司， 四川 達州 635000）

1 工程案例分析

某高速公路隧道設計形式為雙洞四車道，單洞凈高48m，凈寬9.14m。左邊洞出口樁號為 MN128+773，設計標高為 398.18m。隧道洞口出口段位于淺埋層，埋深在8m左右，屬于第四系崩坡積層，褐紅色，巖性為低液限黏土，為軟塑狀，具有較強黏性。工程局部為粉砂質泥巖和砂巖碎石。在隧道明洞開挖之后，清除表土并形成開挖工作面。按照工程所在地實況，結合長期隧道工程施工經驗，決定采用長管棚預注漿超前支護技術，保證施工順利進洞。

2 管棚施工設計

2.1 設施原則

在施工前將管棚位置設置在進出洞口，此種位置設置方式能夠確保地層穩定性，避免由于施工操作產生地表沉降問題，主要應用導管直接打入法和鉆孔引入法控制地表沉降。按照地層成孔的難易程度合理選擇成孔器械，如果地層允許先鉆孔后排樁，此時就可以應用錨桿鉆機和地質鉆機等設備。在施工期間若遇到成孔困難，則應當使用一邊鉆孔一邊打入導管施工方法。開挖輪廓周線鉆設基本平行于隧道周線，為了確保鉆孔方向，通常需要在管棚設置2°外插角，之后插入直徑不同的鋼管，并且向鋼管內注漿，與管周邊圍巖固結在一起，在預設范圍內設置棚架支護體系。施工期間應用管棚的作用在于加強管周邊的抗剪強度，因此在施工期間應當做好支護圍巖，這樣能夠有效控制開挖施工所引起的松弛問題。

除了對地表沉降進行觀測以外，還應當注重檢測洞口開挖后洞內收斂情況。通過工程實踐能夠看出，利用收斂儀能夠獲取洞內的收斂數據，然而對于大隧道工程來說需要在平臺車上進行施工，此時就需要投入非測量輔助設備，相應增加了建設成本。相對位移觀測方法只需要采用一臺全站儀就能夠完成監測人物，確保精度滿足要求，然而卻不能反映出監測點的實際變形情況。通過對洞內收斂情況的觀測，能夠為后期施工提供重要依據。在此期間需要注意的是，在選擇監測方法時需要綜合考慮實際施工內容。

2.2 管棚參數設定

在選擇施工鋼管時應當充分考慮技術經濟因素和計算結果，按照施工地層和支護條件選擇管棚鋼管。如果施工地區土體具有較高的凝聚力，可以選擇O89鋼管；針對支護要求比較高的松軟地層應當選擇O127鋼管。在該隧道施工過程中，由于隧道工程洞口處于淺埋段，巖體比較松散，存在嚴重滲水和失穩問題，因此決定采用?108×6mm熱軋無縫鋼管，節長為3m和6m。

2.3 注漿參數設計

第一，使用水泥水玻璃漿作為注漿漿液，硅酸鹽水泥作為施工用水泥，水泥漿液水灰比設定為1:1，水玻璃使用量控制在水泥使用量的5%，模數為2.4。第二，注漿壓力設定在0.5MPa至2MPa。第三：漿液擴散半徑大于50cm。

該工程管棚使用水玻璃注漿處理，環向間距控制在50cm，仰角控制在2°以內。

3 管棚施工工藝

3.1 測量放線

按照設計參數要求，利用現場測量和計算，放樣出襯砌中線，邊線和水平基線，測量所選擇的樁點必須具備可靠性和穩定性，并且通視性良好。

3.2 管棚施工

按照測量放線數據，進行邊仰坡和明洞開挖，在開挖期間應當使用挖掘機開挖，并且實現邊仰坡刷坡。在開挖期間需要確保仰坡和邊坡的穩定性，并且注重地質變化情況。洞口和成洞臨時支護好之后就可以進行大管棚超前施工，管棚施工主要采用潛孔鉆鉆孔頂管，選擇 BW-250型注漿泵注漿。在施工期間先施鉆，并且注漿所有有孔鋼管，之后再進行無孔鋼化管。

（1）鉆孔施工：第一，以套拱中預埋的鋼套管作為導向管，并且使用鉆機實施鉆孔施工，在到達預設深度之后清理孔內殘留物，并且將鉆具鉆孔撤掉。在進行掌子面施工時應當按照相關要求噴涂素混凝土當作止漿墻，這樣可以保證掌子面在實行壓力注漿時不會產生漏漿和坍落問題。第二，鉆孔施工期間應當按照實際情況確定水泥漿鉆進施工，如果遇到易塌孔的砂層時，則需要使用泥漿護壁之后才能繼續鉆進。如果無法成孔，可以選擇加套筒等方式鉆進。

（2）管棚安設施工：在完成鉆孔之后需要及時安裝管棚鋼管，防止發生塌孔問題。在安裝期間如果遇到問題，可以使用卷揚機反壓頂將鋼管頂到設計位置。在施工期間應當逐節頂入鋼管，通過絲扣方式實現對口連接。將鋼管設置在襯砌拱部，將襯砌設計外輪廓線和管芯距離控制在50cm左右。對于管棚鋼管外插管設置問題來說，應當遵循不侵入隧道開挖輪廓線原則，將外插角設定在2°，使隧道中線與外插角方向平行，沿著隧道縱向內的鋼管接頭應當控制 50%以下，鄰近鋼管接頭應當錯開1m。在施工期間應當將鉆孔壁和鋼管間縫隙填滿，并且將止漿閥和法蘭盤焊接在鋼管外露端，并且詳細檢查焊接密實度和強度。

（3）套拱施工：套拱施工采用輸送泵將混凝土運輸到套拱內，輸送泵管口應當避免觸碰管棚定位鋼管，降低管棚施工難度。

3.3 管棚注漿施工

（1）施工程序和注意事項。第一，在施工之前需要對機械設備和管路狀態進行詳細檢查，在確認無誤之后需要進行壓漿實驗，注漿時采用水泥單液漿，水泥漿強度為 M30。第二，注漿施工期間需要采用低壓力中液量注入，注漿初壓控制在1MPa左右，在注漿施工期間壓力逐漸增大，流量持續減少，注漿終壓滿足2MPa標準之后，持續壓注五分鐘。第三，在注漿期間需要對孔口鄰孔進行觀察，查看覆蓋層薄弱區是否出現串漿情況，一旦出現串漿問題則應當及時停止注漿，也可以使用快速硬化水泥沙叫進校封堵，直至不再出現串漿情況之后才能夠繼續注漿。在注漿施工期間如果壓力突然升高，有可能是出現堵管問題，此時應當停機檢查。第四，在注漿施工期間應當派遣專人負責填寫注漿記錄表，詳細記錄注漿時間，注漿壓力和漿液使用情況。與此同時，還應當密切觀察壓力值，實時監控連通裝置，防止由于壓力過猛而產生異常情況。第五，在完成注漿之后需要做好養護工作，確保漿液強度滿足設計標準之后，開始開挖洞身。第六，在完成所有有孔鋼管注漿之后，開始進行無孔鋼管安裝施工。在施工期間應當注重物控鋼管對對周圍巖體的加固作用，在確保鋼管強度的前提下進行打孔處理。

（2）評價注漿效果。在對注漿加固區進行鉆孔取芯時，應當對注漿充填效果進行觀察。其次，在進行無孔鋼管鉆孔施工過程中，需要對孔內涌水量和顏色進行觀察，如果涌出水比較清澈，并且涌水量小于每分鐘0.4L，則表明注漿效果好。如果涌水為泥漿顏色，并且涌水量比較大，則應當考慮補漿或者重新注漿。

為了全面確保施工安全，需要全面檢查管棚施工效果。所以施工企業應當組織檢測人員全面量測隧道洞口位移下沉情況。按照工程的表下沉位移情況來看，進口右洞在開挖15天之前出現15mm左右下沉情況，在工程后期逐漸趨于穩定，比較滿足工程規范要求。

4 結束語

綜上所述，長管棚預注漿超前支護技術在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中具有明顯加固效果，可以提升進洞速度，減少施工工期，全面提升施工企業的經濟效益和社會效益。