公路隧道中管棚支護施工技術探討

宋志紅

(山西交通控股集團晉城高速公路分公司，山西晉城 048000)

0 引言

現(xiàn)代化的公路隧道工程在施工階段，一般都是使用地下暗挖來進行的。施工之前，應該進行全面的地質(zhì)勘察，對于不穩(wěn)定的區(qū)域要采取措施來進行預加固和預支護處理，以滿足施工的要求。管棚法的施工方式是一種非常先進的方式。采用管棚超前支護的方式來進行施工，可以加強進、出洞口的圍巖穩(wěn)定性，很好地控制開挖輪廓線，防止在施工中出現(xiàn)塌陷等事故。

1 工程實例

我國某地區(qū)中的隧道工程中，其為雙洞四車道的形式，設計總長度為1 138 m，單洞凈寬度尺寸為 10.5 m，凈高尺寸為7.03 m，整個工程的縱坡為2%。從地質(zhì)資料中可以發(fā)現(xiàn)，右側位置上的洞口進口部分40 m為Ⅴ類軟巖，施工范圍內(nèi)地下水含量比較高，最下埋深深度為5 m;表層中含有大量的松散砂土，下層則主要為強風化巖石，力學性能比較差，在開挖施工中也會出現(xiàn)嚴重的坍塌問題，施工難度非常高。

2 施工方案

2.1 施工方案的選擇

從當前地質(zhì)勘探資料中可以準確的了解當?shù)氐乃臈l件等信息，從各個方面進行分析和研究之后，決定先對淺埋段進行固結處理，再進行開挖保證安全。本次施工方案中采用的是大管棚超前支護的方式，同時在施工范圍內(nèi)布置防、排、截水的基礎設施，然后應用小導管超前注漿加固施工技術開展開挖施工。根據(jù)施工方案的要求，管棚部分的設計長度為51 m。為了可以全面的提升工程的質(zhì)量，采用的是兩環(huán)設計方案，分別為27 m，24 m。超前大管棚布設于隧道拱部中心線150°范圍內(nèi)，邊墻與仰拱都是使用深孔長套管擠壓劈裂注漿支護輔助施工。具體的結構部分如圖1 所示［1］。

圖1 管棚布置示意圖

2.2 管棚結構的組成和位置

管棚的主要組成結構部分就是鋼管與鋼架柵拱架。管棚結構為Ⅰ20型工字鋼架，鋼管使用的是108×8 mm的熱軋無縫鋼管，兩環(huán)的連接位置上采用搭接的形式，長度為5 m。鉆孔孔口位于沿洞口拱部開挖輪廓線外200 mm處，環(huán)向內(nèi)部的結構設置距離為300 mm，沿著結構內(nèi)部設置插角2°。縱向接頭連接中選擇使用的是厚壁管箍，螺紋穩(wěn)固連接。鋼管結構上需要設置注漿孔，直徑為10 mm、孔間距150 mm，采取梅花形布置的方式，同時在管路的端部預留1 m不鉆孔。鋼管內(nèi)增設小鋼筋籠作加筋處理，使用的是4根22 mm螺紋筋制作成為環(huán)狀的形式，全面提升管棚的剛性和強度參數(shù)。

3 大管棚的施工工藝流程

3.1 測量放線

根據(jù)設計方案的要求，本次施工采用的是兩環(huán)管棚搭接的形式，第一環(huán)和第二環(huán)測量放線的方式有所不同，主要體現(xiàn)在:第一環(huán)主要采用的是測設開挖中線，進行鋼格柵的合理布置，同時應該保證鋼管中心位置與樁點達到要求，并且應該嚴格控制格柵落點，以保證位置的精確度達標;沿每個導管中心線方向測設至少兩個點，進行方向控制，通過測量孔口高程和鉆機中心高程，配合精密水平陀螺儀控制內(nèi)、外傾斜度。第二環(huán)在放樣的過程中，除了需要進行上述步驟之外，還應該在開挖完成之后要進行鋼拱噴錨的方式來完成初期支護施工，此時應該確保各點位置合理的設置，同時要做好詳細的記錄［2］。

3.2 鉆孔精度

首先嚴格控制人員、材料、機械的誤差。其次為避免施工環(huán)境造成的偏差，施工前對鉆進影響范圍內(nèi)的巖體注漿固結確保強度，施工中監(jiān)控量測，及時反饋，及時處理;鉆機安裝之前應該合理的進行位置的確定，保證偏差尺寸達標。鋼架安裝垂直度偏差要控制在±2°之內(nèi)，中線與高程偏差也要控制在5 cm以內(nèi)。套管的設置應該保證其各個方面的尺寸精度達標，以滿足設計方案的需要。

3.3 鋼管安裝

鋼管結構應該布置在拱架結構上，為了避免鉆機在工作中存在振動的問題，鋼管用U形螺栓與拱架稍加固定。開孔作業(yè)應該使用兩臺鉆機同時進行，鉆機的打孔順序應該從拱頂中心線開始，要保證兩側對稱、同時進行。鋼管按設計要求接長，此時應該保證外插角為2°，并且呈現(xiàn)出扇形的形式;鋼管接頭應用的是套管法來完成，使用螺紋穩(wěn)固連接，連接位置長度不能小于200 mm，相鄰的鋼管接頭位置要交錯布置，距離不能少于2 m;在送管施工中，要利用卷揚機來進行;兩環(huán)管棚搭接5 m，隧道初襯應設置在搭接鋼管之間;在鋼管內(nèi)下鋼筋籠，鋼筋籠內(nèi)設置導管環(huán)，間距1 m左右，方便注漿;鋼管安裝完成后，在管口位置焊上法蘭盤、止?jié){閥進行封閉，焊接參數(shù)符合注漿要求［3］。

3.4 注漿控制

注漿參數(shù)的確定:最為常見的注漿施工材料即為改性玻璃、普通水泥漿等等，根據(jù)材料的不同選擇合適的注漿方式與技術參數(shù)。本工程結合地質(zhì)條件與水文狀況等因素，確定使用P.O42.5級硅酸鹽單漿液，此時將水灰比參數(shù)控制在1∶1，此時應該將孔口壓力與終壓設置在0.5 MPa～2.2 MPa范圍內(nèi)。注漿施工階段需要嚴格控制施工壓力，避免出現(xiàn)壓裂的問題，相鄰位置注漿效果不達標的情況要采用小導管補充的方式，確保壓力處于0.2 MPa～0.5 MPa之間，完成之后要使用M10水泥砂漿填充完畢，以保證剛度符合要求。

3.5 防排水與開挖、襯徹

本次施工位于江河地區(qū)中，在施工階段中雨量異常豐富，因此，地下水含量非常多，這就需要在施工中采取有效的處理措施，避免水量過大而導致施工出現(xiàn)嚴重的事故。根據(jù)結構形式可采取襯徹背后設置排水暗溝盲管，隧道底設置中心排水溝等措施。在注漿結束后的8 h，就能夠開始開挖施工;根據(jù)隧道斷面形式和地質(zhì)條件，采用單側壁導坑法，循環(huán)進尺為0.7 m，開挖一部分就要封閉一部分，逐漸成為封閉結構形式，有效的提升結構的安全性。

3.6 監(jiān)控量測

施工的過程中要全面的進行數(shù)據(jù)的監(jiān)控量測，從而可以及時的發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患問題，并且采取措施消除這些問題。洞口淺埋部分主要監(jiān)控的就是拱頂下沉、地表下沉、圍巖壓力、滲水壓力等等。此時應該在該位置上間隔2 m～5 m設置沉降觀測點。隧道中線位置上應該增加觀測點的密度，以保證量測參數(shù)能夠滿足使用的需要。經(jīng)過詳細的分析地表下沉位移曲線，確定最大沉降量滿足工程的需要，確保沉降參數(shù)已經(jīng)達標，工程質(zhì)量最終滿足要求。

4 結語

通過該項目的管棚支護施工，讓我們得到了很好的隧道施工成果。采用超前管棚支護技術可以更好的提升工程的質(zhì)量，保證隧道工程在安全的條件下進行，可以大大提升隧道工程部分的強度和剛性，使得施工位置更具牢固和穩(wěn)定性，是當前隧道工程中最為關鍵的施工技術，其施工效率也更高。