雙層小導管超前支護在隧道進洞施工中的應用

李曉斌

摘? 要：文章結合工程實例，對雙層小導管超前支護在隧道進洞施工中的具體工藝流程、施工方案以及應用優勢等進行研究分析，以為有關實踐及研究提供參考。

關鍵詞：雙層;小導管超前支護;隧道;進洞施工;應用

中圖分類號：U455.4? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0157-02

在社會經濟與交通事業快速發展影響下，道路工程的施工數量及規模也在不斷增長，對施工技術的要求也不斷提高，尤其是特殊地質路段的道路施工中，其施工技術與施工方案的合理選擇應用，對道路施工的質量和安全影響十分顯著。當前，在公路及鐵路隧道施工中，對穿越覆蓋層或者是坡積層、風化嚴重的軟弱破碎巖體路段施工中，多采用新奧法施工技術，其中，對淺埋破碎段隧道洞口進洞施工以大管棚超前支護施工方案為主，但是，這種施工技術方案由于造價成本較高，再加上施工工藝復雜，對破碎地段的鉆孔成孔難度較大，導致現場施工困難突出等，使其在實際施工應用中推廣應用局限性較為顯著。為此，本文結合工程實例，對雙層小導管超前支護在隧道進洞施工中的應用進行研究，以為相關實踐及研究提供參考。

1 工程概況簡述

某鐵路隧道工程位于該地區北面坡體地段，整個隧道施工需穿越坡體地段的整個山體，該隧道開挖施工位于K112+455至K113+058樁段，為左右分離隧洞，其中，左線全長約為554米，右線全長約為602米，隧道洞口以上的地段，其地形坡度較陡，局部地段存在4至6m的砂巖陡坎，山腰部位分布有梯田，且以水稻田為主，斜坡坡度為30至35°;隧道出洞口為山體的東南坡面，與西北坡相比坡度較緩，坡上以梯田分布為主，其中局部區域存在4至5m高度的陡坎，橫向坡度變化在25至35°之間。此外，該隧道工程的最大埋深約為101m。

對上述隧道工程施工地區的地質條件勘察分析顯示，其施工地區位于山體東西向構造帶的南部，巖層分布向西北緩傾，局部存在受次級小構造或透鏡體影響的東北或東南傾斜變化，巖層分布整體呈現相近變化，無斷層發育情況。此外，隧道開挖施工地段的地質結構以粉砂質泥巖為主，局部呈現強風化作用的極/軟質巖層及中/厚層構造分布特征，存在風化裂隙發育，且巖層間結合相對較差，巖體呈碎石狀鑲嵌結構分布，其中，強風化帶為松軟結構區，巖層中分布有少量的基巖裂隙水，以點滴或淋雨狀滲出。

2 隧道進洞施工方案設計與對比分析

根據上述對隧道洞口開挖施工情況及地質條件的分析，為確保該隧道施工的安全與順利開展，結合實際情況，制定了如下兩種隧道洞口開挖支護施工方案，即大管棚超前支護和雙層小導管超前支護方案，下面就兩種施工方案的特點及優勢進行對比分析。

首先，對上述隧道洞口開挖施工的大管棚超前支護施工方案設計中能夠，采用108mm的熱軋無縫鋼管作為大管棚超前支護管，其管壁厚度為6mm，在管壁上還加工設置有梅花狀的透漿孔，按照單循環設計管棚35根，管棚環向間距設置為40cm，外插角控制為1至2°，同時沿隧洞拱頂120°范圍進行分布設置，單個管棚長度控制為30m。此外，在隧洞開挖超前支護施工中，采用1：1的純水泥漿進行注漿施工，并結合鐵路隧道施工經驗，在隧道洞口淺埋以及偏壓、軟弱破碎圍巖段采用大管棚超前支護施工，以對開挖施工隧洞巖層整體性進行保障，在該隧道洞口開挖支護施工中，大管棚超前支護施工方案的超前支護長度能夠達到30至40米左右，并且能夠有效減少其隧道開挖支護中的循環次數，在確保隧道洞口開挖施工的安全順利進行方面，具有顯著的作用效果。但是，值得注意的是，根據上述隧道施工支護方案，在實際施工應用中，具有造價成本高、施工工序復雜，對破碎地段的支護施工鉆孔成孔難度較大，現場操作困難，對施工外插角控制困難突出等問題，此外，在進行隧道施工的水平巖層開挖時還容易出現大面積掉落巖塊等問題，對施工開展存在一定的不利影響。

針對上述技術方案在實際施工中存在的問題，為節約施工成本，確保隧道施工按期順利開展，提高隧道施工的安全性，綜合該隧道施工的具體情況與地質環境，還制定了雙層小導管超前支護施工方案，通過在隧道拱頂120°進行小導管布設，其中，小導管長度設計為5m，其單排環相間距與雙層排距均設置為40cm，導管搭接長度控制為2m，以內層小導管外插角為8°、外層小導管內插角控制為40°，同時，內層小導管數量設置為35根、外層小導管數量設置為37根的方案進行分布設置，以用于隧道洞口開挖的超前支護。此外，該隧道開挖超前支護施工中采用的小導管為熱軋無縫鋼管加工制成，導管直徑為42mm，管壁厚度為4mm，并且在管壁上設置有注漿孔，孔徑為8mm，間距為10cm，注漿孔呈梅花狀布置，在導管尾部60cm范圍內不進行鉆孔設置，同時，對大管棚超前支護方案中隧道洞口段30m范圍的拱架間距調整設置為60cm，以確保在隧道開挖支護施工中，其開挖施工段的結構安全，避免發生隧道塌陷、滑落等問題。如下圖1所示，即為該隧道進洞口施工中雙層小導管超前支護技術方案示意圖。

根據上述設計的雙層小導管超前支護隧道進洞施工方案，其在隧道進洞施工中的超前支護作用機理主要表現為，通過內側一層注漿小導管的外插角8°傾斜，對即將開挖隧道外輪廓線附近圍巖結構進行穩定固結，并形成一層注漿固結圈，同時由外側一層外插角40°傾斜注漿小導管在與第一層注漿圈形成搭接后，構成第二層的注漿加固圈，來促進圍巖固結區范圍加大，從而形成良好的支撐效果，對隧道進洞開挖施工安全以及開挖后洞口下沉變化進行控制和保障，確保其順利施工進行。該技術方案與大管棚超前支護方案相比，施工造價與成本相對較低，且施工操作相對方便，技術難度較低，對機械化的要求不高，更加適用于上述隧道施工工程。但是，該技術方案在施工中由于能夠超前支護的長度較小，一般在3至6米之間，導致其循環次數增加，需要頻繁進行工序交換進行。

3 雙層小導管超前支護在隧道進洞施工中的應用

根據上述設計的雙層小導管超前支護技術方案，在該隧道進洞施工中，其具體工藝流程如圖2所示。

根據該隧道進洞的雙層小導管超前支護施工方案，在施工過程中，進行明洞開挖后應及時進行注漿混凝土噴射以對開挖洞口的邊仰坡以及開挖輪廓面、掌子面進行封閉，以形成良好的支撐效果，避免引起開挖巖體掉落或下滑等發生，對施工安全造成不利影響。

其次，在隧道進洞施工中，對雙層小導管的布設需要根據進洞洞口的拱頂外輪廓中心高度以及支護距離進行合理布孔放樣，并使用插釬標記，對小導管布設間距及排距進行合理控制，確保其符合設計標準。

在鉆孔與小導管安設施工環節，對鉆孔直徑要求比小導管的鋼管中大20mm以上，對超前小導管支護設置按照環向間距為40cm、內層單排設置35根、外插角控制為8°，外層單排設置37根、外插角控制為40°的標準，在導管縱向預留2m用于搭接實現，進行超前支護小導管布設，對布設小導管需要嚴格按照技術方案設計以熱軋無縫鋼管制成，其導管直徑應為42mm，管壁厚度為4mm，單根導管長度為5m，以確保其超前支護的效果。此外，在小導管超前支護布設中，對導管前端注意加工成錐形，并對導管尾部進行加筋箍焊接，將管壁四周按照10cm間距進行鉆孔設置，單孔直徑為8mm，鉆孔呈梅花狀分布。

注漿施工環節，采用純水泥漿注漿，注漿壓力控制在0.6至1MPa，注漿的水灰比為0.8：1，注漿水泥使用425標號水泥，注漿過程中為避免對工作面造成壓裂，需要加強注漿量的控制，在單根導管的注漿量滿足設計標準后，應立即停止注漿操作，同時在導管孔口壓力與規定標準相符合但注漿量不足的情況，也應立即停止注漿，避免有關問題發生。在注漿結束后需對注漿效果進行檢查，注漿效果檢查采用鉆孔檢查方式，對未滿足要求的注漿孔要及時進行補漿，以確保其在隧道進洞施工中的超前支護效果。此外，對上述隧道進洞施工中的雙層超前支護小導管全部在型鋼支撐上進行焊接固定，以促進其施工開展。

需要注意的是，在上述隧道進洞雙層小導管超前支護施工中，對小導管需要按照設計位置及角度在隧道進洞開挖輪廓線上進行打入，且其打入孔位誤差要控制在10cm以內，同時插入角度誤差控制在3°以內，對誤差較大的小導管需要對距離偏大孔間進行補管后，再進行注漿施工，以避免對施工效果產生不利影響;此外，對每根導管的打入長度應嚴格按照設計長度進行，且不能低于設計的長度標準，對于不符合設計標準的情況，需要在隧洞開挖1米后進行補管和注漿操作，以對其超前支護效果進行保障。

4 結束語

總之，對雙層小導管超前支護在隧道進洞施工中的應用分析，有利于促進其在隧道施工實踐中的推廣應用，從而對隧道施工的質量和安全進行保障，具有十分積極的作用和意義。

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