超前管棚支護在軟弱圍巖隧道施工中的應用

孫贊，田偉

（95338部隊，廣州 510000）

1 工程概況

本文選取某市市政工程隧道施工為進行具體分析案例。該隧道長302.5m，施工過程中，最大開挖跨度為12.58m。實地考察發現，該隧道工程所在位置為軟弱圍巖地段，具體考察可知，該地段圍巖為5級和6級軟弱圍巖。實地考察發現，該隧道工程進洞段洞頂覆蓋層厚度在4~5m，隧道拱頂巖體很薄，拱頂覆蓋層厚度較小，跨徑較小，說明該隧道工程屬于超淺埋隧道，難以保證隧道施工質量。另外，隧道洞口上部存在大量人工堆積土料，這些土料非常松散，土層下部為破碎的巖石，具體包括石英巖、花崗巖等，已經嚴重風化，填充物為亞黏土，因此可知，這一地段的圍巖屬于軟弱松散圍巖，其強度較低，穩定性較差，很容易發生垮塌，進而對隧道的順利施工產生負面影響。基于以上分析，需要在施工過程中，在隧道洞口位置實施超前管棚支護措施，為后續施工的順利進行打下基礎。

2 預支方案比選

當前，針對隧道施工的超前支護方法種類較多，主要包括超前錨桿、超前小導管注漿和超前管棚支護等。不同的超前支護技術具有不同的優點和施工要求，其中，超前錨桿和超前小導管注漿在施工過程中操作簡單，而且施工技術難度較低，不需要復雜的機械配套設施，具有良好適應性，其不足之處在于支護長度較小，一般僅能夠支護3~5m的距離。部分情況下，由于錨桿和導管依然處于圍巖滑移面內，因此，難以實現預期的支護效果。這種情況下工作面很容易失穩，因此，容易造成嚴重的施工危險。

超前管棚也是超前支護的一種技術，具體施工過程中，需要在隧道等襯砌外周邊對應弧線位置進行鉆孔，在此基礎上安裝相應的鋼管，然后實施灌漿，最終實現對圍巖的固定作用[1]。通過超前管棚支護施工，能夠促使隧道拱頂形成穩定性良好的傘形保護結構。這種支撐結構能夠有效實現對隧道拱頂的支撐，避免上層土層發生坍塌，為后續掘進和施工打下基礎。

3 管棚設計

3.1 套拱設計

為了保證管棚施工的順利進行，以及起鉆支點的和鉆孔的準確性，需要在隧道拱部襯砌對應位置設置混凝土套拱，結合工程具體情況，將套拱厚度設置為600mm。套拱的作用在于為后續超前管棚支護實施導向作用，還可以達到對相關設施的固定作用。

3.2 主要技術參數

根據隧道工程所在地的圍巖的實際情況以及施工需要，綜合考慮洞口破碎圍巖長度以及具體的鉆機施工能力，對超前管棚支護設置相關參數。具體來講，超前管棚支護的總長度為24m。并對管棚的結構、材料進行科學的選擇和使用，本次施工中選用Q235鋼管，在鋼管上實施交錯鉆孔，然后實施支護。本次工程共使用鋼管31根，長度為744m。

3.3 鋼筋籠

為了提高導管整體強度和穩定性，需要在導管內部加上4根相關規格的鋼筋，從而形成穩定性的鋼筋籠，并以無縫鋼管作為其外部固定架，提高其整體穩定性和強度。

3.4 注漿

結合實際需要選擇砂漿材料，本工程以采用M30水泥砂漿。注漿過程中，需要確保砂漿充分填充鋼管空隙并達到一定的密實度，還需要對其進行檢驗和監測，結合壓力、注漿量進行考察，確保達到最佳穩定效果。

4 管棚施工

4.1 套拱施工

套拱施工主要包括以下步驟：

1）土模施工。開挖過程中，需要結合當地的實際情況做好設計和施工，利用套拱的土料作為后續澆筑的土胎膜，并針對超挖部分進行回填。

2）拱架制作安裝。制作需要使用的鋼架，并注意預防鋼架在運輸施工過程中發生變形。在安裝過程中，使用相應的錨桿對鋼架進行固定，保證鋼架的穩定安裝。

3）孔口管安裝。在鋼拱架上準確確定相關孔口管的方向，并實施焊接，需要注意利用水平儀對其進行檢查，確保孔口管的上仰高度，并對其上仰高度實施有效確定。

4）套拱混凝土澆筑。完成孔口管的安裝后，需要迅速開展套拱的混凝土施工，施工過程中，需要確保套拱內部混凝土保持對稱，以避免拱架發生變形，或者對孔口管的方向產生嚴重影響。

4.2 鉆機安裝就位

超前管棚支護施工過程中，管棚的鉆孔采用相應的工程鉆機，這種鉆機具有良好的鉆進能力，而且操作過程比較簡單，同時，其安全性良好，因此，具有良好的使用價值。實踐施工過程中，鉆孔直徑在110~130mm，鉆進深度最大達到60m。

4.3 鉆孔及鋼管安裝

鉆機安裝好后，要根據實際情況對其鉆桿進行調整，確保鉆桿位于導向孔的正中間；在鉆孔過程中，一般從中間開始，然后向兩邊轉移。早期鉆進過程中，需要控制速度，當鉆進達到1~1.5m時，合理調整速度，鉆進2m時，停止鉆進，接入鉆桿，繼續進行鉆進，達到相應深度。如果鉆孔過程中出現坍塌等情況，需要實施注漿，然后再次實施鉆進，確保達到良好的孔道施工效果。

4.4 注漿

注漿前，需要填充密封導向管和鋼管之間的縫隙，一般使用塑膠泥進行密封。完成密封后，安裝止漿塞，并實施壓水試驗，根據實驗結果，利用水泥和水玻璃進行注漿，需要根據工程需要科學控制水泥漿與玻璃比例，還需要科學控制注漿壓力。

注漿過程中，為了避免液體快速凝固，需要加入一定的磷酸氫二鈉緩凝劑。為了避免液體出現串流，需要科學控制注漿操作，一般要從孔道兩側對稱進行。

5 結語

通過某隧道的施工案例進行分析得到以下結論：

1）在軟弱圍巖地區進行隧道施工，需要做好超前支護。如果隧道進洞口埋深較淺，洞口圍巖條件軟弱，可以結合當地實際科學實施超前管棚支護。在此基礎上實施微臺階法施工，挖后及時進行錨噴網及鋼支撐聯合支護，同時，積極做好仰拱和襯砌的封閉，保證隧道順利通過洞口段，確保施工安全。

2）針對軟弱圍巖地區實施超前管棚支護，能夠有效避免常規分部開挖頻繁的工序交接，這種情況下，可以有效減少臨時支護施工過程中煩瑣的安裝及拆除，減少了工程施工量，降低了工程費用，不僅如此，這種操作還可以為后續機械化作業提供條件，因此，能夠從整體上提高工程施工進度。在該段的開挖中，循環進尺控制在0.5～0.75m，日進度約為1.25m，實現了安全、快速施工。