大管棚超前支護技術在淺埋隧道施工中的應用

游順達

大管棚超前支護技術在淺埋隧道施工中的應用

游順達

（創泰建設有限公司，福建 福州）

闡述了玉磨鐵路西雙版納隧道進口淺埋段通過技術：超前大管棚加下部雙側導坑開挖的施工方法。通過闡述該施工工序的施工要素和技術要領,總結了大管棚的作用機理為通過注漿將松散的土體固結起來, 注漿體與管棚的剛性形成一個整體受力體, 在隧道開挖輪廓線外形成一個環向的支撐體, 有效地阻止了松散體出現進而規避了塌方對施工造成的危害。通過監控量測在施工保障的情況下該施工工法作用后圍巖收斂增長較緩,充分說明了大管棚預注漿超前支護對防止圍巖惡化, 控制隧道變形作用是顯著的。對隧道通過類似淺埋軟弱圍巖時采用超前預支護技術提供一定的借鑒作用。

大管棚；超前預支護；淺埋；雙側壁導坑；監控量測；效果評價

1 工程簡介

玉磨鐵路西雙版納隧道地處云南省，設計圖顯示該區段線路地處剝蝕低山區，局部發育深切溝谷，自然坡度30°～40°，隧道洞身最小埋深8米，最大埋深600m。

西雙版納隧道全隧10680米。全隧除進出口作業面外設置蘭2座斜井和一座橫洞作業區。進口里程為DK348+050,出口里程為DK358+730。

我司施工管段為西雙版納隧道進口，施工任務1600米。該施工區段圍巖節理裂隙發育，巖體較破碎，局部含斷層及破碎帶，地質情況較差，施工難度大。除洞口設置9米雙耳墻式明洞外，其余均為五級圍巖[1]。

2 大管棚超前支護技術的應用

西雙版納隧道進口為淺埋偏壓地段。設計采用大管棚超前預注漿, 先對洞口段進行固結處理后再進行開挖,可以有效地保證洞口掘進安全和滿足工期等各方面要求[2], 采用大管棚支護具有以下優點:

1、 洞口偏壓較嚴重, 采用大管棚注漿能有效地阻止堆積體巖體滑移, 并能防止巖體偏壓對隧道的影響

2、管棚注漿能有效地防止洞口仰坡面失穩, 并對松散巖體有固結作用

3、一次支護長度大, 可以減少超前支護的次數, 縮短施工時間

3 長管棚設計

3.1 導向墻

長管棚需設置導向墻，導向墻采用C20混凝土，截面尺寸為1m×1m。為保證長管棚施工精度，導向墻內設2榀I18工字鋼架，鋼架外緣設φ140壁厚5mm導向鋼管，鋼管與鋼架焊接詳見附圖

（新建鐵路玉溪之磨憨線西雙版納隧道施工圖）

3.2 大管棚

大管棚采用108mm , 壁厚為6mm的熱軋無縫鋼管, 長度為26 m。 用每節長4～6m的熱軋無縫鋼管 （φ108mm，壁厚6mm）以絲扣連接而成，同一斷面內接頭數量不得超過總鋼管數的50%。布置在拱頂120°范圍內, 管棚環向間距中至中為40 cm , 距開挖輪廓線50 cm , 外插角1°～ 3°。圖中奇數號者采用鋼花管，偶數號者采用鋼管，施工時先打設鋼花管并注漿，然后打設鋼管，以便檢查鋼花管的注漿質量。詳見附圖

3.3 鋼花管

鋼管上鉆注漿孔, 孔徑為10mm , 孔間距15cm , 梅花形布置, 尾部1.1m范圍內不鉆孔作為止漿段，詳見鋼花管示意圖及展示圖。

3.4 注漿參數設計

長管棚注漿采用水泥漿液，注漿參數如下：

水泥漿液水灰比 1：1（重量比）、注漿壓力：0.5～2.0MPa

注漿前應進行現場注漿試驗，根據實際情況調整注漿參數，取得管棚注漿施工經驗。注漿結束后用M7.5水泥砂漿充填鋼管，以增強管棚強度。

單根鋼花管的注漿量按下式估算： Q=π Rk2 Lη

式中R為漿液擴散半徑，取Rk=0.6L0 ；L0為注漿鋼花管中至中的距離；L為鋼花管長；η為圍巖空隙率，各種地層條件下圍巖空隙率參考值：砂土40%，粘土20%，斷層破碎帶5%。本工程取砂土40%，經計算, 單根鋼管注漿量:Q = 3.14*（0.6*0.8）2 *26*0.4=7.524m3

4 方案實施

4.1 坡面處理

為保證施工順利進行，對堆積土進行刷坡后坡面采取錨網噴聯合支護措施。其支護參數為：φ22砂漿錨桿長度L=4.0m、間距為1.5m×1.5m成梅花形布置;噴砼采用10cm厚C20網噴砼， 鋼筋網采用φ8滿鋪坡面, 網格間距為25cm×25 cm。

4.2 管棚施工

4.2.1施工工藝

管棚施工工藝如下右圖所示

4.2.2測定孔位及鉆孔

(1) 孔位測定

鉆孔前按5 寸臺畫出管棚位置輪廓線(按開挖輪廓線放大50 cm ) , 按孔間距定出孔位, 并能滿足設計要求。

(2) 鉆孔

①鉆孔前先檢查鉆機各部位運轉是否正常, 對非正常部位進行更換, 檢查水壓能否達到施工要求; 鉆孔時必須按設計位置開鉆, 如設計位置開鉆困難時,采取輔助措施。

②鉆孔根據情況確定是否加泥漿或水泥漿鉆進,當鉆至砂層易坍孔時, 應加泥漿護壁方可繼續鉆進。

③鉆孔速度應保持勻速, 特別是鉆頭遇到夾泥夾沙層時, 控制鉆進速度, 避免發生夾鉆現象。

④為避免鉆桿太長, 鉆頭因自重下垂或遇到孤石鉆進方向不易控制等現象, 開鉆上挑角度控制在1°～3°之間, 并隨時檢查角度值和鉆進方向[3-4]。

4.2.3安設管棚

(1) 孔鉆好后及時安設管棚鋼管, 避免出現坍孔。

(2) 鋼管采用人工配合挖掘機頂入。

(3) 鋼管逐節頂入, 采用絲扣連接, 保證鋼管間的連接強度。

(4) 及時將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實, 在鋼管外露端焊上法蘭盤, 并檢查焊接強度和密實度。

4.3 管棚注漿

4.3.1施工工藝

管棚注漿施工工藝流程如下圖所示。

（新建鐵路玉溪之磨憨線西雙版納隧道施工圖）

4.3.2施工程序及方法

(1) 注漿前先檢查管路和機械狀況, 確認正常后做壓漿試驗, 確定合理的注漿參數, 據以施工。

(2) 注漿采用水泥漿, 水泥漿必須拌制均勻。

(3) 注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、河溝、覆蓋較薄部位有無串漿現象, 如發現串漿, 立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口, 也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵, 直至不再串漿時再繼續注漿。

(4)當水泥漿壓力突然升高時, 可能發生堵管,應停機檢查;待泵壓正常時, 再進行注漿;

(5) 注漿壓力達到0.5~2.0M Pa, 并持續穩定2 m in以上, 可停止注漿, 并及時封堵注漿口。

4.3.3注漿效果檢查

(1) 注漿終孔壓力達到0.5~2.0M Pa, 并持續穩定2 m in以上M Pa,視為該注漿孔已滿足要求。（鐵路工程施工質量驗收標準應用指南）

(2) 注漿完畢用鐵錘敲擊鋼管, 如響聲清脆, 說明漿液未充滿鋼管, 需采取補注或重注; 如響聲低啞, 則說明漿液已填滿鋼管。

(3) 開挖后及時觀察巖壁面, 鋼管周圍20 cm范圍巖隙應被基本充填密實, 并作好記錄。

5 淺埋段開挖

該段洞身開挖采用雙側壁導坑開挖法, I20a鋼架支護配合大管棚。詳見下圖。開挖按1~8號導坑順序開挖，每個開挖段錯開2~3m距離。

《鐵路隧道軟弱圍巖臺階法快速施工管理手冊》

6 效果評價

為了保證施工安全以及檢查大管棚的實施效果,本隧道實施監控量測。 對該段做了凈空收斂量測、錨桿受力監測、地表位移量測共3 個項目。從量測情況來看收斂增長較緩, 均滿足設計要求。充分說明了大管棚預注漿超前支護對防止圍巖惡化, 控制隧道變形作用是顯著的[5]。

7 總結及體會

利用大管棚作為穿越偏壓段的超前支護, 其成功之處在于: 通過注漿將松散的土體固結起來, 利用大管棚支護圍巖, 注漿體與管棚連成一個整體受力, 在隧道開挖輪廓線外形成一個環向的支撐體, 有效地阻止了松散體出現坍塌。超前預支護技術在武調隧道進口的成功應用, 是新奧法與其他輔助施工方法的完美結合, 特別是監控量測工作的開展, 通過對隧道結構定性定量的分析, 起到預測和反饋的作用, 為施工提供了重要的安全信息。

[1]新建鐵路玉溪之磨憨線西雙版納隧道施工圖[S].成都：中鐵二院工程集團有限責任公司，2018.

[2]薛吉崗.鐵路工程施工質量驗收標準應用指南[M].北京：鐵路工程出版社，2004.

[3]王東杰.公路隧道施工[M].北京：中國電力出版社出版，2002.

[4]關寶樹 .礦山法隧道關鍵技術[M].北京：人民交通出版社股份，2016.

[5]中國國家鐵路集團有限公司工程管理中心.鐵路隧道軟弱圍巖臺階法快速施工管理手冊[M].北京：中國鐵道出版社,2020.

游順達（1980.10- ），男，漢，籍貫：漳州東山，職稱：工程師，學歷：本科，單位：創泰建設工程有限公司，研究方向：隧道工程。

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1007-6344（2021）04-0179-03