隧道管棚工法新工藝研究

郟亞坤　郭曉帥

[摘要]近年來隧道工程管棚法在施工過程中出現(xiàn)的一些問題，本文提出了新的改進措施，通過管棚搭接、輔助注漿等方法，重點解決了管棚止水問題。

[關鍵詞]隧道工程 管棚法 鋼材切割 防滲處理 連接鋼板

一、引言

管棚是隧道暗挖法中一項重要的預支護技術，它是隧道開挖前沿隧道開挖輪廓線外緣，每間隔一定的距離，用鉆機鉆孔然后將加工好的鋼花管壓入已鉆好的孔中，沿隧道開挖輪廓線外排列形成的鋼管棚，開挖后將支架設于拱形鋼架上，形成牢固的“棚狀”支護結構。在插入管棚鋼管之前，要在一定范圍內進行預注漿，固結軟弱圍巖待插入管棚鋼管之后再往管內注漿來提高鋼管的強度，充填鋼管與孔壁之間的空隙，使管棚與圍巖固結緊密。[1]

但是近年來，管棚法在施工過程中出現(xiàn)了嚴重的管棚間滲水、滲泥等事故，如我國南方地區(qū)多為風化巖層區(qū)，地質泥化嚴重，因此在管棚法施工中如果管棚之間缺少必要的連接，就會造成滲水形成的泥漿從管棚中間滲出，這會嚴重影響隧道的安全。雖然有人嘗試通過在鋼管之間注漿來加固管棚間的圍巖穩(wěn)定，但是若工程段為全風化富含水的土介質，由于土體基本飽和，管棚注漿時漿液擴散不能達到預期的效果，無法保證漿液能夠充滿管棚間的圍巖空隙中，使得施工質量無法保證。

對管棚工法的研究，對解決滲水、滲泥及塑性流動事故，維護施工安全有著重要的意義。

二、管棚施工問題原因分析

通過對一些典型管棚施工出現(xiàn)的問題的分析，本文認為，當前管棚法施工中存在以下幾方面的問題：

（1）“管棚法”超前預支護中相鄰管棚間缺少連接，不能有效的形成一個“帷幕”來進行隔水處理。

（2）現(xiàn)在隧道施工中工程地質遇到富水帶時，有時可采用冷凍法施工，即利用制冷技術將水和圍巖凍結后再進行隧道開挖。可是當隧道開挖后在進行二次襯砌時，要切割鋼材，常用的切割鋼材方法是激光切割，其代表方法是氧炔焰切割?？墒茄跞惭嬖谇懈钿摻顣r要產生大量的熱量，這樣的熱量很容易讓已經凍結的圍巖中的水融化，這樣就造成的管涌的出現(xiàn)。

（3）防滲處理欠妥。對于富水帶，應采用特殊方法進行預注漿加固地層。

三、管棚工法新工藝

針對以上本文對問題原因的分析，本文提出從以下三個方面進行解決：

（1）改進設計

某單線雙車道公路隧道，在施工中采用長管棚法，在實際施工過程中，口部圍巖為全風化，土體潮濕，有滲水，在開挖過程中，掌子面左側拱腰首先出現(xiàn)滲水，隨即轉變?yōu)橛克鳎M而導致塌方嚴重隧道事故[2]。經分析，事故發(fā)生原因為：

1.圍巖的地質狀況差。由于該段圍巖為全風化含水粘土，洞內滲水持續(xù)，粘土遇水膨脹，圍巖失去自穩(wěn)能力。

2.管棚施工中管棚之間缺少剛性連接。管棚間不能形成一個有效的整體，使得粘土在地下水滲透過程中，能夠隨著地下水的流動而從管棚間的空隙滲出，滲出的水對初期支護和二次襯砌都會產生很大的影響。另外空隙的增大導致管棚和圍巖之間的接觸減少，導致管棚對圍巖的襯砌作用減弱，進而引起管棚的失效，導致塌方事故的發(fā)生。

針對上述問題，可以對管棚法做如下改進：首先應對鋼管進行改進，鋼管的兩邊可以加上由鋼板鑲嵌上去所形成的卡勾，在圍巖中插入大管棚后，再插入鋼板，放在相鄰的兩個鋼管之間，這樣就可以讓鋼板和管棚相互鑲嵌，達到隔絕上層水向下滲出的目的。所有鋼管用鋼板連接，自鎖的方式形成管棚如圖一。

具體施工步驟[1]：1、開挖管棚工作室。2、搭設平臺，安裝鉆機，測定空位，安裝鉆機，測定孔位，安裝鉆機前，用經緯儀在掌子面放出管棚空位。鉆機安裝要牢固，防止不均勻下沉、位移、傾斜等影響鉆孔的質量，鉆孔距掌子面應不超過2m。3、鉆孔4、安裝管棚鋼管5、安裝鋼板6、安裝管棚鋼筋，并在鋼管中放置鋼筋籠，然后注漿。鋼筋籠是由四根螺紋鋼筋焊接在管節(jié)上而形成的。

另外，有學者采用下種管棚間的連接形式（如圖二）：

相比于圖二的設計，圖一中的設計的創(chuàng)新之處就是：

1.將管棚和鋼板分開施工，降低了施工難度。圖一的連接方式可以先把管棚插入圍巖，然后嵌入鋼板即可；而圖二中，管棚與管棚之間的牽制過大，不易同時插入圍巖，對施工工藝要求高，增加了施工難度。

2.圖二的鋼板用量較少，比圖二經濟。在兩種連接方式都能達到遏制管棚間滲水的目的下，圖一設計的經濟性則占有更大優(yōu)勢。

（2）通過防滲處理，防患涌水、涌泥等現(xiàn)象

隧道巖溶涌泥、涌水問題主要是在隧道開挖過程中，遇到灰?guī)r等可溶巖發(fā)育的溶蝕裂隙、巖溶管道及溶洞等.其內填充物涌人隧道內的事故。由于溶洞內填充物為孤石和稀泥，鉆孔時稀泥很容易進入管棚與鉆桿之間的空隙內，致使堵塞，造成整根管棚作廢[4]。因此必須采用超前小導管注漿和管棚法超前預支護相結合的方法，達到固結圍巖的目的，從而充分發(fā)揮圍巖的固結能力，減少襯砌的支護作用。

全封閉固結注漿止水法來進行預注漿加固地層是一種較好的選擇，施工步驟如下：首先沿隧道開挖線（含底部）按軸向輻射狀布孔外，在開挖面中心也布孔注漿，然后注入按一定比例配制成的水泥-水玻璃后，漿液滲透擴散之破碎帶的空隙中，并快速的凝固，與周圍破碎巖塊固結成具有一定強度的結石體，在隧道周圍及開挖面形成一個堵水帷幕，切斷地下水通路，已達到固結止水，保持圍巖穩(wěn)定，增強施工安全的目的[1]。

另外，在初期支護和二次襯砌的中間可以設置一層防滲水材料，如高聚物土工薄膜，達到防止上層水向下滲漏的目的。

三、結語：

本文針對管棚施工中出現(xiàn)的問題，提出了新的施工工藝，主要從改進設計、輔助注漿兩個方面提出了解決問題的措施。兩種方法綜合運用能夠起到良好的施工質量，兩種方法方法分別從改進管棚之間的連接方式和提高圍巖自身的性質來達到預防管涌的目的本文提出方法對于保證管棚成功實施具有重要作用。

[參考文獻]

[1]傅鶴林，李凱，彭學軍，郭明香.《梅關隧道工程施工技術》.科學出版社， 2009：53-58

[2]王全勝，向曉峰.《某隧道工程長管棚失效所引起的幾點思考》[U]. 地下交通工程與工程安全——第五屆中國國際隧道工程研討會文集， 2011.11：264

[3]李慶成.《隧道施工坍塌突涌泥石流處理技術》[J].鐵道標準設計，2006， （5）：66

（作者單位：鄭州大學水利與環(huán)境學院 鄭州）