淺埋暗挖隧道水平長大管棚超前支護施工技術

和有鵑

【摘 要】大管棚超前支護技術是保證施工過程中地層的安全穩(wěn)定、控制施工引起地表沉降的常用措施。綜合重慶沿江高速公路古樹巖隧道洞口采用水平40m長大管棚超前支護加固技術施工工程實例，簡要分析和總結(jié)淺埋暗挖隧道水平長大管棚超前支護施工技術。

【關鍵詞】淺埋暗挖；長大管棚；超前支護

1.引言

大管棚超前支護技術，是沿開挖輪廓周線鉆設與隧道軸線平行的鉆孔，然后插入大直徑（一般為A108mm）的鋼管，并向管內(nèi)注漿固結(jié)管周邊的圍巖，從而在預定范圍內(nèi)形成棚架的支護體系。先施做好超前管棚，在管棚的超前支護下，采用上半斷面法掘進，上部開挖后及時安設拱部鋼拱架和錨、網(wǎng)、噴等初期支護，鋼架采用型鋼拱架或格柵拱架，待完全做好拱部支護后，開挖下部，下部左右兩側(cè)交錯施工，待一側(cè)的鋼架和初期支護施作完畢后，再開挖另一側(cè)。

重慶沿江高速公路古樹巖隧道洞口為淺埋巖體，容易破碎滑塌等。采用水平40m長大管棚（A159mm）超前支護加固技術，有效控制了地表沉降。沿江高速公路后續(xù)開工的6000m長的新屋基隧道，2000m長的佛兒巖隧道、砂磨石隧道以及埡口隧道，300m-600m長的塘埡口、曬頂堡隧道等均為洞口淺埋式隧道，均推廣采用32-40m大管棚超前支護施工工法，效果顯著。地表下沉均在18mm以內(nèi)，施工安全得以保證。

2.施工工藝

2.1工藝原理

長大管棚是一種隧道及地下工程的超前支護技術，即按隧道開挖輪廓線外側(cè)向前分層按一定間距打入鋼管，并通過鋼管的出漿孔對土層進行注漿加固，鋼管與地層形成承載拱，起到超前支護的作用，以控制洞石變形。

2.2施工流程

施工流程見圖2.1。

2.3施工要點

1）施工準備

當隧道掘進到預打管棚的位置后，適當擴大洞石30～50mm（拱部）并加強支護，作為管棚施工的工作室；當采用端頭井作為工作井時，可以利用土層臺階作工作平臺，或者用支架搭設鉆孔平臺。

2）管棚布置

管棚布置應根據(jù)地質(zhì)條件、設計要求、擴散孔徑、施工方法等因素綜合確定，由測量人員用紅漆在初期支護外側(cè)準確標出鋼管位置。

3）導向護拱施工

為確保打管棚施工的施工精度，使鉆頭、鉆管鉆進時始終保持同一鉆進角度、方向。在管棚鉆進前，先在隧道洞門口澆筑管棚施工導向混凝土護供。導向護拱內(nèi)安設導向管（Φ180×6，長2m），導向管根據(jù)管棚進出口坐標，焊接定位固定于護供內(nèi)鋼筋格柵鋼架上，焊接前對每一根導向管道的位置進行坐標測量定位，施工時注意調(diào)整導向坐標時考慮由于鉆機沉落或其他因素而產(chǎn)生的各種偏差，取調(diào)整誤差1°，導向管調(diào)整3.5cm，用于角度控制，防止由于各種因素造成管棚下垂而導致侵入隧道限界。

4）Φ159大管棚加工及連接

為了使?jié){液充分滲入地層，使得隧道拱部圍巖形成加固殼，管棚采用花管，即在鋼管上布置Φ15mm的注漿孔，孔眼排列呈梅花形，間距15cm×15cm。每一根管棚在安裝最后一節(jié)時，在鋼管上預留1.5m長不鉆注漿孔，以起到止?jié){作用。鋼管的連接采用焊接連接法或套管絲扣連接法（見圖2.2）。

5）鉆孔

鉆孔采用0～360°的地質(zhì)鉆井，采取隔一鉆一方式。鉆孔前應調(diào)整鉆機位置，使鉆桿能平順地置于導向管內(nèi)，開孔時低速慢進，保持鉆桿順直，鉆進過程中一般采取中壓慢進，中等鉆速及中量循環(huán)液，防止鉆速過快使孔道偏斜。

在鉆孔過程中及時檢查鉆孔方向的準確性，經(jīng)常用測斜儀測量鋼管鉆進的偏斜度，同時要把鉆芯取出來，做好巖性記錄，用于對隧道開挖提供超前地質(zhì)預報。

6）頂進鋼管

使用鉆機自身的伸縮進行頂管，一旦出現(xiàn)頂進困難時，采用手動葫蘆固定于護拱上輔助頂進，下管時4m及6m鋼管交叉使用。

7）注漿

①注漿參數(shù)的選定

注漿參數(shù) 水泥漿：水玻璃=1：0.5（體積比）

水灰比 1：1

水玻璃 35′玻美度

裝將壓力 0.5～1MPa

緩漿劑 根據(jù)試驗確定摻量

②注漿施工

注漿前先用漿液把孔中水壓出管外，待漿液流出并且流出漿液濃度與漿池中相同時，再密封孔口鋼板，加壓并要穩(wěn)定壓力在0.5～1MPa之間，每根管棚要連續(xù)注漿，以設計注漿量和注漿壓力作為注漿控制標準，設專人做好注漿記錄。注漿結(jié)束后用M10水泥砂漿充填鋼管，以增強管棚強度。

3.施工質(zhì)量控制

1）導向管的定位誤差應<10mm，傾角<1°，每鉆進4～6m校正一次方位，及時糾偏。

2）鉆機工作平臺要牢固，保證鉆機處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

3）清空后及時下管，防止坍孔，若遇孔內(nèi)涌水涌泥，立即停鉆，注漿封孔。

4）鋼管接頭應錯開，同一截面接頭數(shù)不超過50%。

5）為防止地表變形，應嚴格控制注漿壓力和注漿量，及時調(diào)整注漿參數(shù)，同時進行地面變形監(jiān)測。

6）為提高管棚剛度，鋼管內(nèi)下鋼筋籠或套管，管內(nèi)注水泥漿。

7）施工過程中，認真記錄鉆進、鉆渣、注漿情況，原始記錄應做到全面、正確、及時。

4.施工總結(jié)及體會

淺埋隧道洞室開挖時，圍巖的應力場和位移場將發(fā)生變化，使隧道發(fā)生收斂變形，并波及地表，引起地表的沉降，根據(jù)開挖理論分析計算及地下工程現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)表明，開挖導致的瞬時位移在施加初期支護形成受力之前，洞室的收斂位移增長很快，約占總位移的60%以上，因此淺埋暗挖隧道超前大管棚預支護是控制地表沉降關鍵措施，對防止隧道塌方十分有效。

管棚在成孔過程中會產(chǎn)生一定程度的“超挖”，設計采用Φ159管棚，孔直徑將比鋼管直徑大15mm左右，此部分空間將由管棚注漿進行填充；本工程管棚穿越土層為粉質(zhì)粘土和混合土，在注漿之前存在塌孔的危險，會產(chǎn)生一定的地表沉降，根據(jù)國內(nèi)大管棚施工經(jīng)驗和數(shù)據(jù)分析，從最不利角度考慮，管棚塌孔引起的沉降在9mm左右，實測最大沉降量為6.3mm（此部分沉降漸變累計形成），可通過軌道的日常養(yǎng)護進行彌補，對行車安全沒有影響。

5.結(jié)束語

淺埋暗挖隧道采用水平長大管棚超前支護，有效控制洞石變形和地表沉降，確保了沿江高速公路的行車安全，綜合效益顯著，并形成一套成熟的施工方法，在以后的類似工程中可以借鑒。

參考文獻：

[1] TB 10003-2005 鐵路隧道設計規(guī)范[S]

[2] TB 10204-2002 鐵路隧道施工規(guī)范[S]