大管棚超前支護技術(shù)在高速公路隧道施工中的應(yīng)用

李旭紅

（山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西 太原030006）

0 引言

隨著我國高速公路建設(shè)水平的不斷提高以及對于自然環(huán)境保護工作的日益重視，高速公路工程建設(shè)中隧道工程施工項目逐漸增多，各種不良地質(zhì)條件以及淺埋偏壓情況對隧道安全施工提出了新的要求。大管棚支護作為公路隧道支護技術(shù)的重要形式，由于能夠增強隧道開挖施工段的地層承載力，能控制隧道開挖區(qū)域的圍巖變形以及地表下沉，因此在高速公路項目施工中得到了廣泛的應(yīng)用，對于確保隧道開挖施工作業(yè)的安全順利進行發(fā)揮了重要的作用。

1 大管棚超前支護施工技術(shù)優(yōu)點

（1）可以有效地控制圍巖松動，避免垮塌事故的發(fā)生。通過大管棚支護施工，可以在隧道內(nèi)部形成圍繞隧洞輪廓的殼狀結(jié)構(gòu)，形成梁拱效應(yīng)，為前方圍巖以及后方圍巖提供支撐點。

（2）提高圍巖承受能力。管棚支護施工中需要進行注漿施工作業(yè)，注漿漿液經(jīng)過管壁孔壓進入隧道圍巖裂隙之中，因此能夠通過漿液的膠結(jié)以及固結(jié)作用，改善軟弱圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，提高隧道巖體的承受能力，對周邊圍巖起到良好的加固效果。

（3）降低爆破對圍巖造成的沖擊。對于采用新奧法等掘進施工工藝的隧道施工而言，爆破造成的沖擊波以及氣體能夠被管棚的密集環(huán)形孔槽吸收，因而能夠緩解由于爆破作業(yè)對圍巖造成的干擾。

（4）為隧道開挖掘進提供安全作業(yè)空間。由于大管棚的支護剛度較大，因此如果發(fā)生塌方，管棚能夠?qū)λ鸬骄彌_支撐作用，即使管棚破壞，由于破壞速度慢，因而能夠確保隧道施工作業(yè)安全。

2 大管棚支護施工技術(shù)準備工作

大管棚支護施工準備工作主要包括現(xiàn)場布置、機械材料準備以及施工技術(shù)交底等幾項內(nèi)容。

對于施工現(xiàn)場的布置，主要是對管棚支護施工區(qū)域的場地進行合理的布置，同時完成地面的平整以及夯實施工，然后完成臨時便道、配電房、攪拌站、空壓機房等臨建設(shè)施的施工。同時做好隧道進洞口邊、仰坡開挖以及防護工程施工，并確保隧道洞頂截水溝的開挖以及隧道洞口兩側(cè)的臨時排水設(shè)施施工作業(yè)完成。

對于機械以及材料準備，主要是組織潛孔鉆、挖掘機、裝載機、注漿泵、吊車等大型設(shè)備進入施工現(xiàn)場，同時對混凝土配合比、注漿液配比以及原材料進行試驗檢測，確保原材料各項參數(shù)指標(biāo)合格。

施工技術(shù)準備工作則是按照隧道施工圖紙和有關(guān)勘測資料，對交付使用的隧道軸線樁、平面控制三角網(wǎng)基點樁及高程控制的水準基樁等，進行詳細的測量檢測和核對，同時完成洞口水準點的引設(shè)，并嚴格按照施工圖紙對施工隊伍進行細致的技術(shù)交底。

3 導(dǎo)向墻的施作

在導(dǎo)向墻施工作業(yè)前，應(yīng)該在導(dǎo)向墻的拱腳外填筑漿砌片石等方式為導(dǎo)向墻施工提供堅實的基礎(chǔ)，一般需要控制套拱基礎(chǔ)設(shè)計，要求基底地基承載力不小于0.3MPa。由于施作導(dǎo)向墻的主要目的就是作為大管棚支護施工的導(dǎo)向以及固定設(shè)施，在施工作業(yè)流程上，首先應(yīng)該對管棚位置以及導(dǎo)向墻位置進行測量放樣，尤其是對大管棚位置與隧道開挖線之間的距離進行控制，以免大管棚施工對隧道初期支護或者是襯砌混凝土施工造成干擾。在完成測量之后，應(yīng)該按照設(shè)計要求的軸線方向以及施工技術(shù)規(guī)范要求架設(shè)鋼拱架以及底模板，并沿著鋼拱架的拱圈環(huán)向布設(shè)安裝孔口套管，需要注意的是，為了確保鋼管的順利打入，孔口套管的直徑應(yīng)該超過管棚鋼管2～3cm。

完成孔口套管安裝施工之后，應(yīng)對孔口套管的間距、位置以及方向進行定位，在確保無誤之后安裝套拱模板。然后按照從導(dǎo)向墻基礎(chǔ)開始，對稱澆筑的作業(yè)方式進行混凝土的澆筑，并在套拱的拱頂完成合攏。需要注意的是，為了確保導(dǎo)向墻工程施工中不出現(xiàn)下沉或者偏移，可以采取臨時支撐措施，對導(dǎo)向墻拱頂進行監(jiān)控測量，以確保大管棚施工作業(yè)的安全?；炷翝仓┕そY(jié)束后，可以采用土工布覆蓋導(dǎo)向墻套拱混凝土，并灑水養(yǎng)生一周，以免導(dǎo)向墻混凝土開裂。

4 大管棚鉆孔施工

（1）鉆機配置與就位。對于大管棚支護施工，鉆機的轉(zhuǎn)矩、破碎孤石的能力以及沖擊力必須滿足工程施工要求；對于鉆機平臺，必須要確保著實地，連接要牢固、穩(wěn)定，以免在鉆孔過程中出現(xiàn)不均勻沉降、擺動或者位移等影響鉆孔質(zhì)量的問題。

（2）鉆孔施工作業(yè)。大管棚應(yīng)該嚴格按照設(shè)計位置進行施工作業(yè)，鉆孔順序按照高孔位向低孔位進行，先施工有孔鋼管之后再施工無孔鋼管，將無孔鋼管作為檢查管以檢查注漿質(zhì)量。在鉆孔施工開始時應(yīng)該保持低壓低速，待鉆進1m 之后，可以適當(dāng)提高鉆進壓力，按照“鉆進一節(jié)續(xù)一節(jié)”的原則進行施工。在鉆孔鉆進過程中，應(yīng)該及時使用測斜儀對鉆孔位置進行測定，并按照鉆機的鉆進情況判斷成孔質(zhì)量，確保鉆進過程中鉆機的動力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓持續(xù)鉆進。

（3）鉆孔過程中的質(zhì)量控制措施。在鉆孔施工作業(yè)前，應(yīng)該先噴涂一層厚度為15cm 左右的混凝土作為止?jié){墻，以免后期壓力注漿過程中出現(xiàn)漏漿或者坍塌等問題。在鉆孔施工作業(yè)過程中，應(yīng)該及時檢查鉆機作業(yè)情況是否正常，當(dāng)鉆孔至砂層或者是易塌孔位置時，應(yīng)該采取泥漿護壁繼續(xù)鉆進，如果鉆進實在困難，可以采取跟管鉆進的方式作業(yè)。如果在鉆進過程中出現(xiàn)夾泥夾沙層，應(yīng)該適當(dāng)控制鉆進速度，以免出現(xiàn)夾鉆現(xiàn)象。

（4）清孔以及驗孔。采用巖芯鉆桿配合鉆頭來回進行掃孔，進而清除浮渣至孔底，然后采取高壓風(fēng)的方式從孔底位置向孔口清理鉆渣，以免堵孔。清孔完成后應(yīng)該對孔位偏差進行檢查，確保孔位偏差在±50mm 范圍，鉆孔深度偏差在±50mm范圍。

（5）大管棚的鋼管安裝。長管棚棚管的頂進可以采取大孔引導(dǎo)以及棚管機鉆進結(jié)合施工的工藝方式，首先將錐尖鋼管頂入鉆孔之內(nèi)，然后采用絲扣連接的方式逐根進行連接直到孔底。待管棚安裝施工結(jié)束之后，應(yīng)該及時封堵鋼管與孔壁之間的空隙，并連接好壓漿管。此外，為提高管棚鋼管的抗彎能力，在鋼管內(nèi)插入鋼筋籠，鋼筋籠有4根主筋和固定環(huán)，主筋直徑一般為Φ18，固定環(huán)采用Φ42短管節(jié)，并與主筋焊接，具體構(gòu)造可以參考圖1。

圖1 鋼管構(gòu)造示意圖（單位：cm）

5 大管棚注漿施工

在大管棚注漿施工作業(yè)前，首先應(yīng)該向隧道開挖工作面、拱圈以及鉆孔孔口周圍的巖面噴射強度不低于C25的混凝土，以免注漿過程中出現(xiàn)巖面縫隙漏漿的問題。

（1）注漿材料的選擇

對于注漿材料，要選擇固化收縮小、與混凝土以及圍巖凝結(jié)力強、流動性好、可灌性高的漿液作為注漿材料，要確保注漿后的固結(jié)體具有較好抗?jié)B性能、穩(wěn)定性能以及耐久性能。要確保注漿材料與水文地質(zhì)條件具有較好的適應(yīng)性，現(xiàn)階段在工程施工項目中大多采用普通水泥-水玻璃雙液漿作為注漿材料。

（2）注漿施工階段的工藝控制

在注漿施工作業(yè)之前，應(yīng)該提前進行水泵試泵以及注水試驗，拌和后準備注漿的漿液必須通過曬網(wǎng)過濾方可進入注漿機。在注漿施工過程中應(yīng)該及時根據(jù)注漿漿液的擴散情況、注漿量、注漿壓力等參數(shù)對注漿材料以及配比進行調(diào)整。對于單根鋼管的注漿量，可以按照以下公式進行計算：

式中：L為鋼管總長（m）；r為鋼管半徑（m）；R為漿液擴散半徑（m）；η為隧道地層孔隙率；β為漿液損耗系數(shù)；α為漿液有效填充系數(shù)。

（3）注漿施工過程中異常情況的處理

如果注漿過程中出現(xiàn)小裂隙漏漿的問題，應(yīng)該首先使用水泥浸泡過的麻絲填塞裂隙，然后通過調(diào)整注漿材料漿液配比以及縮短凝膠時間等方式控制跑漿問題。在注漿過程中，如果壓力突然升高，則應(yīng)該只注純水泥漿或清水。如果出現(xiàn)堵管問題，則應(yīng)該先打開孔口泄壓閥，再關(guān)閉孔口進漿閥，并停機進行處理。注漿施工作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)該先泄壓再關(guān)閥門并停機。

6 結(jié)語

在高速公路隧道工程施工中，采用大管棚支護技術(shù)，可以通過注漿體以及管棚形成共同的受力體，進而對隧道開挖的輪廓線形成梁拱支撐，起到避免圍巖軟弱坍塌，確保隧道開挖施工作業(yè)安全的作用，非常適用于地質(zhì)斷層破碎帶、軟弱巖性巖層以及裂隙節(jié)理發(fā)育段的施工作業(yè)。需要注意的是，由于大管棚施工作業(yè)影響因素較多，因此在管棚施工作業(yè)中必須結(jié)合項目施工特點，合理進行施工組織設(shè)計，強化關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制，為隧道開挖施工作業(yè)提供良好的基礎(chǔ)。

[1] 林希鶴，盧清國，馬艷奉.超前管棚支護在隧道工程中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2006（8）：58-60.

[2] 周愛國. 隧道施工現(xiàn)場技術(shù)[M]. 北京：人民交通出版社，2004.