淺談軟弱巖洞內管棚超前支護技術的運用

杭愛春

(中鐵四局南京分公司，江蘇 南京210031)

管棚超前支護工法是在特殊地質和環(huán)境條件下保證隧道安全開挖，預先提供增加地質承載力的臨時支護方法，管棚主要結構材料是鋼管和型鋼，管棚工法由于其剛度較大，能夠很好的限制圍巖變形，并能提前承受早期圍巖變形壓力，控制隧道拱頂沉降速率，因此在山嶺隧道、軟弱地層穿越重要結構物施工中應用十分廣泛。其在不良地質情況下的使用效果，完全優(yōu)于超前小導管或超前錨桿，能夠提供較強剛度和較長距離超前支護，是控制掌子面、拱頂穩(wěn)定、變形的一項重要技術。

1 洞內管棚技術參數

洞內管棚由于受施工條件限制，通常為10 ～15 m 左右的短管棚，鋼管采用φ89 ×5 mm 熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40 cm 在拱頂120° ～140°范圍以1 ～5°仰角打設，實管和花管間隔布置，鋼管與工字型鋼連接，每環(huán)搭接長度不小于3 m，注漿材料通常使用水泥漿、水玻璃或兩者混合物，在特殊地質段，通常使用水泥漿和水玻璃混合液。

2 鉆機技術要求

洞內管棚機通常采用自重量大、自穩(wěn)性能好、可自行走、具有一定爬坡能力的的鉆機，優(yōu)先選用履帶式管棚鉆機系列。洞內管棚的成孔方式主要有兩種:一是管棚引孔頂入法，二是管棚跟管鉆進法。洞內管棚施工通常地質狀況復雜，可采用跟管鉆進工藝，即將套管及鉆桿同時鉆入，成孔后取出鉆桿，頂入管棚，拔出外套管。

3 擴幅施工

通常管棚超前支護打設仰角越大，距離開挖輪廓距離越遠，降低了超前支護的效果，因此洞內管棚施工需要盡量采用減小仰角角度。為取得較小的仰角，需要提供一個滿足鉆機施工取得較小仰角的空間即擴幅施工，在洞內管棚施工前對數榀型鋼上抬，形成一個利于洞內管棚施工的凹性空間。目前較優(yōu)的擴幅施工長度一般為3 m，一方面滿足鉆桿安設打設仰角角度，另一方面容易對管棚搭接長度控制。最先開始為取得良好角度效果，采用大擴幅施工，但大大的增加了施工成本。經長期反復實踐提出最小擴幅施工工法。(1)在洞內管棚打設區(qū)域將型鋼支撐上抬250 ～350 mm，在3 ～4 榀型鋼支撐范圍內形成最小擴幅空間，管棚架立在型鋼上，見下圖最小擴幅①施工概況;(2)在型鋼上開孔，采用此法就需要對開孔型鋼進行補強，如將工25 型鋼代替原工20型鋼或采用雙拼形式，同時將型鋼支撐在上3 ～4 榀范圍內上抬150 ～250 mm，形成最小擴幅空間，見下圖最小擴幅②施工概況。

4 施工技術措施

4.1 打設角度控制

洞內管棚長度通常在10 ～15 m 左右，對打設位置和打設角度的管理非常重要。盡量采用較小的仰角，通常取不大于5°，以避免管棚前端出現較大的誤差。隧道坡度較大地段施工前先認真驗算打設角度，防止造成對開挖的影響或距離較遠起不到超前支護的作用。上坡地段洞內管棚起到的支護效果優(yōu)于下坡地段，體現在縱坡坡度與管棚角度方向一致，管棚超前支護前端的距離不會偏離開挖輪廓線很大，支護效果明顯;下坡施工由于縱坡坡度與管棚角度方向相反，如果管棚打設角度過大，起不到超前支護的作用，為取得良好效果，擴幅施工段距離需要適當加長，以取得較小打設仰角。

4.2 管棚注漿

注漿方式、注漿材料和注漿量因地質情況而有所不同。在富水和砂質底層中宜采用水玻璃系列漿液，粘性土和風化層中宜采用水泥系類漿液。注漿遵循“先兩側、后中間、由稀到濃”的原則。注漿壓力一般按設計要求加載，并通過試驗來驗證，注漿時應徐徐加壓，達到壓力后，表示已注滿，持壓一段時間后，漿液有時會從封口處均勻溢出，有時也會從周圍的巖隙裂縫處溢出。注漿完畢應把注漿量與理論數值相比較，當注漿量小于理論數值時，說明管內未注滿，此時應停止注漿查明原因后再進行壓注。所有注漿孔均以符合單孔注漿結束條件、無漏注漿情況發(fā)生。

4.3 復噴擴幅部分

注漿合格后對擴幅部分進行混凝土復噴，恢復初支面的光滑效果。復噴前對突出的鋼管、鋼筋等凸出堅硬物需要進行切割，確保復噴后無堅固物凸出，進而保證防水結構層鋪設后不被破壞。對擴幅深度較大的區(qū)域應先掛網再復噴混凝土，以防止復噴混凝土與原初支面脫層掉落，造成安全質量事故。

5 結 語

洞內管棚由于能夠承受較大的承載力被廣泛應用，給拱頂變形、地表下沉及周邊保護提供安全、穩(wěn)定的空間支撐體系，起到良好的超前支護效果。但洞內管棚施工由于較為復雜、不可預見因素多、工序時間較長，限制了其大范圍的使用，在今后的技術改進中需要進一步優(yōu)化，解決精度、進度對施工造成的影響。

［1］《高速鐵路隧道工程施工技術規(guī)程》(Q/CR9604－2015)

［2］陶贊旭.管棚施工工藝工法［M］.2011.

［3］關寶樹，趙勇. 軟弱圍巖隧道施工技術［M］. 北京:人民交通出版社，2011－08－01.