高速公路隧道大管棚施工技術探討

劉淵

[摘 要]管棚是一種隧道的支護形式，由于它的支護剛度較大，使它在公路隧道中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文結(jié)合工程實例，對高速公路隧道大管棚施工技術作一些探討。

[關鍵詞]高速公路 隧道 大管棚 施工技術

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）20-0131-01

隧道管棚是為了確保工程開挖工作面穩(wěn)定而采用的超前于掌子面開挖的輔助措施的一種。它能夠有效抑制圍巖松動、加固管棚周邊圍巖以及垮塌的目的。因為管棚的支護剛度較大，使它在公路隧道中發(fā)揮著越來越重要的作用。施工時如果出現(xiàn)塌方事件，管棚能夠起到緩沖作用，確保施工安全。本文結(jié)合工程實例，對高速公路隧道大管棚施工技術作一些探討。

一、工程概況

大管棚是一種隧道的支護形式，通常用于洞口段。因為洞口段覆蓋層較淺，使用管棚技術可加強支護，用以加固以及支護圍巖，以保證安全進洞與順利掘進。它是在隧道開挖之前沿隧道開挖斷面外輪廓，以必須間隔和隧道平行鉆孔，插入四周帶孔的鋼管，再從插入的鋼管內(nèi)壓注水泥漿或砂漿來增加鋼管外圍巖的抗剪切強度，并把鋼管與圍巖一體化。由管棚與圍巖構成棚架體系。

某高速公路隧道進口、出口、洞身均采用超前大管棚加固支護。進口大管棚采用φ89×5mm無縫鋼管制成，管棚長15mm，環(huán)向間距50cm；出口端管棚采用φ108×6mm無縫鋼管制成，長40m，環(huán)向間距40cm。洞身段超前大管棚根據(jù)不同圍巖級別采取不同的支護參數(shù)，鋼管采用φ89×5mm、φ108×6mm無縫鋼管制成，超前大管棚外插角1～3°（不包含路線縱坡）。

二、施工技術要點

1、導向墻施工

（1）工作平臺開挖：首先根據(jù)導向墻的位置確定導向墻工作面的開挖高度，開挖時由原地面自上而下開挖，仰坡面需豎直開挖，以便管棚導向墻施作。具體開挖斷面如圖1-1所示。開挖方法主要采用機械開挖，人工用風鎬配合，需要爆破時采取多打眼、少裝藥、弱爆破方式進行。出渣采用挖掘機、裝載機裝渣，自卸汽車運輸出渣。

（2）測量放線：首先對隧道中線及導向墻拱腳、內(nèi)外拱頂進行精確測量放樣定位，同時在仰坡開挖面標識出隧道中心線及內(nèi)外拱頂位置，并根據(jù)設計圖紙在仰坡面畫出內(nèi)外拱弧，做為導向墻立模的依據(jù)，在測量放線時要預留相應的沉降量。測量放樣后需經(jīng)測量監(jiān)理工程師復核無誤后方可進行導向墻施工。

（3）施作導向墻、安設導向管：

①鋼架加工及安裝。為保證管棚施工剛度，于導向墻內(nèi)設2榀I18工字鋼架，鋼架半徑為7.53m，間距0.5米。每榀鋼架分為三個單元，鋼架必須保證每節(jié)的弧度與尺寸均符合設計要求，每節(jié)鋼架兩端均焊連接鋼板，鋼架在加工完畢以后應在水泥地上試拼。工字鋼各單元通過連接板焊接并用螺栓連接牢靠，連接板連接應密貼，焊縫高度不小于6mm。鋼架落底需置于穩(wěn)固的基礎上，工字鋼拱腳處設鋼墊板，當拱腳處基礎開挖超深時，需加設鋼墊板或混凝土墊塊。在灌注混凝土時鋼架應全部被混凝土覆蓋，鋼架保護層厚度不得小于40mm。2榀鋼架間縱向采用φ22鋼筋連接，連接筋環(huán)向間距1.0m。安裝工字鋼時，應保證工字鋼底部至內(nèi)模頂面的距離達到25cm。

②導向管埋設。工字鋼架安裝完成后，進行導向管的埋設，導向管采用直徑為140mm、壁厚為5mm的無縫鋼管加工而成，導向管長度為1.0m，環(huán)向間距為管棚間距。為了防止導向管在灌注混凝土時發(fā)生位移，導向管按照設計要求牢固焊接在工字鋼架上。安裝導向管時，應嚴格控制導向管的環(huán)向間距、縱向位置及其外插角。為滿足設計要求，可先在工字鋼架頂面標定出導向管的位置，并按間距、方向角要求焊接導向管，導向管縱向與線路方向需一致，外插角角度為1°～3°，以免管棚鉆機鉆孔侵入洞身開挖斷面。為避免混凝土澆注時砂漿進入并堵塞導向管，安裝導向管時需與端模抵緊并采取措施使其牢牢固定在端模上。

③模板安裝。導向墻底模采用鋼模板，鋼模板之間通過螺栓連接，外模及端頭模采用5cm厚木板根據(jù)設計圖紙加工而成。木模間連接采用加背撐方式進行加固，木模板與鋼模板之間采用扒釘或鋼釘連接牢固。底模安裝在I18工字鋼上，工字鋼用鋼管支撐加固。模板安裝需牢固可靠，內(nèi)側(cè)需涂刷脫模劑。鋼架、模板安裝完畢，預埋件埋設完成后及時報工區(qū)技術室及質(zhì)檢工程師自檢，自檢合格后報監(jiān)理工程師檢查，檢查合格后方可進行下道工序施工。

④導向墻混凝土澆注。導向墻混凝土采用C20混凝土，混凝土澆注前，需再次對模板、導向管的安裝質(zhì)量進行檢查，并作必要的較正。模板的中線、水平位置及尺寸必須符合設計要求，預埋件的位置必須正確，模板安裝及支架必須牢固緊密。導向墻混凝土澆注過程中，需嚴格控制原材料的質(zhì)量、加強混凝土的拌合、運輸、澆注、養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)質(zhì)量控制?；炷两y(tǒng)一由拌合站集中供應，混凝土灌車運輸，人工配合機械澆注并搗固密實，澆注順序為自拱腳兩側(cè)對稱澆注，直至拱頂。

⑤混凝土拆模及養(yǎng)護?；炷翝沧⑼戤吅?，需及時進行養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期不得少于7天?；炷翉姸冗_到設計強度的80%以上方可拆除非承重模板（外模及端模板），混凝土強度達到100%設計強度后可拆除內(nèi)模及支架。

2、封閉開挖面

開挖面封閉采用濕噴混凝土方式，形成止?jié){墻，防止?jié){液回流影響注漿效果。噴射混凝土的強度為C25，厚15cm。

3、鉆孔

（1）鉆孔采用管棚鉆機進行，鉆機平臺的高度根據(jù)鉆機的可調(diào)控范圍以及鉆孔順序進行確定。鉆孔時先鉆鋼花管孔位，后鉆鋼管孔位。

（2）鉆機就位時用全站儀、掛線、鉆桿導向相結(jié)合的方法，反復調(diào)整，確保鉆機鉆桿軸線和導向管軸線相吻合。需要搭設鉆機平臺時，應滿足承受機具、材料、人員荷載要求，連接牢固、穩(wěn)定，防止在鉆孔時產(chǎn)生不均勻沉降、擺動、位移等影響鉆孔的質(zhì)量，甚至發(fā)生安全事故。

（3）鉆孔時經(jīng)常測量孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限應及時糾正，至終孔仍然超限的應注漿封孔，原位重鉆。

（4）在鉆孔時，若出現(xiàn)卡鉆、塌孔現(xiàn)象時應注漿后重鉆。鉆孔時，應認真做好鉆孔記錄，除記錄鉆孔深度、外插角外，還應根據(jù)鉆孔時排出的巖屑情況，判斷前方的圍巖狀況，達到超前探測圍巖的目的?？足@完畢之后用鉆機進行反復掃孔，確?？讖?、孔深達到設計要求，并用高壓風從孔底向孔口進行吹孔，以清除孔內(nèi)的鉆渣及雜物，防止安裝鋼管時堵孔。

4、管棚的加工及安裝

（1）鉆孔完畢后應立即安裝鋼管，以免因長時間放置造成坍孔、縮孔而導致鋼管無法順利安裝。管棚安裝主要采用鉆機頂進，并輔以人工進行安裝。

（2）管棚分鋼管及鋼花管，施工時先打設鋼花管并注水泥漿液，然后打鋼管，以便檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。

（3）管棚（鋼管、鋼花管）為直徑為108mm、壁厚為6mm的無縫鋼管。管棚管壁上鉆孔，并呈梅花形布置其縱向、橫向間距為15cm，尾部為不鉆孔的止?jié){段110cm。鋼花管在同一截面的接頭數(shù)不得超過管數(shù)的50%。

（4）管棚在安裝前用高壓風對孔內(nèi)進行掃孔、清孔，清除孔內(nèi)浮渣，確?？讖剑讖讲坏眯∮?27cm）、孔深符合要求，防止堵孔。管棚可采用頂進安裝，逐節(jié)接長，用于接長管節(jié)的接頭鋼管用直徑為114mm，壁厚為6mm的熱軋無縫鋼管通過外車絲扣及內(nèi)車絲扣進行連接，外車絲扣長度為15cm，內(nèi)車絲扣長度為30cm。因此要求加工精度必須達到要求，才能保證連接長度、密封等。

5、注漿

（1）管棚及鋼筋籠（如需要）安裝完成后進行注漿，漿液采用水灰比為1：1（重量比）的水泥漿液。注漿時先對鋼花管進行單液注漿，注漿壓力取0.5～2.0Pa，并根據(jù)實際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得管棚注漿施工經(jīng)驗，注漿結(jié)束后采用M7.5水泥砂漿充填鋼管。

（2）由于管棚間距較小，為避免注漿時發(fā)生串孔造成相鄰鋼花管孔堵塞，原則上成一孔就注漿，同時可以讓漿液在松散的巖層中進行擴散填充，將破碎的巖層固結(jié)，有利于鄰孔在鉆孔時減少掉塊，避免發(fā)生卡鉆或掉鉆、掉釬現(xiàn)象，有利于加快施工進度。

三、結(jié)束語

總之，在該工程施工中，由于隧道洞口施工非常困難，采用大管棚技術對洞口進行注漿支護，能有效保證洞口坡度的安全性。該洞口在采用了大管棚技術后，不僅提升了圍巖的穩(wěn)定性，形成了有效的支護體系，防止圍巖的下沉、變形和坍塌，而且提升了圍巖的支護能力。通過對施工技術要點的完善，提升了施工質(zhì)量，保證了工程施工的安全進行，對于隧道洞口施工技術的改進，具有重要意義。

參考文獻

[1]陳向利.公路隧道大管棚施工技術分析[J].中化民居，2014（4）.