超前管棚支護(hù)在軟弱圍巖隧道施工中的應(yīng)用

孫贊，田偉

（95338部隊(duì)，廣州 510000）

1 工程概況

本文選取某市市政工程隧道施工為進(jìn)行具體分析案例。該隧道長(zhǎng)302.5m，施工過(guò)程中，最大開(kāi)挖跨度為12.58m。實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，該隧道工程所在位置為軟弱圍巖地段，具體考察可知，該地段圍巖為5級(jí)和6級(jí)軟弱圍巖。實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，該隧道工程進(jìn)洞段洞頂覆蓋層厚度在4~5m，隧道拱頂巖體很薄，拱頂覆蓋層厚度較小，跨徑較小，說(shuō)明該隧道工程屬于超淺埋隧道，難以保證隧道施工質(zhì)量。另外，隧道洞口上部存在大量人工堆積土料，這些土料非常松散，土層下部為破碎的巖石，具體包括石英巖、花崗巖等，已經(jīng)嚴(yán)重風(fēng)化，填充物為亞黏土，因此可知，這一地段的圍巖屬于軟弱松散圍巖，其強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差，很容易發(fā)生垮塌，進(jìn)而對(duì)隧道的順利施工產(chǎn)生負(fù)面影響?；谝陨戏治?，需要在施工過(guò)程中，在隧道洞口位置實(shí)施超前管棚支護(hù)措施，為后續(xù)施工的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。

2 預(yù)支方案比選

當(dāng)前，針對(duì)隧道施工的超前支護(hù)方法種類(lèi)較多，主要包括超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿和超前管棚支護(hù)等。不同的超前支護(hù)技術(shù)具有不同的優(yōu)點(diǎn)和施工要求，其中，超前錨桿和超前小導(dǎo)管注漿在施工過(guò)程中操作簡(jiǎn)單，而且施工技術(shù)難度較低，不需要復(fù)雜的機(jī)械配套設(shè)施，具有良好適應(yīng)性，其不足之處在于支護(hù)長(zhǎng)度較小，一般僅能夠支護(hù)3~5m的距離。部分情況下，由于錨桿和導(dǎo)管依然處于圍巖滑移面內(nèi)，因此，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的支護(hù)效果。這種情況下工作面很容易失穩(wěn)，因此，容易造成嚴(yán)重的施工危險(xiǎn)。

超前管棚也是超前支護(hù)的一種技術(shù)，具體施工過(guò)程中，需要在隧道等襯砌外周邊對(duì)應(yīng)弧線(xiàn)位置進(jìn)行鉆孔，在此基礎(chǔ)上安裝相應(yīng)的鋼管，然后實(shí)施灌漿，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖的固定作用[1]。通過(guò)超前管棚支護(hù)施工，能夠促使隧道拱頂形成穩(wěn)定性良好的傘形保護(hù)結(jié)構(gòu)。這種支撐結(jié)構(gòu)能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道拱頂?shù)闹危苊馍蠈油翆影l(fā)生坍塌，為后續(xù)掘進(jìn)和施工打下基礎(chǔ)。

3 管棚設(shè)計(jì)

3.1 套拱設(shè)計(jì)

為了保證管棚施工的順利進(jìn)行，以及起鉆支點(diǎn)的和鉆孔的準(zhǔn)確性，需要在隧道拱部襯砌對(duì)應(yīng)位置設(shè)置混凝土套拱，結(jié)合工程具體情況，將套拱厚度設(shè)置為600mm。套拱的作用在于為后續(xù)超前管棚支護(hù)實(shí)施導(dǎo)向作用，還可以達(dá)到對(duì)相關(guān)設(shè)施的固定作用。

3.2 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)隧道工程所在地的圍巖的實(shí)際情況以及施工需要，綜合考慮洞口破碎圍巖長(zhǎng)度以及具體的鉆機(jī)施工能力，對(duì)超前管棚支護(hù)設(shè)置相關(guān)參數(shù)。具體來(lái)講，超前管棚支護(hù)的總長(zhǎng)度為24m。并對(duì)管棚的結(jié)構(gòu)、材料進(jìn)行科學(xué)的選擇和使用，本次施工中選用Q235鋼管，在鋼管上實(shí)施交錯(cuò)鉆孔，然后實(shí)施支護(hù)。本次工程共使用鋼管31根，長(zhǎng)度為744m。

3.3 鋼筋籠

為了提高導(dǎo)管整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，需要在導(dǎo)管內(nèi)部加上4根相關(guān)規(guī)格的鋼筋，從而形成穩(wěn)定性的鋼筋籠，并以無(wú)縫鋼管作為其外部固定架，提高其整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

3.4 注漿

結(jié)合實(shí)際需要選擇砂漿材料，本工程以采用M30水泥砂漿。注漿過(guò)程中，需要確保砂漿充分填充鋼管空隙并達(dá)到一定的密實(shí)度，還需要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，結(jié)合壓力、注漿量進(jìn)行考察，確保達(dá)到最佳穩(wěn)定效果。

4 管棚施工

4.1 套拱施工

套拱施工主要包括以下步驟：

1）土模施工。開(kāi)挖過(guò)程中，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況做好設(shè)計(jì)和施工，利用套拱的土料作為后續(xù)澆筑的土胎膜，并針對(duì)超挖部分進(jìn)行回填。

2）拱架制作安裝。制作需要使用的鋼架，并注意預(yù)防鋼架在運(yùn)輸施工過(guò)程中發(fā)生變形。在安裝過(guò)程中，使用相應(yīng)的錨桿對(duì)鋼架進(jìn)行固定，保證鋼架的穩(wěn)定安裝。

3）孔口管安裝。在鋼拱架上準(zhǔn)確確定相關(guān)孔口管的方向，并實(shí)施焊接，需要注意利用水平儀對(duì)其進(jìn)行檢查，確?？卓诠艿纳涎龈叨龋?duì)其上仰高度實(shí)施有效確定。

4）套拱混凝土澆筑。完成孔口管的安裝后，需要迅速開(kāi)展套拱的混凝土施工，施工過(guò)程中，需要確保套拱內(nèi)部混凝土保持對(duì)稱(chēng)，以避免拱架發(fā)生變形，或者對(duì)孔口管的方向產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

4.2 鉆機(jī)安裝就位

超前管棚支護(hù)施工過(guò)程中，管棚的鉆孔采用相應(yīng)的工程鉆機(jī)，這種鉆機(jī)具有良好的鉆進(jìn)能力，而且操作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，同時(shí)，其安全性良好，因此，具有良好的使用價(jià)值。實(shí)踐施工過(guò)程中，鉆孔直徑在110~130mm，鉆進(jìn)深度最大達(dá)到60m。

4.3 鉆孔及鋼管安裝

鉆機(jī)安裝好后，要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其鉆桿進(jìn)行調(diào)整，確保鉆桿位于導(dǎo)向孔的正中間；在鉆孔過(guò)程中，一般從中間開(kāi)始，然后向兩邊轉(zhuǎn)移。早期鉆進(jìn)過(guò)程中，需要控制速度，當(dāng)鉆進(jìn)達(dá)到1~1.5m時(shí)，合理調(diào)整速度，鉆進(jìn)2m時(shí)，停止鉆進(jìn)，接入鉆桿，繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)，達(dá)到相應(yīng)深度。如果鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)坍塌等情況，需要實(shí)施注漿，然后再次實(shí)施鉆進(jìn)，確保達(dá)到良好的孔道施工效果。

4.4 注漿

注漿前，需要填充密封導(dǎo)向管和鋼管之間的縫隙，一般使用塑膠泥進(jìn)行密封。完成密封后，安裝止?jié){塞，并實(shí)施壓水試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用水泥和水玻璃進(jìn)行注漿，需要根據(jù)工程需要科學(xué)控制水泥漿與玻璃比例，還需要科學(xué)控制注漿壓力。

注漿過(guò)程中，為了避免液體快速凝固，需要加入一定的磷酸氫二鈉緩凝劑。為了避免液體出現(xiàn)串流，需要科學(xué)控制注漿操作，一般要從孔道兩側(cè)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)某隧道的施工案例進(jìn)行分析得到以下結(jié)論：

1）在軟弱圍巖地區(qū)進(jìn)行隧道施工，需要做好超前支護(hù)。如果隧道進(jìn)洞口埋深較淺，洞口圍巖條件軟弱，可以結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際科學(xué)實(shí)施超前管棚支護(hù)。在此基礎(chǔ)上實(shí)施微臺(tái)階法施工，挖后及時(shí)進(jìn)行錨噴網(wǎng)及鋼支撐聯(lián)合支護(hù)，同時(shí)，積極做好仰拱和襯砌的封閉，保證隧道順利通過(guò)洞口段，確保施工安全。

2）針對(duì)軟弱圍巖地區(qū)實(shí)施超前管棚支護(hù)，能夠有效避免常規(guī)分部開(kāi)挖頻繁的工序交接，這種情況下，可以有效減少臨時(shí)支護(hù)施工過(guò)程中煩瑣的安裝及拆除，減少了工程施工量，降低了工程費(fèi)用，不僅如此，這種操作還可以為后續(xù)機(jī)械化作業(yè)提供條件，因此，能夠從整體上提高工程施工進(jìn)度。在該段的開(kāi)挖中，循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～0.75m，日進(jìn)度約為1.25m，實(shí)現(xiàn)了安全、快速施工。