堆積體大斷面隧道超前支護大管棚施工方法

張小明

摘要：介紹了堆積體大斷面隧道超前支護大管棚施工方法，強調(diào)了工程施工過程中的操作要點，以積累隧道施工經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：堆積體;隧道;大管棚;施工

隨著高速公路﹑鐵路建設的飛速發(fā)展和工程設計、施工技術(shù)的進步， 公路﹑鐵路等級不斷提高， 在線路選擇和設計上裁彎取直， 使得隧道工程在里程中的比例越來越大。而部分隧道所處地段或地質(zhì)情況差， 或隧道斷面大、跨度大， 或埋深淺， 這都給施工帶來了極大的難度。采用管棚預支護并輔以注漿在隧道工程中應用越來越廣泛，在工程施工中超前大管棚對隧道的質(zhì)量和安全起到了很好的作用效果。

1 工程概況

該隧道位于長白山脈東北段，線路穿越低山丘陵區(qū)，多為“V”型河谷，少部分為“U”河谷，谷底與分水嶺相對高差100米～320米，山頂一般呈渾圓狀，地面高程為142～510米，山坡自然坡度較陡傾，變化較大，部分上陡下緩，部分下陡上緩，縱向自然坡腳為16～28°，進口縱向坡度19°，出口縱向坡度15°，隧址區(qū)多為闊葉與針葉混生林，植被覆蓋率約95%。工程地質(zhì)設計為隧道進出口邊坡土質(zhì)為花崗閃長巖的全風化層，抗剪強度低，且邊坡坡度較大，邊坡穩(wěn)定性差。但通過隧道進口洞口開挖發(fā)現(xiàn)洞口圍巖以砂加石堆積體為主。

2 施工方案

設計管棚每根長35m，共設49根，用每節(jié)4-6m的熱軋無縫鋼管（φ108mm，壁厚6mm）絲扣連接而成，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過總管數(shù)的50%。管棚編號為奇數(shù)的采用鋼花管，偶數(shù)的采用鋼管，施工時采用潛孔鉆機先打設鋼花管并注漿，然后打設鋼管。鋼花管上鉆注漿孔，孔徑10-16mm，孔距15cm，成梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段110cm。注漿采用水泥漿，水灰比1：1（重量比），注漿壓力宜為0.5Mpa-1Mpa，管棚環(huán)向間距中至中40cm。傾角即管軸線與襯砌外邊緣線夾角按1°-3°（不包括線路縱坡）考慮。由于此隧道洞口為堆積體，埋深較淺，在同一里程隨著高程增加圍巖會比較軟弱破碎，為了控制在施工過程中鉆頭上漂，傾角按1°考慮，管棚斷面設計圖見圖1。

從洞口開挖情況判斷得知線路左側(cè)10#孔以下圍巖為全風化巖，以上為砂加石堆積體，線路右側(cè)45#孔以下圍巖為全風化巖，以上為砂加石堆積體。即堆積體和全風化巖的分界線為連接10#孔和45#孔的一個斜面，其下部圍巖為全風化花崗巖，上部為砂加石堆積體，堆積體自擴大拱腳至拱頂處逐漸增厚。為了進一步掌握圍巖狀況，縮短施工工期，故先從兩側(cè)擴大拱腳處依次向拱部施做管棚。這樣既能順利的施做成部分孔位，又能更加精確的判斷圍巖分布情況。對不能順利成孔的其余孔位從兩側(cè)擴大拱腳處依次向拱部隔孔實施循環(huán)預注漿，預注漿的深度根據(jù)鉆機鉆孔難易程度以及渣樣確定。待預注漿液終凝后再進行大管棚施工。

3 施工過程

根據(jù)施工方案先從兩側(cè)擴大拱腳處依次向拱部施做管棚，下部管棚成孔及注漿都較為順利，但進行至10#孔及45#孔以上時，孔深至2-3m（包括套拱長度）時孔內(nèi)漏風十分嚴重，石渣無法通過風壓排出孔外，石渣只能靠鉆機的回轉(zhuǎn)來排出孔外，回鉆是十分吃力，隨之出現(xiàn)了嚴重的卡鉆現(xiàn)象，根本無法成孔。考慮到?jīng)_擊鉆頭直徑較鉆桿大許多，回轉(zhuǎn)拔桿時容易卡鉆，施工現(xiàn)場將沖擊鉆頭換成由三個φ42一字鉆頭合成的自制鉆頭（見圖2）。此鉆頭直徑比鉆桿連接套管直徑稍大，排渣通過鉆桿回轉(zhuǎn)及風壓，雖然施工速度較慢，但對施做預注漿孔來說比沖擊鉆頭更為可行。

隨著拱部圍巖的堆積體沿洞身方向蔓延，而越靠近拱部孔位的預注漿由于重力等原因，漿液只會向著其施做孔位以下流淌，并且隨著孔身越來越深，用自制鉆頭時排渣會越來越困難，施工速度太慢。用自制小鉆頭施工在拱部幾個設計孔位范圍內(nèi)進行預注漿效果不理想?？紤]到坡率，將鉆機定位至套拱頂，在套拱頂上2-3m用自制小鉆頭鉆孔4-5個，并進行循環(huán)注漿（類似地表注漿），這樣能縮短設計孔位堆積體的長度。待漿液達到一定強度時將鉆機移至設計孔位，對拱頂設計孔位進行循環(huán)預注漿。待預注漿液終凝后，根據(jù)預注漿的先后順序?qū)υO計孔位施作管棚。

4 總結(jié)

對于堆積體大斷面隧道超前大管棚的施工，應先進行設計范圍內(nèi)由下依次向上孔位的循環(huán)預注漿，使得預注漿在套拱以下某個高度形成一個阻止?jié){液向下流失的阻隔面，同時在垂直里程方向形成一個阻止?jié){液向洞外流失的阻隔面，這樣一步一個臺階直至拱頂;再對導向墻拱部2-3m部位進行類似地表注漿的循環(huán)注漿，以縮短拱頂設計孔位堆積體的長度。這樣的循環(huán)預注漿使得洞口段松散的堆積體固結(jié)成塊，提高了圍巖的整體穩(wěn)定性，保證了隧道超前大管棚的施工質(zhì)量，縮短了工期。由于前期的預注漿形成的阻隔面，后期大管棚有壓注漿時水泥漿液不會四處漫流，進而節(jié)約了水泥等原材料。同時超前大管棚的施工使隧道范圍內(nèi)堆積體的整體穩(wěn)定性有所提高，滑動面的摩阻系數(shù)加大，產(chǎn)生滑坡的可能性大大降低，大大提高了進洞的安全性和工程質(zhì)量。

參考文獻：

[1]王春華.超前支護淺埋暗挖技術(shù)在小間距隧道中的應用[J].施工技術(shù)，2013，01：101-104.

[2] 焦國良.天津地鐵大斷面隧道施工技術(shù)與支護措施研究[D].成都理工大學，2012.

（作者單位：甘肅省慶陽公路局鎮(zhèn)原公路段）