大管棚超前支護(hù)技術(shù)在淺埋隧道施工中的應(yīng)用

游順達(dá)

大管棚超前支護(hù)技術(shù)在淺埋隧道施工中的應(yīng)用

游順達(dá)

（創(chuàng)泰建設(shè)有限公司，福建 福州）

闡述了玉磨鐵路西雙版納隧道進(jìn)口淺埋段通過技術(shù)：超前大管棚加下部雙側(cè)導(dǎo)坑開挖的施工方法。通過闡述該施工工序的施工要素和技術(shù)要領(lǐng),總結(jié)了大管棚的作用機(jī)理為通過注漿將松散的土體固結(jié)起來, 注漿體與管棚的剛性形成一個(gè)整體受力體, 在隧道開挖輪廓線外形成一個(gè)環(huán)向的支撐體, 有效地阻止了松散體出現(xiàn)進(jìn)而規(guī)避了塌方對(duì)施工造成的危害。通過監(jiān)控量測(cè)在施工保障的情況下該施工工法作用后圍巖收斂增長較緩,充分說明了大管棚預(yù)注漿超前支護(hù)對(duì)防止圍巖惡化, 控制隧道變形作用是顯著的。對(duì)隧道通過類似淺埋軟弱圍巖時(shí)采用超前預(yù)支護(hù)技術(shù)提供一定的借鑒作用。

大管棚；超前預(yù)支護(hù)；淺埋；雙側(cè)壁導(dǎo)坑；監(jiān)控量測(cè)；效果評(píng)價(jià)

1 工程簡介

玉磨鐵路西雙版納隧道地處云南省，設(shè)計(jì)圖顯示該區(qū)段線路地處剝蝕低山區(qū)，局部發(fā)育深切溝谷，自然坡度30°～40°，隧道洞身最小埋深8米，最大埋深600m。

西雙版納隧道全隧10680米。全隧除進(jìn)出口作業(yè)面外設(shè)置蘭2座斜井和一座橫洞作業(yè)區(qū)。進(jìn)口里程為DK348+050,出口里程為DK358+730。

我司施工管段為西雙版納隧道進(jìn)口，施工任務(wù)1600米。該施工區(qū)段圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，局部含斷層及破碎帶，地質(zhì)情況較差，施工難度大。除洞口設(shè)置9米雙耳墻式明洞外，其余均為五級(jí)圍巖[1]。

2 大管棚超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

西雙版納隧道進(jìn)口為淺埋偏壓地段。設(shè)計(jì)采用大管棚超前預(yù)注漿, 先對(duì)洞口段進(jìn)行固結(jié)處理后再進(jìn)行開挖,可以有效地保證洞口掘進(jìn)安全和滿足工期等各方面要求[2], 采用大管棚支護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn):

1、 洞口偏壓較嚴(yán)重, 采用大管棚注漿能有效地阻止堆積體巖體滑移, 并能防止巖體偏壓對(duì)隧道的影響

2、管棚注漿能有效地防止洞口仰坡面失穩(wěn), 并對(duì)松散巖體有固結(jié)作用

3、一次支護(hù)長度大, 可以減少超前支護(hù)的次數(shù), 縮短施工時(shí)間

3 長管棚設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)向墻

長管棚需設(shè)置導(dǎo)向墻，導(dǎo)向墻采用C20混凝土，截面尺寸為1m×1m。為保證長管棚施工精度，導(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)2榀I18工字鋼架，鋼架外緣設(shè)φ140壁厚5mm導(dǎo)向鋼管，鋼管與鋼架焊接詳見附圖

（新建鐵路玉溪之磨憨線西雙版納隧道施工圖）

3.2 大管棚

大管棚采用108mm , 壁厚為6mm的熱軋無縫鋼管, 長度為26 m。 用每節(jié)長4～6m的熱軋無縫鋼管 （φ108mm，壁厚6mm）以絲扣連接而成，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過總鋼管數(shù)的50%。布置在拱頂120°范圍內(nèi), 管棚環(huán)向間距中至中為40 cm , 距開挖輪廓線50 cm , 外插角1°～ 3°。圖中奇數(shù)號(hào)者采用鋼花管，偶數(shù)號(hào)者采用鋼管，施工時(shí)先打設(shè)鋼花管并注漿，然后打設(shè)鋼管，以便檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。詳見附圖

3.3 鋼花管

鋼管上鉆注漿孔, 孔徑為10mm , 孔間距15cm , 梅花形布置, 尾部1.1m范圍內(nèi)不鉆孔作為止?jié){段，詳見鋼花管示意圖及展示圖。

3.4 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

長管棚注漿采用水泥漿液，注漿參數(shù)如下：

水泥漿液水灰比 1：1（重量比）、注漿壓力：0.5～2.0MPa

注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得管棚注漿施工經(jīng)驗(yàn)。注漿結(jié)束后用M7.5水泥砂漿充填鋼管，以增強(qiáng)管棚強(qiáng)度。

單根鋼花管的注漿量按下式估算： Q=π Rk2 Lη

式中R為漿液擴(kuò)散半徑，取Rk=0.6L0 ；L0為注漿鋼花管中至中的距離；L為鋼花管長；η為圍巖空隙率，各種地層條件下圍巖空隙率參考值：砂土40%，粘土20%，斷層破碎帶5%。本工程取砂土40%，經(jīng)計(jì)算, 單根鋼管注漿量:Q = 3.14*（0.6*0.8）2 *26*0.4=7.524m3

4 方案實(shí)施

4.1 坡面處理

為保證施工順利進(jìn)行，對(duì)堆積土進(jìn)行刷坡后坡面采取錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)措施。其支護(hù)參數(shù)為：φ22砂漿錨桿長度L=4.0m、間距為1.5m×1.5m成梅花形布置;噴砼采用10cm厚C20網(wǎng)噴砼， 鋼筋網(wǎng)采用φ8滿鋪坡面, 網(wǎng)格間距為25cm×25 cm。

4.2 管棚施工

4.2.1施工工藝

管棚施工工藝如下右圖所示

4.2.2測(cè)定孔位及鉆孔

(1) 孔位測(cè)定

鉆孔前按5 寸臺(tái)畫出管棚位置輪廓線(按開挖輪廓線放大50 cm ) , 按孔間距定出孔位, 并能滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) 鉆孔

①鉆孔前先檢查鉆機(jī)各部位運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常, 對(duì)非正常部位進(jìn)行更換, 檢查水壓能否達(dá)到施工要求; 鉆孔時(shí)必須按設(shè)計(jì)位置開鉆, 如設(shè)計(jì)位置開鉆困難時(shí),采取輔助措施。

②鉆孔根據(jù)情況確定是否加泥漿或水泥漿鉆進(jìn),當(dāng)鉆至砂層易坍孔時(shí), 應(yīng)加泥漿護(hù)壁方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

③鉆孔速度應(yīng)保持勻速, 特別是鉆頭遇到夾泥夾沙層時(shí), 控制鉆進(jìn)速度, 避免發(fā)生夾鉆現(xiàn)象。

④為避免鉆桿太長, 鉆頭因自重下垂或遇到孤石鉆進(jìn)方向不易控制等現(xiàn)象, 開鉆上挑角度控制在1°～3°之間, 并隨時(shí)檢查角度值和鉆進(jìn)方向[3-4]。

4.2.3安設(shè)管棚

(1) 孔鉆好后及時(shí)安設(shè)管棚鋼管, 避免出現(xiàn)坍孔。

(2) 鋼管采用人工配合挖掘機(jī)頂入。

(3) 鋼管逐節(jié)頂入, 采用絲扣連接, 保證鋼管間的連接強(qiáng)度。

(4) 及時(shí)將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實(shí), 在鋼管外露端焊上法蘭盤, 并檢查焊接強(qiáng)度和密實(shí)度。

4.3 管棚注漿

4.3.1施工工藝

管棚注漿施工工藝流程如下圖所示。

（新建鐵路玉溪之磨憨線西雙版納隧道施工圖）

4.3.2施工程序及方法

(1) 注漿前先檢查管路和機(jī)械狀況, 確認(rèn)正常后做壓漿試驗(yàn), 確定合理的注漿參數(shù), 據(jù)以施工。

(2) 注漿采用水泥漿, 水泥漿必須拌制均勻。

(3) 注漿過程中隨時(shí)檢查孔口、鄰孔、河溝、覆蓋較薄部位有無串漿現(xiàn)象, 如發(fā)現(xiàn)串漿, 立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口, 也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵, 直至不再串漿時(shí)再繼續(xù)注漿。

(4)當(dāng)水泥漿壓力突然升高時(shí), 可能發(fā)生堵管,應(yīng)停機(jī)檢查;待泵壓正常時(shí), 再進(jìn)行注漿;

(5) 注漿壓力達(dá)到0.5~2.0M Pa, 并持續(xù)穩(wěn)定2 m in以上, 可停止注漿, 并及時(shí)封堵注漿口。

4.3.3注漿效果檢查

(1) 注漿終孔壓力達(dá)到0.5~2.0M Pa, 并持續(xù)穩(wěn)定2 m in以上M Pa,視為該注漿孔已滿足要求。（鐵路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南）

(2) 注漿完畢用鐵錘敲擊鋼管, 如響聲清脆, 說明漿液未充滿鋼管, 需采取補(bǔ)注或重注; 如響聲低啞, 則說明漿液已填滿鋼管。

(3) 開挖后及時(shí)觀察巖壁面, 鋼管周圍20 cm范圍巖隙應(yīng)被基本充填密實(shí), 并作好記錄。

5 淺埋段開挖

該段洞身開挖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法, I20a鋼架支護(hù)配合大管棚。詳見下圖。開挖按1~8號(hào)導(dǎo)坑順序開挖，每個(gè)開挖段錯(cuò)開2~3m距離。

《鐵路隧道軟弱圍巖臺(tái)階法快速施工管理手冊(cè)》

6 效果評(píng)價(jià)

為了保證施工安全以及檢查大管棚的實(shí)施效果,本隧道實(shí)施監(jiān)控量測(cè)。 對(duì)該段做了凈空收斂量測(cè)、錨桿受力監(jiān)測(cè)、地表位移量測(cè)共3 個(gè)項(xiàng)目。從量測(cè)情況來看收斂增長較緩, 均滿足設(shè)計(jì)要求。充分說明了大管棚預(yù)注漿超前支護(hù)對(duì)防止圍巖惡化, 控制隧道變形作用是顯著的[5]。

7 總結(jié)及體會(huì)

利用大管棚作為穿越偏壓段的超前支護(hù), 其成功之處在于: 通過注漿將松散的土體固結(jié)起來, 利用大管棚支護(hù)圍巖, 注漿體與管棚連成一個(gè)整體受力, 在隧道開挖輪廓線外形成一個(gè)環(huán)向的支撐體, 有效地阻止了松散體出現(xiàn)坍塌。超前預(yù)支護(hù)技術(shù)在武調(diào)隧道進(jìn)口的成功應(yīng)用, 是新奧法與其他輔助施工方法的完美結(jié)合, 特別是監(jiān)控量測(cè)工作的開展, 通過對(duì)隧道結(jié)構(gòu)定性定量的分析, 起到預(yù)測(cè)和反饋的作用, 為施工提供了重要的安全信息。

[1]新建鐵路玉溪之磨憨線西雙版納隧道施工圖[S].成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2018.

[2]薛吉崗.鐵路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南[M].北京：鐵路工程出版社，2004.

[3]王東杰.公路隧道施工[M].北京：中國電力出版社出版，2002.

[4]關(guān)寶樹 .礦山法隧道關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：人民交通出版社股份，2016.

[5]中國國家鐵路集團(tuán)有限公司工程管理中心.鐵路隧道軟弱圍巖臺(tái)階法快速施工管理手冊(cè)[M].北京：中國鐵道出版社,2020.

游順達(dá)（1980.10- ），男，漢，籍貫：漳州東山，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，單位：創(chuàng)泰建設(shè)工程有限公司，研究方向：隧道工程。

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1007-6344（2021）04-0179-03