長大管棚在涵洞穿越既有線施工中的應(yīng)用

李正耀

(洛張(石懷)電化改造建設(shè)指揮部，湖南 張家界 427000)

1 工程概況

石懷擴(kuò)能工程新增的石門交通涵洞位于焦柳線K853+813.28處石門縣站內(nèi)高路堤地段，涵洞全長128 m，下穿站場(chǎng)6股道，與線路斜交為78°，其中下穿股道地段40 m，貨場(chǎng)地段45 m，邊坡地段43 m。涵頂覆土厚度11.5 m，涵洞圍巖為碎石土、粉砂性，灰黃色，碎石粒徑40～70 mm，含量約80%，松散中密，飽和，土的抗壓強(qiáng)度σ0=300 kPa，設(shè)計(jì)判定為Ⅵ級(jí)圍巖，石門交通涵洞與焦柳線空間關(guān)系位置見圖1。

圖1 石門交通涵洞與焦柳線位置(單位:cm;高程單位:m)

本工程原設(shè)計(jì)為框架帶土頂進(jìn)，施工過程中出現(xiàn)塌方后無法頂進(jìn)，經(jīng)設(shè)計(jì)修改后的帶土頂進(jìn)方案仍發(fā)生嚴(yán)重塌方。為確保既有線行車安全，參考國內(nèi)已有的相關(guān)工程實(shí)踐［1-3］，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)將原方案調(diào)整為長大管棚注漿預(yù)加固，按隧道暗挖方式開挖并初期支護(hù)，最后將框架在已成型隧道中頂推施工。

2 設(shè)計(jì)概況

鑒于涵洞洞室圍巖為Ⅵ級(jí)黏砂土性的人工填土，為保證開挖面的穩(wěn)定，減少變形，整個(gè)頂涵段洞室上部和拱部全采用管棚超前預(yù)注漿支護(hù)。進(jìn)口端管棚采用φ108壁厚9 mm的無縫鋼管，管棚長58 m，環(huán)向間距30 cm，一次性打入鋼管，打設(shè)角度1°～3°;其余段洞采用φ89壁厚6 mm的無縫鋼管，管棚長10 m，環(huán)向間距30 cm，打設(shè)角度8°～10°;管棚搭接長度不小于3 m，現(xiàn)場(chǎng)管棚支護(hù)方案見圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)管棚支護(hù)方案(單位:cm)

圖3 鋼架加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)(單位:cm)

開挖初噴后，架立I18工字鋼架，間距0.5 m/榀，對(duì)于管棚施作后的第二榀采用格柵鋼架。鋼架全部采用封閉式鋼架，由A單元1個(gè)、B單元2個(gè)、C單元2個(gè)和D單元1個(gè)共6個(gè)單元組成。單元末端格柵采用角鋼，工字鋼架采用鋼板連接焊接成型，單元間由螺栓連接。相鄰鋼架間采用 φ22鋼筋連接，內(nèi)外兩層，交錯(cuò)布置，每側(cè)環(huán)向間距1.0 m。每榀鋼架采用長2.5 m的φ42鋼花錨管定位，鋼花錨管環(huán)向間距1.5 m，鋼花管與鋼架焊接之前對(duì)鋼花管壓注水泥漿，如圖3所示。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工

管棚施工工藝流程如圖4所示。

圖4 管棚施工工藝流程圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，鋼管邊頂邊接，分節(jié)鋼管長度為6 m。分節(jié)鋼管兩端車外絲，絲口長度為15 cm，連接鋼管長度30 cm，車內(nèi)絲，通過連接鋼管把分節(jié)鋼管連為一體(φ108鋼管連接鋼管為φ114壁厚4 mm的無縫鋼管，φ89鋼管連接鋼管為 φ95壁厚4 mm的無縫鋼管)。

在施工過程中單號(hào)第一根打設(shè)6 m鋼管，雙號(hào)第一根打設(shè)3 m鋼管。將相鄰鋼管接頭相互錯(cuò)開，便于管棚受力均勻。φ108管棚鋼管內(nèi)鋪設(shè)4根對(duì)稱 φ18主筋的鋼筋籠。鋼筋籠內(nèi)φ42鋼環(huán)作為固定環(huán)，固定環(huán)長5 cm，間距50 cm，與鋼筋籠主筋焊接，以提高鋼管的抗彎能力，見圖5。管棚均采用半菱形布置，打入土體的傾斜度為-7‰，且末端偏差控制在500 mm以內(nèi)。

3.1 施工糾偏

由于采用跟管鉆進(jìn)法，鋼管安裝和鉆機(jī)進(jìn)尺是同一過程。鉆頭采用與鉆管等徑的楔型鉆頭，楔板回轉(zhuǎn)半徑略大于鉆管半徑，鉆頭前端有10 mm長 φ8的水眼，當(dāng)鉆頭正?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)鉆管沿直線前進(jìn)。當(dāng)鉆頭由于某種原因偏離預(yù)定軌跡偏向某一方向時(shí)，就需要糾偏了。方法是把鉆頭楔面調(diào)至已經(jīng)偏斜的方向，鉆機(jī)停止回轉(zhuǎn)同時(shí)加力頂進(jìn)，鉆頭由于斜面的作用就會(huì)向相反的方向偏斜，以此調(diào)整鉆進(jìn)的方向。面向角的朝向和鉆頭的偏斜方位都是由裝在鉆頭后部的導(dǎo)向探頭監(jiān)測(cè)的，通過穿過鉆管的導(dǎo)線連接到位于鉆機(jī)操作臺(tái)的顯示屏，可以方便地調(diào)整鉆進(jìn)方向。這樣終孔偏差可以控制在5‰以內(nèi)。

圖5 鋼筋籠設(shè)計(jì)示意(單位:cm)

鉆頭示意如圖6，鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導(dǎo)向板的方向:導(dǎo)向板朝上即為12點(diǎn)，如同鐘面)。打設(shè)角度如果偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點(diǎn)，即導(dǎo)向板朝上，直接頂進(jìn)，此時(shí)由于導(dǎo)向板底板斜面面積大。受到一個(gè)向上的力，鉆頭軌跡就會(huì)朝上運(yùn)動(dòng)。同理在6點(diǎn)糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點(diǎn)、3點(diǎn)分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機(jī)會(huì)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時(shí)鉆桿軌跡一般是平直的。所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。至于左右偏差根據(jù)傳感器尾端的發(fā)光裝置來定，通過儀器測(cè)量參數(shù)來糾偏。

圖6 鉆頭示意

上下角度偏差=(鉆進(jìn)角度上讀數(shù)+鉆進(jìn)角度下讀數(shù))/2，左右角度偏差=(鉆進(jìn)角度左讀數(shù)+鉆進(jìn)角度右讀數(shù))/2，管棚末端總偏差值=∑角度偏差/管棚節(jié)數(shù)×管棚累計(jì)長度。

3.2 注漿

根據(jù)地質(zhì)情況，本工程屬于粉細(xì)砂，中粗砂地層。由于采用跟管鉆進(jìn)法，鋼管安裝和鉆機(jī)進(jìn)尺是同一過程，注漿亦相應(yīng)采取回流法注漿，終孔后需要跟蹤注漿。

1)進(jìn)口端為下坡，從 φ108鋼管內(nèi)注入，由于水泥漿的密水性，以及考慮到水和水泥的相對(duì)密度，下坡段需要反復(fù)注漿，鉆頭端管棚留有排氣排水閥，注漿至排氣排水閥噴出水泥漿方可關(guān)閉排漿閥，壓力為0.4～0.8 MPa，注漿結(jié)束。

2)出口端為反坡，從 φ89鋼管內(nèi)注入，在管外環(huán)狀間隙留有排氣閥和排水閥，由管外環(huán)狀間隙到孔口反出水泥漿，關(guān)閉排漿閥，壓力為0.4～0.8 MPa，注漿結(jié)束。

3)根據(jù)管外環(huán)狀間隙和地層滲漏情況確定每一根鋼管的注漿量。注漿要求管內(nèi)注漿由管外排出泥漿，等管內(nèi)外泥漿排凈至排出水泥漿，關(guān)閉排漿閥，泵壓控制在0.4～0.8 MPa以內(nèi)停止注漿，停15～30 min進(jìn)行二次補(bǔ)漿，確保管內(nèi)外填充質(zhì)量。注漿必須控制好注漿量、注漿壓力等每一個(gè)環(huán)節(jié)，保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

1)本涵洞已于2008年9月竣工，通過施工調(diào)整，其洞內(nèi)收斂和地表沉降均滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)要求，達(dá)到了預(yù)期的效果和目的。

2)涵洞洞室采用長大管棚施工工藝進(jìn)行預(yù)加固，提前發(fā)揮超前支護(hù)作用，增加了施工安全度，提高涵洞洞室的長期穩(wěn)定性，減少地表下沉和防止圍巖坍塌。

3)管棚鉆孔還可作為地質(zhì)預(yù)探鉆孔，其開挖出露的地質(zhì)圍巖情況也可為洞身開挖提供依據(jù)。

［1］張細(xì)寶.龍鳳隧道下穿渝合高速公路北碚隧道技術(shù)總結(jié)［J］.西部探礦工程，2006(11):144-147.

［2］茍德明，陽軍生，張戈.淺埋暗挖隧道管棚變形監(jiān)測(cè)及受力機(jī)制分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26(6):1258-1264.

［3］孫河川，楊慧林，李興高，等.龍脖山隧道下穿鐵路既有線及涵洞施工安全分析［J］.鐵道建筑，2008(12):50-54.