淺談隧道長大管棚進(jìn)洞施工技術(shù)

吳興剛 鄭云雷

（中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100000）

1 工程概況

上新莊隧道位于蘭渝鐵路LYS-1標(biāo)段，在甘肅省榆中縣境內(nèi)。隧址所在地屬黃土梁，峁區(qū)，洞身地勢起伏，溝壑相間，山坡自然坡度一般為15°～30°，坡面上多辟為耕地。隧道全長2032m,為雙線隧道，洞內(nèi)線路為13‰、8‰的單面上坡。工程涉及的主要地層為：第四系上更新統(tǒng)沖積砂質(zhì)黃土、細(xì)圓礫土及第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土，基巖主要為上第三系泥巖，局部夾有薄層砂巖，礫巖。隧道進(jìn)出口段圍巖設(shè)計均為Ⅴ級加強(qiáng)，洞口埋深均約為6～10m。

2 施工工藝

2.1 洞口導(dǎo)向墻施工

上新莊隧道洞口導(dǎo)向墻混凝土采用模筑法施工。導(dǎo)向墻采用 C20混凝土，縱向長度1m，根據(jù)實(shí)際地形，嵌入土體 0.1m～0.2m,外露 0.8m～0.9m。導(dǎo)向墻內(nèi)埋設(shè)2榀Ⅰ20b工字鋼，按長管棚鋼管設(shè)計位置預(yù)埋φ140鋼管，作為長管棚鉆孔時的導(dǎo)向管。

2.1.1 導(dǎo)向墻施工前進(jìn)行測量放樣，標(biāo)定導(dǎo)向墻與暗洞開挖分界線。進(jìn)行導(dǎo)向墻拱部及邊、仰坡開挖和整修，并按設(shè)計要求進(jìn)行邊、仰坡加固處理。

2.1.2 采用CAT230挖掘機(jī)兩側(cè)對稱開挖洞口段土方，預(yù)留核心土，當(dāng)開挖水平面低于設(shè)計長管棚最下一根鋼管1m時，即停止開挖，利用開挖后的水平面作為施工作業(yè)平臺。同時做好兩側(cè)拱腳的排水通道，避免拱腳被積水浸泡。開挖時順線路縱向在導(dǎo)向墻以外8m范圍內(nèi)設(shè)一條寬度≮ 4m的下坡通道，以方便施工機(jī)具和材料的運(yùn)輸。

2.1.3 清除導(dǎo)向墻兩側(cè)拱腳基底浮碴，在導(dǎo)向墻兩側(cè)拱腳處立模澆筑1.0m（長）×1.0m（寬）×1.0m（高）C20混凝土基礎(chǔ)，按設(shè)計在混凝土面上測量放樣，各預(yù)埋兩塊25cm×25cm鋼板，用于架設(shè)導(dǎo)向墻內(nèi)鋼拱架時的支座。

2.1.4 架設(shè)鋼拱架時，要嚴(yán)格控制拱架拱腳的標(biāo)高、拱架中線、兩拱腳之間的水平距離及拱架的垂直度。每2榀工字鋼架之間用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距1m。鋼架與預(yù)埋的鋼板焊接牢固。

2.1.5 工字鋼加固牢固后，按長管棚鋼管設(shè)計位置在鋼架上定出各導(dǎo)向管位置，然后將φ140導(dǎo)向鋼管焊接在工字鋼架上。導(dǎo)向鋼管安設(shè)時注意線路縱向坡度，避免長管棚鋼管侵入隧道開挖輪廓內(nèi)或遠(yuǎn)離隧道開挖輪廓線外邊緣。

2.1.6 模板安裝及加固。內(nèi)外側(cè)模板均采用 5cm木板，擋頭模要求在平整場地上，按設(shè)計要求畫出大樣圖進(jìn)行加工。內(nèi)外側(cè)環(huán)向采用Φ22鋼筋作為加勁肋，通過8號鐵絲連接在工字鋼上。導(dǎo)向墻外側(cè)用 12cm×12cm方木按 80cm×80cm梅花形支撐，內(nèi)側(cè)用φ108鋼管支撐于洞口邊坡上，擋頭模通過Φ22鋼筋與焊接于工字鋼架上的φ12拉筋固定。

2.1.7 導(dǎo)向墻混凝土施工。按試驗(yàn)后滿足要求的配合比進(jìn)行混凝土施工，混凝土中摻入早強(qiáng)劑。混凝土采用機(jī)械攪拌，混凝土輸送車運(yùn)輸?；炷潦┕?yīng)兩側(cè)對稱進(jìn)行，人工入模，用振搗棒振搗密實(shí)。

2.2 長管棚施工

2.2.1 管棚加工

長管棚采用外徑φ108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，管棚設(shè)計長度30米，鋼花管周壁用臺式鉆床鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔間距15cm，呈梅花形布置。為便于導(dǎo)管插入鉆孔內(nèi)，鋼花管前端加工成尖錐狀，尾部焊φ6管箍，尾端1米范圍不鉆設(shè)注漿孔，作為止?jié){段。為提高導(dǎo)管的抗彎能力，在鋼管內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，鋼筋籠由四根主筋和固定環(huán)組成，主筋直徑為φ18mm，固定環(huán)采用短管節(jié)，節(jié)長5cm將其與主筋焊接，按1.5m間距設(shè)置。鋼花管和鋼筋籠尺寸詳見圖一（洞口管棚示意圖）：

圖1 洞口管棚示意圖

2.2.2 鉆孔及管棚安裝

鉆孔：為了便于安裝管棚，鉆孔采用φ120鉆頭。鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆機(jī)，使鉆桿與導(dǎo)向管坡度一致，連接線路，鉆架頂緊工作面，使用頂驅(qū)液動錘把套管與鉆桿同時沖擊回轉(zhuǎn)鉆入第一節(jié)鉆桿和套管；當(dāng)?shù)谝还?jié)鉆桿和套管鉆入巖層，尾部剩余 20cm～30cm時停止鉆進(jìn)，用液壓夾頭夾緊鉆桿和套管，鉆機(jī)低速反轉(zhuǎn)，脫開鉆桿和套管;鉆機(jī)沿導(dǎo)軌退回原位，裝入第二節(jié)鉆桿和套管，并在鉆桿和套管前端安裝好聯(lián)接套，鉆機(jī)低速送至第一節(jié)鉆桿和套管尾部，方向?qū)?zhǔn)后連成一體，繼續(xù)鉆進(jìn)。按同樣方法繼續(xù)接長鉆桿和套管；直至鉆至設(shè)計深度。鉆進(jìn)過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置，并根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)的現(xiàn)象及時判斷成孔質(zhì)量，并及時處理鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的事故。鉆進(jìn)過程中確保動力器，扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進(jìn)。認(rèn)真作好鉆進(jìn)過程的原始記錄，及時對孔口土體進(jìn)行地質(zhì)判斷、描述。作為開挖洞身的超前地質(zhì)預(yù)報，作為指導(dǎo)洞身開挖的依據(jù)。管棚安裝：鉆孔完成后，先按與鉆進(jìn)相反步驟拆卸鉆桿和套管，后將鋼花管插入孔內(nèi)，鋼管采用絲扣連接，鋼管終端要密封；鋼花管在插進(jìn)到位后，繼續(xù)間隔鉆進(jìn)其他孔眼，直至所有鋼花管安裝完畢。

2.2.3 長管棚注漿

大管棚安設(shè)后，用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，注漿材料采用水泥漿液，水灰比為1：1，具體漿液配合比根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)調(diào)整，注漿壓力 0.5～1.0Mpa，終壓 2.0Mpa。注漿前，應(yīng)根據(jù)洞口圍巖情況噴射混凝土封閉開挖工作面，防止管棚注槳時發(fā)生漏漿。注漿前應(yīng)對可能漏漿的部位及時處理，發(fā)生漏漿采取嵌縫、表面封堵、加濃漿液、降低壓力、間歇注漿等方法處理。灌漿采用全孔一次灌漿法，為保證灌漿質(zhì)量，防止?jié){液串孔現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)對鉆孔內(nèi)的鋼花管進(jìn)行編號，按跳孔順序?qū)︿摶ü茏⑷胨酀{加固圍巖。灌漿施工從較低的一端開始，向較高的一端推進(jìn)。低處孔灌漿時高處孔可用于排氣、排水，當(dāng)高處孔排出濃漿（接近或等于注入漿液的水灰比）后，可將低處孔堵塞，改從高處孔灌漿，依次類推，直至結(jié)束。灌漿因故中斷時，應(yīng)盡早恢復(fù)灌漿，如中斷時間較長，則應(yīng)重新鉆開進(jìn)行灌注。在規(guī)定的壓力下灌漿孔停止吸漿后，延續(xù)灌漿10分鐘，即可結(jié)束。灌漿結(jié)束后，應(yīng)采用干硬性水泥漿將鉆孔封填密實(shí)，孔口壓平抹齊。

結(jié)語

上新莊隧道洞口處于淺埋濕陷性黃土地段，采用了長大管棚進(jìn)洞施工技術(shù)，現(xiàn)場開挖情況表明,水泥漿液在壓力的作用下向四周擴(kuò)散,充滿了鋼花管周圍圍巖的縫隙,起到了固結(jié)圍巖的作用。先期施工的管棚和注漿預(yù)先加固了洞身圍巖,而管棚和后施工的初期支護(hù)形成一個統(tǒng)一整體,縱橫交錯,共同受力,使整個開挖工作面處在它們的"保護(hù)"之中。實(shí)際應(yīng)用的效果證明采用長大管棚施工技術(shù)對于淺埋隧道進(jìn)洞是安全、可靠的。

[1]孫紹影.長管棚初步設(shè)計和施工淺談[J].西部探礦工程，2005-04-25.