大管棚超前支護(hù)進(jìn)洞施工技術(shù)在伏龍坪隧道施工中的應(yīng)用

李曉娟

蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司（730000）

現(xiàn)代隧道技術(shù)中，大管棚超前預(yù)支護(hù)技術(shù)在我國(guó)地下工程施工處理特殊及不良地質(zhì)隧道中，得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的效果。在隧道開(kāi)挖前沿開(kāi)挖輪廓線鉆設(shè)與隧道軸線平行的鉆孔，然后插入不同直徑的鋼管并向管內(nèi)注漿，固結(jié)管周?chē)膰鷰r形成棚架支護(hù)體系。主要作用是提高管周?chē)鷰r體的抗剪強(qiáng)度，達(dá)到加固圍巖并擴(kuò)散圍巖壓力的作用；大管棚結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪功能可有效承載局部松馳的地層荷重，適時(shí)提供隧道開(kāi)挖后面支護(hù)尚未施作或發(fā)揮作用前所需的支撐力，使隧道開(kāi)挖面得以安全穩(wěn)定并同時(shí)支護(hù)和結(jié)構(gòu)形成空間支撐系統(tǒng)。

1 工程概況

伏龍坪隧道位于蘭州市。隧道設(shè)計(jì)為上下行分離四車(chē)道雙管公路隧道，上行線全長(zhǎng)662 m，下行線全長(zhǎng)661 m，上下行線線間距為30 m，最大埋深為69 m。隧道圍巖巖性為黃土狀粉土，土質(zhì)疏松、不均勻，夾有小礫石，垂直裂隙發(fā)育，整體性差，極易發(fā)生坍塌或塌方。

下行線隧道東口端與安定門(mén)立交相接為大跨三車(chē)道斷面，跨度為19.12 m，進(jìn)洞施工極其困難，因此采用φ108大管棚支護(hù)和φ42小導(dǎo)管聯(lián)合超前支護(hù)措施，同時(shí)采用型鋼鋼架及噴射混凝土進(jìn)行初期支護(hù)。管棚長(zhǎng)30m，環(huán)向間距30 cm，詳見(jiàn)圖1。

2 伏龍坪隧道下行線東口工程環(huán)境

隧道洞口的工程環(huán)境復(fù)雜，隧道順利進(jìn)洞是該隧道施工的關(guān)鍵。施工時(shí)必須對(duì)隧道洞口的地形、地質(zhì)、氣象與隧道周邊的環(huán)境影響因素進(jìn)行綜合分析。

1）地形

隧道隧址區(qū)地形以黃土丘陵為主，次為黃土梁峁，階地與干溝發(fā)育，隧道穿越地形的山體地形起伏較大。

2）地質(zhì)

隧道地質(zhì)條件為黃土覆蓋的基巖山脊，地層為黃土狀粉土。

3）氣象

隧道址區(qū)地處中緯度大陸內(nèi)部，為溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,氣候差異明顯,降水量少。

4）周邊環(huán)境

隧道上方地表分布有大量的民房，民房為磚房平房，一般沒(méi)有地下深基礎(chǔ)。

3 伏龍坪隧道超前管棚支護(hù)施工

3.1 支護(hù)參數(shù)

鋼管采用熱軋無(wú)縫鋼管，外徑108 mm，壁厚5 mm。每節(jié)鋼管長(zhǎng)6m，兩端均預(yù)加工成外絲扣，以便連接接頭鋼管；環(huán)向間距為30 cm；鋼管軸線與襯砌外緣線夾角 1～3°。

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),主筋直徑為φ18，固定環(huán)采用短管節(jié),節(jié)長(zhǎng)5 cm，將其與主筋焊接，按1.5 m間距設(shè)置。為提高剛度,在管棚的鋼管內(nèi)壓注M20水泥砂漿。

3.2 施作導(dǎo)向墻

3.2.1 為了保證管棚方向、角度的施工精度施作管棚導(dǎo)向墻

導(dǎo)向墻在隧道外輪廓線以外施作，采用C20混凝土，截面尺寸為1m×1m，環(huán)向長(zhǎng)度為1m。為保證其基礎(chǔ)穩(wěn)定，防止其出現(xiàn)沉降變形影響隧道洞口和周?chē)吰碌姆€(wěn)定性，導(dǎo)向墻拱腳下進(jìn)行加大底面面積和深度的處理（見(jiàn)圖1）。導(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)2榀工18鋼架（見(jiàn)圖2），鋼架外緣設(shè)φ140壁厚5mm導(dǎo)向鋼管，鋼管與鋼架焊接。鋼架各單元由連接板焊接成型，單元間由螺栓連接。

3.2.2 孔口套管間距、位置及方向應(yīng)準(zhǔn)確

用經(jīng)緯儀以坐標(biāo)法在工字鋼架上定出其平面位置，用激光導(dǎo)向儀設(shè)定孔口管的傾角，用前后差距法設(shè)定孔口管的外插角?？卓诠軕?yīng)牢固焊接在工字鋼上，防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生位移。

3.3 鉆機(jī)就位及鉆孔

3.3.1 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)平臺(tái)采用鋼管腳手架搭設(shè)，支撐連接應(yīng)牢固、穩(wěn)定,防止在施鉆時(shí)鉆機(jī)產(chǎn)生不均勻下沉、擺動(dòng)、位移等影響施鉆質(zhì)量的現(xiàn)象發(fā)生。要求鉆機(jī)與已設(shè)定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機(jī)位置。

3.3.2 鉆孔及事故處理

為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑采用127mm。鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生坍孔、卡鉆時(shí)，需補(bǔ)注漿后再鉆進(jìn)。鉆機(jī)開(kāi)鉆時(shí)，應(yīng)低速低壓，待成孔10m后可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風(fēng)壓。鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常用測(cè)斜儀測(cè)定其位置，并根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)的狀態(tài)判斷成孔質(zhì)量，及時(shí)處理鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的事故。鉆進(jìn)過(guò)程中確保動(dòng)力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進(jìn)。認(rèn)真做好鉆進(jìn)過(guò)程的原始記錄，及時(shí)對(duì)孔口巖屑進(jìn)行地質(zhì)判斷、描述，作為洞身開(kāi)挖時(shí)的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)參考資料，指導(dǎo)洞身開(kāi)挖。

3.3.3 清孔驗(yàn)孔

用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭進(jìn)行反復(fù)掃孔，清除浮渣到孔底,從孔底向孔口清理鉆渣，用經(jīng)緯儀、測(cè)斜儀等檢測(cè)孔深、傾角、外插角。

3.4 管棚鋼管安裝

管棚鋼管采用專(zhuān)用的管床上加工好絲扣，導(dǎo)管四周鉆設(shè)孔徑20 mm注漿孔，孔間距40 cm，呈梅花型布置，管頭焊成圓錐形，以便于入孔。鉆孔完成后及時(shí)安設(shè)管棚鋼管，避免出現(xiàn)塌孔。棚管頂進(jìn)采用裝載機(jī)和管棚機(jī)鉆進(jìn)相結(jié)合的工藝，即先鉆大于棚管直徑的引導(dǎo)孔，然后用裝載機(jī)在人工配合下逐節(jié)頂進(jìn)鋼管。

鋼管采用長(zhǎng)6m的管節(jié)逐步接長(zhǎng)；采用絲扣連接，連接頭采用114×6mm厚管箍，上滿絲扣，絲扣長(zhǎng)度不小于15 cm。接長(zhǎng)鋼管應(yīng)滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應(yīng)前后錯(cuò)開(kāi)。同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開(kāi)1 m。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(pán)、止?jié){閥，并檢查焊接強(qiáng)度和密實(shí)度。

鉆孔完畢后安排送管，可以先送單數(shù)管或雙數(shù)管，相鄰兩根管的接頭位置錯(cuò)開(kāi)至少3m，導(dǎo)管送到位后要及時(shí)固定、焊接堵頭，為防止大管棚接頭位置初期支護(hù)鋼架過(guò)大變形,要加強(qiáng)小導(dǎo)管注漿支護(hù)。

3.5 注漿

1）安裝好有孔鋼花管、放入鋼筋籠后即對(duì)孔內(nèi)注漿，漿液由高速制漿機(jī)拌制。注漿壓力達(dá)到0.5～1.0 MPa，并持壓5min以上時(shí)可停止注漿并封堵注漿口。

2）注漿時(shí)插到孔底的塑料排氣管冒出純漿液后，用螺帽封堵排氣口。

3）注漿量的確定。注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍；若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，確保鉆孔周?chē)鷰r體與鋼管周?chē)紫冻涮铒枬M。

4）注漿要求。注漿前用清水試壓管路，檢查管路是否連接緊密，如有問(wèn)題及時(shí)處理。排氣管要通到底，以防孔內(nèi)壓注空氣漿液不能注到孔底。

3.6 堵孔止?jié){

堵孔質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到注漿效果。堵孔包括鋼管自身的封堵和鋼管與孔壁之間空隙的封堵。管棚最外端3 m范圍內(nèi)不設(shè)置注漿孔。鋼管與孔壁間空隙的封堵采用錨固劑或水泥砂漿封堵，封堵材料裝入孔內(nèi)不小于2m長(zhǎng)度，確保封堵密實(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

1）大管棚超前預(yù)支護(hù)加固圍巖在伏龍坪隧道洞口軟弱破碎圍巖地段得到成功運(yùn)用。淺埋地段采用大管棚施工工藝，提前發(fā)揮超前支護(hù)作用，增加了施工安全度，提高隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2）通過(guò)大管棚超前預(yù)支護(hù)，改善了圍巖穩(wěn)定狀況，在大管棚超前預(yù)支護(hù)下開(kāi)挖，可有效的減少地表下沉和防止圍巖坍塌，保證了施工安全和施工質(zhì)量，確保了隧道施工的順利進(jìn)行。

3）管棚鉆孔可作為地質(zhì)預(yù)探預(yù)報(bào)，地質(zhì)資料可為指導(dǎo)洞身開(kāi)挖提供依據(jù)。