洞灣隧道超前支護(hù)施工技術(shù)分析

宋公仆

（福建省第一公路工程公司，福建 泉州 362000）

隧道施工中，軟弱圍巖的施工是施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。軟弱圍巖自支護(hù)能力較弱，在軟弱圍巖施工中最重要的是提高圍巖的自支護(hù)能力，保證掌子面的穩(wěn)定，確保開(kāi)挖及后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

提高圍巖的自支護(hù)能力主要是控制圍巖的松弛、坍塌。施工中采取的措施很多，可以歸納為穩(wěn)定掌子面、及時(shí)閉合、加固圍巖。其中，超前支護(hù)對(duì)穩(wěn)定掌子面及加固圍巖均具有不可替代的作用，是軟弱圍巖施工中常用的施工措施。

超前支護(hù)是使用錨桿、鋼管、鋼筋等，沿隧道外輪廓以低角度打設(shè)的方式防止掉塊，并予以注漿處理，是加固掌子面前方圍巖的方法。

施工中，超前支護(hù)最常見(jiàn)的施工措施為超前管棚、超前注漿小導(dǎo)管等技術(shù)。

現(xiàn)結(jié)合洞灣隧道工程施工情況對(duì)超前支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概況

洞灣隧道為分離式隧道，隧道長(zhǎng)405 m。隧址區(qū)地層主要為：志留系下統(tǒng)龍馬系組粉質(zhì)頁(yè)巖，溝底分布有0.5～3.0m 厚的第四系殘坡積層粘性土層。隧道區(qū)地質(zhì)構(gòu)造單一，巖層微有扭轉(zhuǎn)，巖體中裂隙發(fā)育。

隧道圍巖主要為Ⅳ級(jí)圍巖及Ⅴ級(jí)圍巖，圍巖較軟弱，為確保圍巖穩(wěn)定及施工安全，需對(duì)圍巖進(jìn)行加固，在進(jìn)洞及軟弱帶處理時(shí)，均采取了超前支護(hù)。主要措施為超前管棚及超前注漿小導(dǎo)管。

2 施工技術(shù)分析

2.1 超前管棚

洞灣隧道進(jìn)口設(shè)計(jì)有長(zhǎng)管棚。洞口長(zhǎng)管棚鋼管長(zhǎng)35m，每個(gè)洞口均設(shè)置35根。鋼管采用外徑Φ108mm，壁厚6mm 的熱軋無(wú)縫鋼尖管，鋼管前端呈尖椎狀，尾部焊接Φ10加勁箍，管壁四周鉆兩排20mm 壓漿孔。

洞灣隧道出口端左洞從開(kāi)挖的隧道明暗交界拱部斷面上看，隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)拱頂覆蓋層較薄，厚度約1.5m，左側(cè)厚度約為1.9～2.5m，屬淺覆蓋層，已揭露的巖層為松散的強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖，且?guī)r層走向大致與隧道軸向相平行且為針片狀，開(kāi)挖后易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。

洞灣隧道出口端右洞從已開(kāi)挖的仰坡坡面上看，已揭露的巖層為松散的強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖，且?guī)r層走向大致與隧道軸向相平行且為針片狀，開(kāi)挖后易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。

為了確保工程結(jié)構(gòu)安全和施工安全，圍巖需進(jìn)行加固處理，經(jīng)設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理、施工四方會(huì)勘，采取超前管棚進(jìn)行處理，以確保圍巖穩(wěn)定，進(jìn)洞安全。其結(jié)構(gòu)形式與進(jìn)洞口管棚一致。

2.1.1 套拱

套拱作為管棚的固定端，拱內(nèi)設(shè)3榀20b工字鋼，在鋼支撐上安裝Φ150×5mm 孔口管，孔口管沿拱圈環(huán)向布設(shè)35 根，環(huán)距50cm，孔口管采用Φ16鋼筋焊接在工字鋼上，方向與管棚位置方向一致，Φ16 鋼筋與工字鋼、孔口管相接處采用雙面焊接，焊接寬度不小于5d。然后澆注100cm 厚的C30砼包裹鋼支撐和孔口管?；炷劣砂韬险窘y(tǒng)一拌制，混凝土澆筑采用混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，吊機(jī)吊運(yùn)方法施工。施工時(shí)注意對(duì)混凝土進(jìn)行振搗。施工時(shí)對(duì)四周土體進(jìn)行噴射C20砼封閉周?chē)旅?，作為注漿時(shí)的臨時(shí)止?jié){墻作用。

2.1.2 鉆孔

1）鉆孔順序按從拱頂開(kāi)始往兩邊對(duì)稱(chēng)開(kāi)鉆，鉆孔時(shí)鉆桿分次接桿。隨著孔深的增長(zhǎng)，應(yīng)對(duì)回轉(zhuǎn)扭矩、沖擊力和推力進(jìn)行協(xié)調(diào)，推力應(yīng)嚴(yán)格控制，不能過(guò)大。

2）鉆機(jī)開(kāi)孔時(shí)，鉆速宜慢，鉆深20～30cm 后轉(zhuǎn)入正常速度。施鉆時(shí)臺(tái)車(chē)大臂應(yīng)頂緊在掌子面上，防止過(guò)大顫動(dòng)，引起施鉆精度下降。

3）鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度（本隧道較管棚鋼管超鉆約50cm）后，拆卸鉆桿，鉆機(jī)退回原位。

2.1.3 頂管

1）管棚鋼管制作：按照管棚長(zhǎng)度一般每節(jié)鋼管按3m 和6m 下料。管棚接長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)將第一根長(zhǎng)管頂入孔內(nèi)，再逐根以絲扣連接，且相鄰管的接頭應(yīng)前后錯(cuò)開(kāi)，避免接頭在同一截面上。

2）頂管：將鋼管安放在工作臺(tái)車(chē)大臂上，工作臺(tái)車(chē)對(duì)準(zhǔn)孔口鉆，低速頂進(jìn)鋼管，當(dāng)?shù)谝桓摴茼斶M(jìn)孔內(nèi)，孔內(nèi)剩余30～40cm 時(shí)，鑿巖工作臺(tái)車(chē)退回原位，人工裝上第二節(jié)鋼管，鑿巖工作臺(tái)車(chē)再以低速頂進(jìn)鋼管，并按同樣方法繼續(xù)頂進(jìn)其它鋼管。

2.1.4 注漿補(bǔ)強(qiáng)

按設(shè)計(jì)將管棚鋼管頂進(jìn)后，用鉆頭掏凈鋼管內(nèi)的殘碴，接著安裝管棚鋼筋籠，最后進(jìn)行管棚注漿。注漿前，先將鋼管口外徑與孔口周邊的巖石用水泥密封，并留一排氣孔排除鋼管與孔壁空隙內(nèi)的空氣。然后往鋼管內(nèi)注漿，注漿初壓力0.5～1.0 MPa，終壓力2～2.5 MPa，直至漿液從排氣孔冒出。

2.1.5 施工工藝流程

制作管棚工字鋼拱架→測(cè)設(shè)中線(xiàn)及水平基點(diǎn)→檢查已開(kāi)挖的斷面尺寸及形狀→安設(shè)管棚工字鋼拱架→安裝套拱模板→澆筑套拱砼→鉆管棚鋼管孔眼→打設(shè)管棚鋼管→安裝鋼筋籠→孔口處理→漿液制備→注漿。

2.2 超前注漿小導(dǎo)管

隧道洞口加強(qiáng)段設(shè)計(jì)采用拱部超前小導(dǎo)管注漿的方法預(yù)支護(hù)。小導(dǎo)管采用外徑42mm，壁厚為4mm的無(wú)縫鋼管，每排33根，每根長(zhǎng)度為5 m，環(huán)距40cm。管壁四周鉆四排Φ6mm 壓漿孔，施工時(shí)鋼管沿隧道周邊以15°外插角打入圍巖。

施工過(guò)程中，部分圍巖由于圍巖極破碎，巖層近于水平，塊狀結(jié)構(gòu)，頁(yè)理、節(jié)理裂隙發(fā)育，容易導(dǎo)致拱頂塌方，對(duì)工程施工帶來(lái)極大的安全隱患，經(jīng)設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理、施工四方會(huì)勘，對(duì)出現(xiàn)以上情況的圍巖采取超前注漿小導(dǎo)管對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)，并加密工字鋼間距。

施工前，應(yīng)注意控制超欠挖，并及時(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行初噴混凝土。

1）小導(dǎo)管制作。鋼管按設(shè)計(jì)尺寸鉆Φ6mm 注漿孔，同時(shí)為便于小導(dǎo)管插入圍巖，前端做成尖錐狀，尾部焊上箍筋。

2）采用鉆孔打入法，即先按設(shè)計(jì)要求采用隧道掘進(jìn)臺(tái)架配合人工鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑3～5mm，然后將鋼管穿過(guò)鋼架，用鉆機(jī)頂入，頂入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出。鋼管尾端與工字鋼鋼架焊接在一起。

3）小導(dǎo)管安裝后，用塑膠泥封堵孔口及周?chē)严?，必要時(shí)在小導(dǎo)管附近及工作面噴射砼，以防止工作面漏漿、坍塌。

4）注漿前應(yīng)對(duì)注漿機(jī)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查機(jī)械設(shè)備是否正常，管路連接是否正確。

5）注漿材料采用42.5等級(jí)水泥制作的30號(hào)水泥凈漿或摻入一定比例水玻璃（由試驗(yàn)確定），注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa，為加快注漿速度，采用群管注漿（每次3～5根），同時(shí)，注漿過(guò)程中要隨時(shí)觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿，并做好記錄。

6）注漿采用一次升壓法施工，即從注漿一開(kāi)始在短時(shí)間內(nèi)將壓力升高至設(shè)計(jì)規(guī)定值，并一直保持到注漿結(jié)束。在規(guī)定的壓力下，根據(jù)進(jìn)漿量情況分級(jí)調(diào)整漿液濃度，直到裂隙逐漸被填實(shí)，單位吸漿量逐漸減少，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)結(jié)束注漿。

7）注漿順序根據(jù)降水漏斗原理，從拱部開(kāi)始由上而下壓注，先壓注無(wú)水孔，后壓注有水孔。如遇串漿或跑漿，可間隔一孔或幾孔灌壓。

8）隧道的開(kāi)挖長(zhǎng)度應(yīng)小于小導(dǎo)管的注漿長(zhǎng)度，預(yù)留部分作為下一次循環(huán)的止?jié){墻。

9）施工工藝流程：測(cè)量放線(xiàn)→鉆孔→掏孔檢查→導(dǎo)管安裝→孔口處理→漿液制備→注漿。

3 施工效果

洞灣隧道由于采取了超前管棚及超前小導(dǎo)管注漿的超前支護(hù)措施，軟弱圍巖得到了明顯的加固。施工中，除出現(xiàn)小規(guī)模的坍塌、掉塊現(xiàn)象外（出現(xiàn)后均及時(shí)進(jìn)行了處理），圍巖基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)，周邊位移、拱頂下沉等均符合設(shè)計(jì)要求，未出現(xiàn)較大規(guī)模的塌方、變形等情況，施工安全得到了保障。由于圍巖穩(wěn)定，初期支護(hù)及二次襯砌均未產(chǎn)生裂縫、變形等質(zhì)量問(wèn)題，施工質(zhì)量得到了保證。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)施工實(shí)踐，超前管棚及超前小導(dǎo)管對(duì)穩(wěn)定掌子面、加固圍巖均起到了明顯的作用，是兩種有效的超前支護(hù)措施。

其中，超前管棚鋼管長(zhǎng)度長(zhǎng)、管徑大、剛度大，承載力強(qiáng)，支護(hù)效果明顯，可靠性強(qiáng)。并且可一次支護(hù)較長(zhǎng)地段，有效減少超前支護(hù)循環(huán)次數(shù)，加快施工進(jìn)度。缺點(diǎn)是需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備，施工作業(yè)面大，施工難度大，且施工費(fèi)用較高。并且一次施工距離較長(zhǎng)，不易根據(jù)圍巖實(shí)際情況調(diào)整支護(hù)方式，有時(shí)會(huì)造成浪費(fèi)。一般用于洞口的加固處理，以及較大規(guī)模塌方的處理。超前小導(dǎo)管的優(yōu)點(diǎn)是施工設(shè)備簡(jiǎn)單，施工難度小，并且可根據(jù)圍巖情況隨時(shí)調(diào)整支護(hù)方式，經(jīng)濟(jì)效益較高。缺點(diǎn)是鋼管較短，加固范圍較小，支護(hù)效果也比不上管棚。一般用于可能發(fā)生小規(guī)模塌方、變形的地段。

施工中應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況，參考監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，采取合適的支護(hù)方法，確保圍巖穩(wěn)定，施工安全。

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