無工作室管棚施工技術(shù)在某淺埋隧洞的應(yīng)用

(遼寧省水利廳， 沈陽 110003)

無工作室管棚施工技術(shù)在某淺埋隧洞的應(yīng)用

趙福成

(遼寧省水利廳， 沈陽 110003)

隨著地下工程的發(fā)展，作為超前支護形式中的管棚施工技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過對某淺埋隧洞無工作室管棚施工技術(shù)的介紹，闡述了該工藝的技術(shù)要點，同時論證了其相對于常規(guī)管棚施工的安全可靠性、技術(shù)可行性及經(jīng)濟合理性，為其他類似工程提供了借鑒。

地下工程； 支護； 無工作室； 管棚

1 工程概況

該段隧洞為淺埋隧洞，洞頂埋深14～24m，上覆巖層厚約6～16m，其巖性以弱風化～強風化凝灰?guī)r為主，巖石強度低，為較軟巖；節(jié)理較發(fā)育，多微張，節(jié)理面多平直光滑，一般無充填，局部泥質(zhì)膠結(jié)；巖體較破碎，完整性差；巖體弱透水，地下水多呈流線狀態(tài)；洞室圍巖類別以Ⅴ類為主。洞室斷面形式為馬蹄形，尺寸為：9.38m×8.21m(高×寬)。初期支護形式為：系統(tǒng)型鋼支撐HW150，間距600mm；φ25系統(tǒng)錨桿，長4m，間距1000mm×600mm；系統(tǒng)鋼筋網(wǎng)φ8@150×150；噴射混凝土C30，厚度200mm；超前支護為：超前小導管φ42@300，長3.5m；管棚φ76@400，長25m。

2 無工作室管棚施工技術(shù)原理

無工作室管棚是對常規(guī)管棚施工的一種優(yōu)化，即在隧洞設(shè)計開挖輪廓線外擴挖40cm，長1.8m，留作管棚推進器工作空間。在初支內(nèi)側(cè)40cm處，按規(guī)范采用最大外插角(3°)開孔，并進行管棚孔鉆設(shè)。鉆孔完成后將管棚與鉆桿連接逐節(jié)推進入孔內(nèi)，對于管棚侵限初期支護部位，采用管棚推進器將管棚推進至隧道開挖輪廓線外，侵限位置利用前一循環(huán)管棚形成有效搭接。見下頁圖1。

圖1 無工作室管棚示意圖單位：mm

3 無工作室管棚施工

3.1 施工參數(shù)

管棚采用外徑φ76無縫鋼管，壁厚6mm，加工節(jié)長4～6m，全長25m，外插角3°，縱向搭接3m，環(huán)向間距40cm，拱部180°范圍布置，共計36根。管身四周鉆設(shè)φ8mm溢漿孔，梅花形布設(shè)，孔間距20～30cm，每根管棚鋼管末端2m范圍不開孔，鋼管前端加工成椎形尖端并封閉，便于管棚安設(shè)。接頭處采用長度為50cm的φ60鋼管焊接連接作為內(nèi)套管，保證鋼管間的連接強度。其布置斷面圖見圖2。管棚推進器工作空間根據(jù)使用鉆機參數(shù)確定，該段洞室外擴40cm，長1.8m；侵限區(qū)即空管鉆進區(qū)長度L=0.2/sin3°=3.8m，因此25m管棚鉆進孔深為28.8m。

圖2 無工作室管棚布置斷面

3.2 施工工藝

施工工藝流程見圖3。

圖3 施工工藝流程

3.3 施工方法

3.3.1 止?jié){墻施工

為防止掌子面冒漿，同時提高掌子面平整度，便于管棚鉆孔，在掌子面處施做C20混凝土止?jié){墻，厚0.6m，采用立模板現(xiàn)澆混凝土，分層澆筑成型。

3.3.2 孔口管安裝

由測量組按環(huán)向40cm間距布置，(拱頂各分中90°范圍)標識出起鉆位置。鉆機調(diào)整位置及角度后，間隔跳孔慢慢鉆進1.2m，然后退出，開始安裝φ100孔口管，將其慢慢頂進。在孔口管距法蘭盤端部30cm、60cm處纏繞棉紗兩道，將錨固劑放入孔內(nèi)，再將孔口管頂入孔內(nèi)，使錨固劑與管壁四周間隙塞緊，防止露漿。

3.3.3 管棚孔鉆設(shè)

采用φ90鉆頭進行管棚一次性鉆孔。鉆機就位后，先調(diào)整好機身及鉆桿角度，然后把鉆桿沿著孔口管伸進去進行鉆孔。引孔鉆設(shè)完成后采用高壓風水混合對管棚孔進行洗孔清洗。為防止相鄰鉆孔間注漿時竄漿，可跳孔鉆設(shè)引孔。

3.3.4 預注漿堵水

針對出水量大的孔，進行預注漿堵水。采用法蘭盤作為止?jié){塞，進行全孔一次性注漿。漿液采用純水泥漿，水灰比0.8∶1～1∶1，注漿終壓控制在1MPa。注漿參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場注漿效果進行調(diào)整。

3.3.5 管棚安裝頂進

采用內(nèi)套管焊接頂進工藝，每鉆完一孔，即頂進管棚鋼管；對進行過預注漿的孔位，掃孔完成后須進行管棚頂進。同一斷面上鋼管接頭量不超過50%，相鄰鋼管相錯距離不小于1m。對最后一節(jié)管棚鋼管末端加工成十字凹榫，并利用安裝在鉆桿上、與管棚直徑相同且與凹榫相吻合的頂進器，通過鉆機推力頂進孔內(nèi)，直至到達開挖輪廓線以外。

3.3.6 管棚注漿

注漿需跳孔間隔進行，首先施作奇數(shù)鋼花管并注漿，然后打設(shè)偶數(shù)鋼花管，同時檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。將鋼管頂進至設(shè)計深度，尾部露出巖體15cm，以便注漿施工。將止?jié){塞套于鋼管上，塞入孔中，采用KBY-50/70型注漿機進行注漿，注漿壓力0.5～1MPa。注漿水泥漿液比為0.8∶1～1∶1(重量比)，水灰比由試驗室根據(jù)現(xiàn)場實際需要調(diào)整。

單孔注漿采用定壓與定量雙控制標準。定壓標準：注漿終壓為0.6～1.0MPa，拱頂位置采用較低注漿壓力，下部及中部位置采用較高壓力，進漿速度為開始進漿速度的1/4時即達到設(shè)計壓力。定量標準：注漿量根據(jù)類似地層空隙率，每米注漿量控制在0.2～0.6m3，當注漿量達到設(shè)計注漿量壓力仍然不上升時，可調(diào)整漿液配比，縮短凝膠時間從而使壓力達到設(shè)計壓力。

4 無工作室管棚與常規(guī)管棚對比分析

與常規(guī)管棚工作室相比，無工作室管棚施工有如下優(yōu)點：

4.1 安全性

常規(guī)的管棚工作室斷面大，要在原來的斷面基礎(chǔ)上擴挖0.8m，長度達到10m左右，對于目前破碎圍巖條件下，斷面突變處(擴挖、挑頂)極易引起受力不均，對節(jié)理發(fā)育的軟弱圍巖造成擾動，威脅施工安全；同時工作室段襯砌厚度需增加80cm，在混凝土自重影響條件下，對二襯模板臺車剛度要求較高，存在較大安全隱患。而無工作室管棚施工，斷面變化不大，安全質(zhì)量能夠得到充分保障。

4.2 經(jīng)濟性

常規(guī)管棚工作室擴挖，導致開挖石方量增加，初期支護工程量增大，二襯混凝土用量增加，相應(yīng)地在施工過程中人工費也有所增加，最終使工程成本增加。針對該段淺埋隧洞相應(yīng)設(shè)計參數(shù)，兩種方案每延米工程量對比情況詳見下表。

兩種方案工程量對比表

4.3 技術(shù)方面

a.斷面轉(zhuǎn)換較小，施工方便靈活，滿足不良地質(zhì)條件下隧洞管棚快速施工的技術(shù)要求。

b.利用管棚推進器，將管棚末端推進至開挖輪廓線外，解決了隧洞開挖施工過程中鋼管棚的切割問題。

c.管棚施工參數(shù)滿足設(shè)計要求，外插角控制在3°，較好地起到超前支護效果。

5 結(jié) 語

隨著地下工程的不斷發(fā)展，管棚施工技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用，而無工作室管棚施工技術(shù)工藝簡單、操作方便靈活，尤其在安全性和經(jīng)濟性上比常規(guī)管棚施工占有絕對優(yōu)勢，它在本文淺埋隧洞超前支護中得到了較好的應(yīng)用，同時也為其他類似工程提供了借鑒經(jīng)驗。

[1] 柳長奔，張樹．無工作室管棚技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]．現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010(3).

[2] 柳長奔．齊岳山隧道無工作室管棚施工技術(shù)及應(yīng)用[J]．山西建筑，2010(3).

ApplicationofPipeShedConstructionTechniqueWithoutStudioinaShallowTunnelProject

ZHAO Fu-cheng

(Liaoning Provincial Water Resources Department, Shenyang 110003, China)

Pipe shed construction technique, as advance support form, is also widely applied with the development of underground project. In the paper, pipe shed construction technique without studio in a shallow tunnel is introduced, technical features of the process are described. Meanwhile, safety reliability, technical feasibility and economic reasonableness of the technique are demonstrated compared with conventional pipe shed construction, thereby providing reference for other similar projects.

underground project; support; without studio; pipe shed

TV52

A

1005-4774(2014)11-0007-03