圍巖隧道超前支護(hù)施工技術(shù)

王天財

摘要：經(jīng)過近幾年來的不斷發(fā)展和實(shí)踐，隧道超前支護(hù)作為一項(xiàng)保證隧道開挖安全、保護(hù)地面建筑以及控制地表沉降等的技術(shù)越來越受到重視，其應(yīng)用也越來越廣泛。一些隧道需要穿越特殊的地質(zhì)。目前管棚超前支護(hù)技術(shù)已經(jīng)在隧道工程中得到廣泛的應(yīng)用。文章簡單介紹了管棚支護(hù)技術(shù)的原理，論述了管棚超前支護(hù)的設(shè)計方法和施工技術(shù)以及超前管棚支護(hù)技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：隧道;管棚;超前支護(hù)

前 ?言

隨著隧道超前支護(hù)施工的不斷發(fā)展，新工藝、新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，極大的提高了地下工程的施工安全和施工效率。在特殊地質(zhì)、地段，如極其破碎的巖體、塌方體、巖錐地段、砂土質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹地層、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育巖體、斷裂破碎帶、淺埋大偏壓等圍巖，采用管棚預(yù)支護(hù)并輔以注漿能取得較好的效果;在流塑狀巖體或巖溶嚴(yán)重流泥地段，采用管棚與圍巖預(yù)注漿相結(jié)合的手段更是行之有效的方法。

一、管棚支護(hù)技術(shù)的原理

1.梁拱效應(yīng)

隧道管棚的鋼管前段要滲入到圍巖結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，鋼管的后端和砂漿錨桿裸露在外面的部分演焊接在一起，形成一個縱向的支撐梁結(jié)構(gòu)。管棚與拱架形成環(huán)向的拱形結(jié)構(gòu)，并且能夠起到承受荷載的作用。在管棚鋼管內(nèi)部注入水泥砂漿，對圍巖進(jìn)行充分的加固。這樣就形成了圍繞隧道形狀的筒狀結(jié)構(gòu)，有效的避免了圍巖的塌方現(xiàn)象。

2.環(huán)槽效應(yīng)

隧道管棚的超前支護(hù)技術(shù)是沿著隧道的輪廓鉆孔形成密集的孔槽，所以在進(jìn)行爆破的時候產(chǎn)生的爆炸沖擊波和產(chǎn)生的熱浪氣體會被這一部分環(huán)形的孔槽反反復(fù)復(fù)的進(jìn)行反射和吸收。這就在很大的程度上降低了這一部分爆破沖擊波對圍巖結(jié)構(gòu)的破壞程度。按照常規(guī)的爆炸聲波對圍巖結(jié)構(gòu)的破壞程度來說，一般會導(dǎo)致在厚度0.5-4m范圍內(nèi)的巖體產(chǎn)生松動。但是如果合理進(jìn)行光盤鋼管位置的布置的話，可以很大程度上消除爆炸沖擊波的影響。

3.強(qiáng)化巖體效應(yīng)

在鉆孔之后及時的插入鋼管，通過在鋼管內(nèi)部注入水泥砂漿，可以起到很好的加固圍巖的作用。圍巖內(nèi)部的一些空隙和裂縫通過滲入的砂漿能有一個很好的愈合。這就在很大程度上提高了圍巖結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和彈性恢復(fù)能力。

二、管棚超前支護(hù)的設(shè)計方法

1.管棚形狀

管棚是沿隧道開挖輪廓外周的一部分或全部，以一定間隔排列而成的棚架體系。管棚的配置和形狀決定于地形、地層的性質(zhì)及地表或地中結(jié)構(gòu)物的位置關(guān)系等。一般采用如下形狀：1）扇形配置：用于隧道斷面內(nèi)地層比較穩(wěn)定，但拱部附近的地層不穩(wěn)定的場合。2）半圓形配置：用于隧道下半部地層是穩(wěn)定的，但起拱線以上的地層不穩(wěn)定的場合。另外，當(dāng)?shù)乇碛薪ㄖ铮裆詈苄r也多采用此種布置形式。3）門形配置：用于隧道基礎(chǔ)是穩(wěn)定的，但斷面內(nèi)地層及上部地層不穩(wěn)定的場合。4）全周形配置：用于軟弱地層或膨脹性、擠出性圍巖等極差的場合。5）上半單側(cè)配置：隧道一側(cè)有公路、鐵路、重要結(jié)構(gòu)物需要防護(hù)，或者隧道位于斜坡地層中形成偏壓時采用。6）上半雙排配置：用于隧道上部有重要設(shè)施，或拱部地層是崩塌性、不穩(wěn)定性的地層，或地鐵車站等大斷面隧道施工，或突破河海底段施工等場合。7）一字形配置：在鐵路、公路或結(jié)構(gòu)物下方施工時采用。

2.管棚設(shè)計參數(shù)

管棚設(shè)計宜根據(jù)地質(zhì)情況及施工條件參照下列要求進(jìn)行：1）管棚棚管采用熱軋無縫鋼管，鋼管導(dǎo)向端做成尖形，承壓端焊上鋼箍，管口預(yù)留止?jié){段，注漿孔沿孔壁呈梅花形布置。2）兩根相鄰管棚接縫應(yīng)在垂直面上錯開一定距離，全部管棚的接縫應(yīng)交錯布置。3）鋼管直徑選用80-180mm，鋼管中心間距為30-50cm。4）鋼管長度一般為10-45m，當(dāng)采用分段連接時采用4-6m，鋼管采用絲扣連接方式，絲扣長度>15cm。

3.注漿參數(shù)

1）注漿多采用水灰比1：1單液水泥漿，在早期強(qiáng)度要求較高時可采用雙液漿。2）注漿壓力：0.2-2MPa。3）止?jié){墻根據(jù)圍巖條件確定，可采用10-20cm厚噴混凝土或20-50cm厚混凝土封閉。4）注漿前先進(jìn)行注漿現(xiàn)場試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況確定合理注漿參數(shù)。

三、管棚支護(hù)的施工技術(shù)

1）管棚工作室施工和導(dǎo)向架架立。2）搭鉆孔平臺。鉆孔操作平臺可用枕木或鋼管腳手架搭設(shè)，搭設(shè)平臺應(yīng)一次性搭好。也可用鋼管腳手架、鋼筋等焊制一簡易作業(yè)臺車，從而避免了在每一循環(huán)管棚中都要搭設(shè)平臺，大大地縮短了作業(yè)循環(huán)時間。3）鉆孔作業(yè)。用選定的管棚鉆機(jī)沿預(yù)定方向鉆孔鉆孔。開始時選用低檔，待鉆到一定深度后，停送高壓水，退出后接鉆桿，繼續(xù)鉆進(jìn)。每鉆進(jìn)一定長度用儀器復(fù)核鉆孔的角度是否正確，以確保鉆孔方向。4）安裝管棚鋼花管。鉆孔成孔后應(yīng)及時清孔、驗(yàn)孔并及時安裝管棚鋼花管，防止坍孔。5）注槳。單液水泥漿可直接注入，水泥一水玻璃漿液利用三通管同時注入。水泥漿拌制均勻，并按比例注入水玻璃漿液。注漿過程中要隨時檢查孔口、鄰孔、其他坡面處有無串漿現(xiàn)象，如有串漿，立即停止注漿，采用棉絮及木楔、速凝水泥砂漿等進(jìn)行封堵，也可采用間歇式注漿封堵串漿口，直至不再串漿后繼續(xù)注漿。

四、超前管棚支護(hù)技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)

1.一般需要在管棚的起點(diǎn)處設(shè)置一個防止泥漿溢出的墻體，通常厚度要在30cm以上，同時這個墻體結(jié)構(gòu)也能夠起到很好的穩(wěn)定掌子面的作用。

2.要主要控制在進(jìn)行管棚支護(hù)過程中鉆頭的開挖工作面，要結(jié)合地質(zhì)情況和土質(zhì)情況有一定量的上抬，避免出現(xiàn)一位鉆桿過長導(dǎo)致其下垂和失去控制的現(xiàn)象發(fā)生。在鉆孔的過程中要及時的講鉆桿內(nèi)部的渣土清理干凈，防止這部雜物堵塞鉆孔。要根據(jù)地質(zhì)條件來決定是否進(jìn)行水泥砂漿的加注。對于下不出現(xiàn)沙層這種土質(zhì)極不穩(wěn)定的狀況。要及時加注水泥砂漿，來保證鉆孔能夠成型。鉆孔完成之后要跟進(jìn)進(jìn)行管棚鋼管的安置。防止出現(xiàn)鉆孔坍塌的現(xiàn)象。

3.相鄰的管棚鋼管之間要做好連接，連接的質(zhì)量一定要有保證。在一個斷面上的管棚鋼管的連接頭的數(shù)量最好不要超過鋼管數(shù)量的一半以上。這是為了保證在開挖的過程中減小鋼管脫節(jié)的幾率，如果鋼管發(fā)生脫節(jié)的話，很容易造成土體結(jié)構(gòu)的塌方。管棚鋼管盡量選用質(zhì)量好的無縫鋼管在鋼管開始位置要做成尖頭性狀，承受壓力的末端要焊接上鋼箍。在管口位置處要預(yù)先留下注漿孔，鋼管的紙漿也不能過些也不能太粗，最好在75-185mm之間。

五、結(jié)束語

當(dāng)隧道通過軟弱破碎的圍巖地段等狀況的時候，進(jìn)行隧道管棚的超前支護(hù)就顯得非常重要。做好隧道管棚的超前支護(hù)可以最大程度的保障施工的安全，能夠保證巖體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另外采用管棚超前支護(hù)技術(shù)不需要采用大型的施工設(shè)備，施工技術(shù)和工藝也比較簡單，能夠取得很明顯的使用效果。伴隨著交通事業(yè)的不斷向前發(fā)展，隧道管棚超前支護(hù)技術(shù)必將發(fā)揮出積極的作用。

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