長大管棚在黃土隧道淺埋段的施工技術(shù)

羅海順

摘 要：隨著我國隧道淺埋施工的不斷發(fā)展，其在施工過程中穩(wěn)定性較差，由其是在黃土隧道淺埋段施工存在容易坍塌冒頂?shù)陌踩[患，為了確保隧道淺埋段的施工安全，該文結(jié)合蘭合鐵路黃家?guī)X隧道淺埋段施工介紹長大管棚在黃土隧道淺埋段的施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：管棚 黃土隧道 施工技術(shù)

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0059-02

1 工程概況

黃家?guī)X隧道為蘭州至合作鐵路控制性工程，隧道全長5 881 m，位于黃土梁峁區(qū)，工程地質(zhì)以砂質(zhì)黃土和泥巖為主，最大埋深約403 m，最小埋深2 m，為單線Ⅰ級電氣化鐵路。其中DK53+943處為一深切“V”字型沖溝，溝心縱坡大，沖刷嚴重，節(jié)理較發(fā)育，溝心距離隧道拱頂1.6 m；DK53+985處發(fā)育一黃土陷穴，呈“豎井狀”，直徑約4～5 m，深13.5 m，底部距離隧道拱頂約2 m。DK54+000～DK53+934段隧道埋深2～17 m，圍巖主要以濕陷性黃土為主，穩(wěn)定性差，隧道施工風險較高，因此，采用長管棚超前支護穿越該淺埋段。

2 管棚參數(shù)

（1）導向管規(guī)格：無縫鋼管φ114 mm，壁厚6 mm，長度為145 cm；（2）管棚規(guī)格：管棚長度30 m，無縫鋼管φ89 mm，壁厚6 mm，每環(huán)設18根。節(jié)長2 m、3 m，鋼管間采用長30 cm的全絲扣無縫鋼管連接；（3）鋼筋籠：鋼筋籠采用φ18螺紋鋼和φ32螺紋鋼固定環(huán)焊接，固定環(huán)設置間距為1.5 m；（4）管距：鋼管環(huán)向間距40 cm；（5）傾角：外插角為5°；（6）注漿材料：1∶1水泥漿液，水泥采用P.O42.5；（7）設置范圍：隧道拱部120°范圍內(nèi)。

3 工藝流程

工藝流程見圖管棚施工工藝流程圖：施工準備—管棚工作室施做—施做套拱—搭鉆機平臺—（管棚加工）鉆機就位及鉆孔—跟管鉆孔，安裝鋼筋籠—綜合檢查驗收—噴射混凝土封閉工作—連接注漿管路，調(diào)—管棚注漿（漿液制備）—封堵注漿孔—管棚驗收。

4 管棚施工工藝

4.1 管棚工作室

隧道洞內(nèi)掘進在接近管棚施做地點前逐漸擴大到洞內(nèi)斷面，施做管棚工作室，管棚工作室應綜合考慮管外插角、管棚機型號、施做斷面前后支護情況及施工可操作性。黃家?guī)X隧道管棚操作作業(yè)面長度設置為6 m，隧道斷面擴大50 cm。為了保證鉆機移動的靈活性及管棚的頂進，斷面前方預留6 m×0.5 m環(huán)向管棚操作室。

4.2 施做套拱

套拱作為管棚導向墻，在管棚工作室內(nèi)掌子面附近施作。套拱采用C25混凝土，厚度100 cm。

套拱內(nèi)埋設3榀I16工字鋼鋼架，鋼架間距為30 cm，鋼架間采用φ22鋼筋縱向焊接，間距0.5 m。

每榀鋼架徑向打設雙鎖腳，與鋼架焊接牢固。同時安裝導向管，角度設置為5°，通過調(diào)整鋼拱架外輪廓來控制外插角。導向管采用φ114鋼管與鋼架外緣及固定鋼筋焊接，焊接長度大于5 d。套拱內(nèi)外均鋪掛φ8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm，以增強套拱的整體穩(wěn)定性。

4.3 搭設鉆機平臺安裝鉆機

（1）鉆機平臺采用鋼管腳手架搭設，腳手架要支撐于穩(wěn)定的地基上并墊木板。腳手架連接要牢固穩(wěn)定，防止在鉆孔時鉆機產(chǎn)生不均勻沉降、擺動、位移而影響鉆孔質(zhì)量。（2）鉆機平臺頂面采用厚度不小于30 cm的木板鋪設，搭接要留有余量。平臺邊緣要設置安全防護圍欄。（3）鉆機角度調(diào)節(jié)采用數(shù)顯角度儀控制。鉆機就位后，鉆進主軸對準孔位，保證鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

4.4 鉆孔

（1）管棚鉆頭直徑為φ102 mm，管棚和鉆頭連接在一起。自拱頂向拱腰對稱間隔依次鉆孔。（2）鉆機開鉆時，低速運轉(zhuǎn)，待成孔2～3 m后，根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整轉(zhuǎn)速及風壓。（3）鉆進過程中利用數(shù)顯角度儀測定其位置，并根據(jù)鉆機鉆進的狀態(tài)判斷成孔質(zhì)量，及時進行糾偏處理。（4）每節(jié)管棚跟進至尾部時連接下一節(jié)管棚，直至一次性鉆至設計深度。鋼管接頭應錯開，同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)量不大于50%，相鄰鋼管接頭錯開至少1 m。（5）鉆機鉆進過程中冷卻液采用較環(huán)保的水冷卻，避免施工過程粉塵超標。冷卻水使用要適量，防止浸泡引起黃土濕陷坍塌。施工污水集中抽排出洞外。（6）認真做好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質(zhì)判斷、描述，作為開挖洞身的地質(zhì)預探預報及指導洞身開挖的依據(jù)。

4.5 安裝鋼筋籠

（1）每根管棚跟進至設計深度后，及時安裝鋼筋籠。（2）鋼筋籠分段長度為5 m、7 m等不同的長度，錯開鋼筋籠接頭。每節(jié)鋼筋籠4個鋼筋接頭也要錯開一定長度，焊接時長短對齊連接。（3）鋼筋籠利用鉆機頂進，每節(jié)鋼筋籠頂進至剩余1 m左右時進行接長，直至達到設計深度。

4.6 封閉掌子面

管棚安裝完畢后，對開挖工作面、拱圈及孔口管周圍巖面掛網(wǎng)噴射5 cm厚的C25混凝土，以防止管棚注漿時掌子面裂隙跑漿，影響注漿效果。

4.7 管棚注漿

（1）安裝止?jié){閥，將注漿機的管路與管棚進漿孔連接，管路連接好后進行壓水試驗，以檢查止?jié){效果和注漿管路是否有跑水、滲水現(xiàn)象。（2）漿液采用1 m3全自動拌和機進行拌制，水泥漿水灰比為1：1；材料用量為水泥750kg、水750 kg，水泥采用P.O42.5水泥。（3）利用注漿機將漿液注入管棚鋼管內(nèi)。注漿采用奇偶數(shù)管棚間隔注漿，自拱腰至拱頂、由左至右的順序依次進行。（4）注漿壓力確定初壓為0.5-1.0 MPa，終壓為2.0 MPa。注漿時密切監(jiān)視壓力變化，如壓力達到2.0 MPa并持續(xù)穩(wěn)定恒壓15 min后結(jié)束注漿。（5）注漿完成后關(guān)閉止?jié){筏，封堵注漿孔。（6）注漿過程應認真做好記錄，以便分析解決施工中出現(xiàn)的問題。

5 管棚施工控制要點

（1）施工準備。施做套拱前對導向管安設要精確測定，保證導向管平面位置、傾角、外插角方向、方位的準確，并對每個管孔進行編號。（2）管棚傾角的確定。管棚鉆孔外插角應根據(jù)圍巖等級及地質(zhì)情況確定，鉆孔仰角的確定應視鉆孔深度及鉆桿強度確定。（3）安裝校驗。（4）施工過程控制。施工過程中要經(jīng)常監(jiān)測管孔的傾斜度，發(fā)現(xiàn)偏差超限的及時糾正，至終孔仍超限者應拔出鋼管并封孔，原位重鉆。（5）監(jiān)控量測。（6）漿液配置。漿液配置要嚴格計量，保證漿液流動度、凝固時間、強度發(fā)展均符合設計要求。（7）施工安全。施工過程中，電工及測試、技術(shù)人員必須跟班作業(yè)，保證作業(yè)面照明及用電安全，通風良好。（8）強度試驗。管棚注漿時做同條件養(yǎng)護試件，以檢測注漿強度發(fā)展情況，注漿強度達到設計值得90%以上方可進行隧道掘進作業(yè)。

6 結(jié)語

隧道淺埋段施工安全風險高，尤其是黃土隧道淺埋段施工風險更高。在黃家?guī)X隧道淺埋段施工前，我們邀請國內(nèi)隧道專家組成專家組現(xiàn)場研究，制定了切實可行的施工專項方案，加強了施工前的超前地質(zhì)預報和施工過程的監(jiān)控量測，嚴格隧道施工過程控制，確保了隧道淺埋段的施工安全。黃土隧道淺埋段采用長管棚跟管頂進施工，克服了黃土地段管棚鉆孔容易堵塞孔口或塌孔等施工難題；管棚鋼管內(nèi)增設鋼筋籠，增強了管棚的強度和剛度，為黃土隧道淺埋段施工提供了安全保障。

參考文獻

[1] 鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院.TZ231-2007 鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業(yè)指南[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

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