隧洞鎖口段超前小鋼管施工

張 冰

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

隧洞鎖口段超前小鋼管施工

張 冰

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

介紹了隧洞工程中超前小鋼管在支洞鎖口段施工過程中的應(yīng)用，并對超前支護(hù)方式的選擇、超前小鋼管施工技術(shù)要點(diǎn)、鎖口段進(jìn)洞施工方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

隧洞；超前小鋼管；鎖口段；施工技術(shù)；進(jìn)洞

1 工程概況

某供水工程位于遼寧省北票市境內(nèi)，支洞長度為1 355 m，支洞斷面為圓拱直墻型，鎖口段（即支洞前20 m），開挖斷面尺寸為6.3 m寬，6.16 m高，成洞斷面尺寸均為6 m寬，6 m高，開挖斷面面積為34.66 m2，開挖坡度13.71%。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)開挖揭露情況，上覆坡積碎石土，呈稍密-中密狀態(tài)，灰黑色，厚1.0～1.5 m；其下為侏羅系中統(tǒng)髫髻山組火山角礫巖，火山角礫結(jié)構(gòu)為塊狀構(gòu)造，成分主要為火山碎屑等，含少量長石和石英晶屑，有部分碳化現(xiàn)象。該巖體在頂部1～4 m為全風(fēng)化，呈灰褐紅色疏松狀軟巖，手可揉碎，強(qiáng)度很低，不能自穩(wěn)；其下為強(qiáng)風(fēng)化，呈紫紅色，組織結(jié)構(gòu)基本破壞，為Ⅴ類圍巖。

根據(jù)揭露的地質(zhì)圍巖情況，洞口開挖均采用YT28手風(fēng)鉆鉆孔。由于隧洞斷面中等，且圍巖質(zhì)量較好，采用全斷面開挖法施工。

3 鎖口段超前支護(hù)選擇方式

3.1 超前支護(hù)形式

根據(jù)工程實(shí)際情況，可選擇的超前施工方式有以下幾種：超前錨桿、超前小鋼管、超前注漿小導(dǎo)管（注漿）等幾種支護(hù)方式。

3.2 超前支護(hù)的比選

超前錨桿，施工方便，錨桿本身材質(zhì)用HRB400的Φ25鋼筋制作，有一定的韌性。但其剛度相比較超前小鋼管要弱。

超前注漿小導(dǎo)管一般采用Φ42熱軋無縫鋼管制作，導(dǎo)管前端加工成圓錐形，并封焊嚴(yán)實(shí)，管身設(shè)溢漿孔，按梅花形排列，后端1 m范圍不設(shè)溢漿孔，管尾設(shè)一加固環(huán)。超前小導(dǎo)管雖然剛度比較好，但其需要灌漿，施工工藝相比較小鋼管繁瑣。

超前小鋼管采用Φ32鋼管，壁厚3.5 mm。優(yōu)點(diǎn)：比超前錨桿有剛度，比超前注漿小導(dǎo)管操作簡單。

3.3 比選結(jié)果

根據(jù)工程圍巖實(shí)際開挖情況，選用直徑Φ32 mm超前小鋼管（小鋼管壁厚3.5 mm，頂部切割成尖錐狀）的超前支護(hù)方式。鎖口段超前小鋼管支護(hù)方式見圖1、圖2。

圖1 鎖口段超前小鋼管支護(hù)示意圖

圖2 鎖口段超前支護(hù)斷面圖

4 超前小鋼管施工技術(shù)要點(diǎn)

1）小鋼管選用熱軋鋼管，小鋼管外插角偏差不超過+5°。

2）孔位鉆設(shè)偏差不超過100 mm。

3）巖質(zhì)較好的可以一次成孔；鉆進(jìn)時產(chǎn)生坍孔、卡鉆，需再鉆進(jìn)。

4）嚴(yán)格控制鉆孔平面位置，位置不得侵入隧洞開挖線內(nèi)，相鄰的小鋼管不得相撞和立交。

5）經(jīng)常量測孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應(yīng)封孔，原位重鉆。掌握好開鉆與正常鉆進(jìn)的壓力和速度，防止斷桿。

6）孔眼長應(yīng)大于小鋼管長度；清孔后插入小鋼管，而后錘擊將小鋼管擊入孔內(nèi)，鋼管插入長度不應(yīng)小于管長的90%。

7）鋼管及錨桿的材質(zhì)、型號和規(guī)格等應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

8）小鋼管之間的搭接長度不得小于1 m，小鋼管應(yīng)同鋼拱架配合使用。

5 施工方法

5.1 洞口明挖及邊坡支護(hù)施工

按照盡量減少植被破壞，縮小洞口明挖范圍的原則，結(jié)合洞口現(xiàn)場實(shí)際情況，保證洞頂覆蓋層厚度滿足安全進(jìn)洞條件，洞口段按照1∶0.75的坡比進(jìn)行放坡開挖，開挖采用挖掘機(jī)自上而下分層的方式進(jìn)行施工，按揭露的圍巖判斷，此坡比可滿足進(jìn)洞要求。

防止地表水滲入開挖面影響明洞邊坡和成洞面及仰坡的穩(wěn)定，同時為保證坡體穩(wěn)定，在進(jìn)行開挖的過程中，邊仰坡防護(hù)與邊仰坡開挖同時進(jìn)行，進(jìn)洞口邊仰坡按設(shè)計(jì)打錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土防護(hù)。具體做法：進(jìn)洞口邊仰坡面支護(hù)采用掛網(wǎng)錨噴的方法施工，首先在已清理好的坡面上鉆孔施工Φ22藥卷式錨桿，錨桿按梅花型布設(shè)，錨桿間距為1 m×1 m，錨桿長度長2.5m；然后掛Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm×20 cm，錨桿頭采用外露12 cm的絲扣，可用墊板上緊，鋼筋網(wǎng)和錨桿采用焊接連接，最后濕噴10 cm厚C30W10混凝土。

5.2 超前支護(hù)施工流程

進(jìn)洞口邊仰坡施工完畢后可采用在進(jìn)洞口仰坡采用超前支護(hù)進(jìn)行成洞面加固。明洞襯砌在鎖口段石方開挖一定距離后進(jìn)行。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，洞口段為V類淺埋圍巖，圍巖穩(wěn)定性相對較好，在進(jìn)洞時洞口防護(hù)采超前小鋼管，可穩(wěn)定住洞口。

超前支護(hù)施工流程如下，超前支護(hù)在開挖前進(jìn)行。超前支護(hù)的順序?yàn)椋撼爸ёo(hù)→開挖→型鋼支撐安裝→先初噴混凝土→鋼筋網(wǎng)→錨桿→噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

5.3 超前支護(hù)施工參數(shù)

洞口鎖口段開挖輪廓線以外起拱線以上范圍內(nèi)，洞口進(jìn)洞時采用雙層超前Φ32，L=3 000 mm超前小鋼管，進(jìn)洞后采用單層超前Φ32，L=3 000 mm超前小鋼管進(jìn)行支護(hù)鎖口。由于小鋼管搭接長度不小于1 m，每榀拱架間距0.525 m，因此，每3榀鋼拱架支護(hù)一次超前小鋼管。支護(hù)范圍為頂拱部位，施工中，采用手風(fēng)鉆鉆孔，孔位鉆設(shè)偏差不超過10 cm，Φ32的超前小鋼管布置參數(shù)為：與洞軸線外插角10°～15°，環(huán)向間距50 cm，雙層小鋼管縱向間距30 cm，小鋼管在加工廠內(nèi)集中制作，管身應(yīng)平直，尾部焊箍，頂部加工成尖錐狀。洞內(nèi)鎖口段施工采用單層小鋼管施工，施工參數(shù)同洞口段一致。

5.4 鎖口段施工

5.4.1 鎖口段明洞施工

為確保洞口段施工安全，洞外鎖口段采用8榀I12型鋼鋼架，間距52.5 cm形成長4.5 m明洞進(jìn)行施工。鋼架外緣鋪設(shè)6 mm鋼板進(jìn)行全周防護(hù)，型鋼支撐與鋼板的連接采用雙面焊接，錨桿、超前支護(hù)與型鋼支撐焊接牢固。鋼板內(nèi)鋪設(shè)Φ8鋼筋網(wǎng)，間距15 cm×15 cm，噴射C30W10混凝土10 cm；鋼架間距52.5 cm；鋼架間采用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距1 m，以提高其穩(wěn)定性。

5.4.2 鎖口段洞內(nèi)施工

鎖口段采用全斷面法進(jìn)行開挖，開挖進(jìn)尺控制在52.5 cm，開挖后及時噴射厚5 cm的C30W10混凝土作為臨時支護(hù)，然后再進(jìn)行初期支護(hù)，初期支護(hù)采用I12型鋼鋼架，縱向間距52.5 cm，聯(lián)合錨桿網(wǎng)片噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。鋼架間采用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距1.0 m。鋼架外緣全周鋪設(shè)Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為15cm×15cm，每榀鋼架鎖腳錨桿4根，每根長度2.0 m，外插角度60°；拱部徑向錨桿根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)行角度調(diào)整，角度不得小于70°，間距不變。

6 鎖口段施工其他施工要點(diǎn)

錨桿的方向、深度和間距，孔位偏差不大于100 mm；鉆完孔后，用高壓風(fēng)吹凈孔內(nèi)巖屑，并檢查鉆孔深度，孔深偏差不大于50 mm；將錨桿體送入孔內(nèi)，直達(dá)孔底，并注意轉(zhuǎn)動桿體，錨桿尾部留10 cm絲扣頭，以便安裝墊板并同鋼支撐焊接。

2）錨桿的錨固采用卷式錨固劑，初凝時間為4～7 min，終凝為 7～11 min，可使 2 m 長錨桿體在 0.5～1 h，具有50 kN以上的錨固力，凝固時間可以根據(jù)要求調(diào)節(jié)。錨桿施工完成后，24 h內(nèi)嚴(yán)禁敲擊、碰撞、拉拔錨桿和懸掛重物。

3）當(dāng)藥卷式錨桿達(dá)到一定錨固強(qiáng)度后，可進(jìn)行鋼筋網(wǎng)掛設(shè)。施工中，人工將提前焊接好的1.2 m×1.5 m的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行搭接，并與錨桿焊接牢固，形成整體。

4）型鋼支撐在洞外分四段加工，再由自卸車運(yùn)至洞內(nèi)進(jìn)行安裝。由人工抬到掌子面上，進(jìn)行拱架安裝，型鋼支撐之間采用Φ22連接筋連接，其環(huán)向間距控制在2 m左右，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與鋼支撐連接牢固。

5）在噴射混凝土作業(yè)中噴槍距離開挖面的距離應(yīng)為0.6～1.0 m，速凝劑通過調(diào)節(jié)速凝劑泵的轉(zhuǎn)速采取噴槍孔口加入的方式配料。噴射混凝土按設(shè)計(jì)要求噴射混凝土厚度為100 mm，可分兩次噴完。噴射機(jī)安裝調(diào)試完成后，分片依次噴射混凝土噴射順序自上而下，對巖面不平整部位，先凹后凸面找平，一次噴射厚度為50 mm；鋼筋網(wǎng)的安裝應(yīng)在第一層噴射完成后布設(shè)，再進(jìn)行第二層噴射，后一層應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1 h后再行噴射，為保證層間結(jié)合良好，應(yīng)再用風(fēng)水清洗噴混凝土表面；噴射作業(yè)應(yīng)緊跟開挖工作面，混凝土終凝至下一循環(huán)放炮時間應(yīng)不少于3 h。噴射混凝土的回彈率控制：洞室拱部不應(yīng)大于25%，邊墻不應(yīng)大于15%；冬季施工噴射作業(yè)區(qū)的氣溫不應(yīng)低于+5℃，噴射混凝土終凝2 h后應(yīng)開始噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14 d，作業(yè)區(qū)氣溫低于+5℃時不得噴水養(yǎng)護(hù)。

7 結(jié)論

通過對該工程洞口鎖口段采用超前小鋼管技術(shù)，配合鋼拱架、錨桿等措施，順利通過了鎖口段工程的施工，并保證了施工安全、質(zhì)量。實(shí)踐證明，在地質(zhì)圍巖情況不算太差的情況下，超前小鋼管支護(hù)法是有效、安全和可靠的。對以后類似地質(zhì)條件的施工也是很好的借鑒。

1）施鉆錨孔前根據(jù)設(shè)計(jì)要求定出孔位，鉆孔保證

Constructing Advanced Small Steel Pipes in the Lock Section of a Tunnel

ZHANG Bing

The paper introdues the application of advanced small steel pipes in the process to construct the lock section of an access tunnel，and details the selection of the advanced support mode，the main technical points of constructing advanced small steel pipes and the construction method of going into the lock section of the access tunnel.

tunnel；advanced small steel pipe；lock section；construction technique；going into the access tunnel

U455

B

2017-04-26

2017-05-07

張 冰（1986-），男，2011年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)土木工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事水利水電工程施工。

1006-8139（2017）03-042-03