公路隧道大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)分析

鄭和武

(廣西桂東高速公路有限公司，廣西 貴港 537300)

0 引言

在公路工程中，隧道工程是不可或缺的重要組成部分。在隧道施工中，為確保作業(yè)安全，需要在開挖的過程中，采取相應(yīng)的預(yù)支護(hù)技術(shù)，防止隧道出現(xiàn)坍塌。管棚支護(hù)能夠抑制隧道圍巖變形，可以增強圍巖的承受能力，有助于降低施工作業(yè)對圍巖的擾動程度，大幅度提升了隧道施工的安全性。正因如此，管棚超前支護(hù)技術(shù)在隧道工程施工中獲得了廣泛的應(yīng)用[1]。本文就公路隧道工程的大管棚超前支護(hù)技術(shù)進(jìn)行淺析。

1 工程概況

梧州至柳州公路人仔頂隧道位于廣西壯族自治區(qū)平南縣丹竹鎮(zhèn)家呂村至小汾村，全長1.25 km，隧道最大埋深約142.15 m；隧道設(shè)計縱坡為1.4%～2.30%。在進(jìn)出口的位置，設(shè)計采用大管棚超前支護(hù)技術(shù)對洞口進(jìn)行加固，管棚長40 m，管棚采用外徑φ108 mm、壁厚4.0 mm的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距為0.45 m。施工時鋼管沿隧道周邊以1°外插角打入圍巖，插入鋼筋籠，再以水泥-水玻璃漿液進(jìn)行注漿填充密實。本文重點對大管棚超前支護(hù)技術(shù)的施工要點進(jìn)行分析。

2 公路隧道大管棚超前支護(hù)技術(shù)

2.1 測量放線

套拱施工前先對隧道仰坡進(jìn)行封閉防水，并完成洞頂截水溝，只有做好相應(yīng)的排水、防水措施，保障洞口安全穩(wěn)定后方可進(jìn)行套拱施工。首先對線路中線和線路水平進(jìn)行復(fù)核，如洞口仰坡存在較大挖方工程量或者高仰坡，則及時會同設(shè)計代表進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，適當(dāng)調(diào)整隧道進(jìn)洞樁號，盡量滿足隧道“早進(jìn)洞”“晚出洞”的原則。其次在仰坡面上根據(jù)已測量確定的線路中心線控制樁的高程控制點，標(biāo)識出隧道外拱頂標(biāo)高、隧道中心線，并在仰坡面上畫出外拱弧。外拱弧根據(jù)暗洞開挖輪廓線確定具體尺寸，根據(jù)外拱弧進(jìn)行套拱立模。套拱內(nèi)外模高度要根據(jù)其里程要求進(jìn)行確定，且立模高度需考慮沉降量。

2.2 安裝工字鋼

在導(dǎo)向墻內(nèi)安設(shè)半徑為5.9 m、間距為0.5 m的工字鋼架，共4榀，用以增強管棚剛度。按照設(shè)計要求控制每榀工字鋼架中各節(jié)的弧度和尺寸，將連接板焊接到鋼架兩端，并用4套螺栓、螺母連接牢固每榀工字鋼架的各個單元，要求連接板與鋼架緊密貼合。在加工完工字鋼架之后，將其放在水泥地上試拼，控制好拼裝的誤差。周邊拼裝誤差不得超過±3 cm，平面曲翹應(yīng)≤2 cm；采用鋼筋環(huán)向連接每榀工字鋼架，工字鋼架間距1 m；將鋼筋焊接在鋼架上，提高鋼架的剛度。在安裝工字鋼架時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求的中線和水平位置架設(shè)鋼架，控制好垂直度、橫向高程的誤差，垂直度誤差應(yīng)≤±2°，高程誤差應(yīng)≤5 cm。在穩(wěn)固的地層上安裝工字鋼架，鋼架拱腳高度不得高于開挖底線15～20 cm；若開挖深度超出設(shè)計要求，則應(yīng)當(dāng)將混凝土墊塊或鋼板墊在拱腳處。應(yīng)保證混凝土灌注時全面覆蓋到鋼架上，要求保護(hù)層厚度必須>50 mm。在工字鋼架安裝時，要求其底部混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)≥25 cm，也就是鋼架底部與內(nèi)模頂面之間要保持至少25 cm的距離。

2.3 埋設(shè)導(dǎo)向管

導(dǎo)向管在工字鋼架架設(shè)完畢之后進(jìn)行埋設(shè)，選用φ127 mm、壁厚為4 mm、長度為2.0 m的導(dǎo)向管，要求導(dǎo)向管為鋼管且無接縫，根據(jù)管棚間距確定環(huán)向的間距。按照設(shè)計要求，在工字鋼架上焊接導(dǎo)向管，以保證在混凝土灌注時不發(fā)生導(dǎo)向管位移現(xiàn)象。在焊接之后，用螺紋鋼環(huán)向箍對導(dǎo)向管進(jìn)行加固，加固層數(shù)為四道，并將環(huán)向箍一并焊接到工字鋼架上。嚴(yán)格控制導(dǎo)向管的偏差，其中心線位置偏差必須在±10 mm范圍內(nèi)。根據(jù)設(shè)計要求確定導(dǎo)向管的縱向位置和環(huán)向間距，具體安裝過程為：在工字鋼架頂面對導(dǎo)向管的安裝位置進(jìn)行標(biāo)定，按照已確定的間距和角度布置導(dǎo)向管，要求除線路縱坡之外的外插角控制在1°～3°，導(dǎo)向管方向與線路方向一致，并且處于平行狀態(tài)。通過采取上述安裝方式，可避免管棚鉆機鉆孔對洞身和斷面造成破壞。在導(dǎo)向管安裝時，要采取固定措施將導(dǎo)向管抵緊端模，防止混凝土澆注施工時混凝土進(jìn)入導(dǎo)向管，進(jìn)而造成導(dǎo)向管堵塞。

2.4 鉆孔

(1)根據(jù)管棚鉆機的可調(diào)控范圍確定鉆機平臺的高度，鉆機平臺應(yīng)根據(jù)從高到低的鉆孔順序逐步降低高度，使平臺位置與鉆孔順序相匹配。

(2)在鉆機就位后，對鉆機位置進(jìn)行調(diào)整，要求鉆機鉆桿軸線與導(dǎo)向軸線相吻合。鉆機平臺搭設(shè)要穩(wěn)定牢固，滿足承重要求，并且充分考慮沉降量，避免鉆孔過程中因平臺擺動或沉降影響鉆孔質(zhì)量。對鉆孔斜度進(jìn)行測量，嚴(yán)格控制斜度誤差，若超出誤差范圍，則要立即進(jìn)行糾正；若在成孔之后仍然沒有糾正誤差，則要對該孔進(jìn)行封堵，并重新鉆孔；若在鉆孔過程中發(fā)生卡鉆或塌孔等問題，應(yīng)對孔內(nèi)注漿，待問題解決后恢復(fù)鉆孔施工。認(rèn)真記錄鉆孔深度、方位角等信息，觀察鉆孔取芯情況，通過取芯判斷圍巖性質(zhì)，實現(xiàn)圍巖超前探測。成孔后立即清理孔內(nèi)雜物，為下道施工工序做準(zhǔn)備。

2.5 管棚制作安裝

(1)為防止成孔后出現(xiàn)坍孔問題而導(dǎo)致孔內(nèi)堵塞，應(yīng)在成孔后立即清孔，并搭設(shè)腳手架平臺進(jìn)行下管。下管時盡量采取人工推拉頂進(jìn)的方式，配備6～10名施工人員，也可輔以挖機推進(jìn)的方式下管。

(2)管棚施工先打鋼花管，在管內(nèi)注入水泥漿液，檢查注漿質(zhì)量，而后再打鋼管。鋼花管與鋼管都要選用無縫鋼管，直徑為108 mm，壁厚為4 mm。管壁四周鉆4排φ12 mm壓漿孔，間距15 cm，呈梅花型布置，距離管尾45 cm以下的部位無需鉆孔，將該段作為止?jié){段。采用長度為3.0 m鋼管與6.0 m鋼管交錯布置為第一節(jié)鋼管，在第一節(jié)鋼管之后均采用長為6.0 m的鋼管，以保證鋼管接頭錯開?？刂坪猛唤缑嫔箱摴艿慕宇^數(shù)，一般不超過鋼管數(shù)量的一半。

(3)在安裝管棚之前，清理干凈成孔內(nèi)的雜物，要求孔深與孔徑符合設(shè)計要求，孔徑應(yīng)>127 cm，以避免孔徑過小易造成堵孔。采用頂進(jìn)安裝工藝連接鋼管，將長度為15 cm的絲扣固定在鋼管接口處，內(nèi)車與外車絲扣長度分別為30 cm和15 cm。根據(jù)設(shè)計要求控制好管棚加工的精度，保證管與管之間的密封良好。

(4)將鋼筋籠安設(shè)在管棚內(nèi)部，增強管棚的抗壓抗彎能力。鋼筋籠選用螺紋鋼焊接而成，將4根螺紋鋼作為主筋，布設(shè)間距為20 cm的φ6.5 mm加勁箍。

(5)安裝套拱內(nèi)外模板及澆筑混凝土。該隧道進(jìn)口端采用常規(guī)套拱施工工藝，采用木模，并將各項檢測指標(biāo)詳細(xì)記錄；出口端采用預(yù)壓和套拱拱腳基礎(chǔ)換填等措施，并改用鋼模，將兩者作為試驗對比。由于人仔頂隧道出口端洞址位于沖溝附近，常年被積水浸泡，導(dǎo)向墻及套拱基礎(chǔ)軟弱，基底承載<150 kPa。因此在套拱立模前將套拱基礎(chǔ)進(jìn)行翻挖加深處理，并將原設(shè)計M10漿砌片石改為鋼筋混凝土基礎(chǔ)。為確保消除模板及地基的不均勻沉降，支架、模板和拱架的彈性變形、非彈性變形等，人仔頂隧道出口端套拱模板采用沙袋預(yù)壓法。通過上述措施，隧道套拱施工質(zhì)量、外觀等均較以往有較大提升。經(jīng)過整理檢測數(shù)據(jù)，出口端混凝土厚度均不小于設(shè)計值，平整度<10 mm；而進(jìn)口端混凝土厚度整體偏厚，雖然滿足設(shè)計要求，但是厚度不均勻，平整度為10～20 mm。

2.6 漿液灌注

(1)在管棚與鋼筋籠安裝完畢之后灌注水泥漿液，水灰比為1∶1，按照由低到高的順序?qū)孜蛔{。在鋼花管注漿時，根據(jù)實際施工情況和施工經(jīng)驗調(diào)整注漿壓力，一般控制在0.5～2.0 MPa。在鋼花管注漿完成后用M30砂漿進(jìn)行鋼管充填。

(2)在注漿過程中，因管棚間距較小，所以應(yīng)盡量在成一孔之后就進(jìn)行注漿，以免對多孔進(jìn)行注漿時造成漿液串孔，進(jìn)而堵塞相鄰鋼花管。同時，成孔后立即注漿還能夠有效固結(jié)破碎巖層，減少相鄰鉆孔掉塊、卡鉆等情況發(fā)生，有助于提高施工效率。

(3)注漿前封閉工作面，采用混凝土噴注結(jié)合方式設(shè)置止?jié){墻，避免漿液回流。在注漿過程中，先對單號鋼管進(jìn)行注漿，待注漿完畢后，再對雙號孔位進(jìn)行注漿，便于檢查注漿質(zhì)量。注漿采用逐孔注漿法，按照由底到高的順序施工。根據(jù)注漿材料和實際施工情況確定注漿壓力，一般注漿壓力為1.0～2.0 MPa。在單孔注漿時，對注漿量和注漿壓力嚴(yán)格把控，若注漿壓力難以達(dá)到設(shè)計要求，則可采用間隙注漿法，控制好注漿量；將注漿管直接深入到管棚0.2～0.5 m處進(jìn)行注漿；對注漿管進(jìn)行編號，詳細(xì)記錄每個注漿管的孔號、注漿時間、壓力、用量、水泥品種等信息，便于日后工程驗收。在注漿過程中要檢查灌漿質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求，必須達(dá)到密實、飽滿，以保證管棚具備良好的支護(hù)剛度。待管棚注漿完畢后，用鋼板焊接到鋼管口，對注漿孔進(jìn)行封堵，將閥門安裝到注漿管處，封閉嚴(yán)實堵頭。

3 結(jié)語

公路隧道施工是一項較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工程。為確保管棚施工過程安全、有序進(jìn)行，施工方案要隨時和現(xiàn)場情況對比并進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。如現(xiàn)場地質(zhì)、地形、地貌情況發(fā)生改變，則需要及時調(diào)整施工方案。同時結(jié)合項目自身特點，采用與之相匹配的機械設(shè)備，達(dá)到工程進(jìn)度快、質(zhì)量優(yōu)、成本低的效果。本文以梧州至柳州公路人仔頂隧道工程實例為依托，對大管棚超前支護(hù)的施工技術(shù)要點進(jìn)行分析，在工程中，通過該超前支護(hù)技術(shù)措施的運用，為隧道施工提供了技術(shù)保障。