長管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中的應(yīng)用

謝 飛

（達(dá)州機(jī)場建設(shè)有限責(zé)任公司， 四川 達(dá)州 635000）

1 工程案例分析

某高速公路隧道設(shè)計(jì)形式為雙洞四車道，單洞凈高48m，凈寬9.14m。左邊洞出口樁號為 MN128+773，設(shè)計(jì)標(biāo)高為 398.18m。隧道洞口出口段位于淺埋層，埋深在8m左右，屬于第四系崩坡積層，褐紅色，巖性為低液限黏土，為軟塑狀，具有較強(qiáng)黏性。工程局部為粉砂質(zhì)泥巖和砂巖碎石。在隧道明洞開挖之后，清除表土并形成開挖工作面。按照工程所在地實(shí)況，結(jié)合長期隧道工程施工經(jīng)驗(yàn)，決定采用長管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)，保證施工順利進(jìn)洞。

2 管棚施工設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)施原則

在施工前將管棚位置設(shè)置在進(jìn)出洞口，此種位置設(shè)置方式能夠確保地層穩(wěn)定性，避免由于施工操作產(chǎn)生地表沉降問題，主要應(yīng)用導(dǎo)管直接打入法和鉆孔引入法控制地表沉降。按照地層成孔的難易程度合理選擇成孔器械，如果地層允許先鉆孔后排樁，此時就可以應(yīng)用錨桿鉆機(jī)和地質(zhì)鉆機(jī)等設(shè)備。在施工期間若遇到成孔困難，則應(yīng)當(dāng)使用一邊鉆孔一邊打入導(dǎo)管施工方法。開挖輪廓周線鉆設(shè)基本平行于隧道周線，為了確保鉆孔方向，通常需要在管棚設(shè)置2°外插角，之后插入直徑不同的鋼管，并且向鋼管內(nèi)注漿，與管周邊圍巖固結(jié)在一起，在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)設(shè)置棚架支護(hù)體系。施工期間應(yīng)用管棚的作用在于加強(qiáng)管周邊的抗剪強(qiáng)度，因此在施工期間應(yīng)當(dāng)做好支護(hù)圍巖，這樣能夠有效控制開挖施工所引起的松弛問題。

除了對地表沉降進(jìn)行觀測以外，還應(yīng)當(dāng)注重檢測洞口開挖后洞內(nèi)收斂情況。通過工程實(shí)踐能夠看出，利用收斂儀能夠獲取洞內(nèi)的收斂數(shù)據(jù)，然而對于大隧道工程來說需要在平臺車上進(jìn)行施工，此時就需要投入非測量輔助設(shè)備，相應(yīng)增加了建設(shè)成本。相對位移觀測方法只需要采用一臺全站儀就能夠完成監(jiān)測人物，確保精度滿足要求，然而卻不能反映出監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)際變形情況。通過對洞內(nèi)收斂情況的觀測，能夠?yàn)楹笃谑┕ぬ峁┲匾罁?jù)。在此期間需要注意的是，在選擇監(jiān)測方法時需要綜合考慮實(shí)際施工內(nèi)容。

2.2 管棚參數(shù)設(shè)定

在選擇施工鋼管時應(yīng)當(dāng)充分考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素和計(jì)算結(jié)果，按照施工地層和支護(hù)條件選擇管棚鋼管。如果施工地區(qū)土體具有較高的凝聚力，可以選擇O89鋼管；針對支護(hù)要求比較高的松軟地層應(yīng)當(dāng)選擇O127鋼管。在該隧道施工過程中，由于隧道工程洞口處于淺埋段，巖體比較松散，存在嚴(yán)重滲水和失穩(wěn)問題，因此決定采用?108×6mm熱軋無縫鋼管，節(jié)長為3m和6m。

2.3 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

第一，使用水泥水玻璃漿作為注漿漿液，硅酸鹽水泥作為施工用水泥，水泥漿液水灰比設(shè)定為1:1，水玻璃使用量控制在水泥使用量的5%，模數(shù)為2.4。第二，注漿壓力設(shè)定在0.5MPa至2MPa。第三：漿液擴(kuò)散半徑大于50cm。

該工程管棚使用水玻璃注漿處理，環(huán)向間距控制在50cm，仰角控制在2°以內(nèi)。

3 管棚施工工藝

3.1 測量放線

按照設(shè)計(jì)參數(shù)要求，利用現(xiàn)場測量和計(jì)算，放樣出襯砌中線，邊線和水平基線，測量所選擇的樁點(diǎn)必須具備可靠性和穩(wěn)定性，并且通視性良好。

3.2 管棚施工

按照測量放線數(shù)據(jù)，進(jìn)行邊仰坡和明洞開挖，在開挖期間應(yīng)當(dāng)使用挖掘機(jī)開挖，并且實(shí)現(xiàn)邊仰坡刷坡。在開挖期間需要確保仰坡和邊坡的穩(wěn)定性，并且注重地質(zhì)變化情況。洞口和成洞臨時支護(hù)好之后就可以進(jìn)行大管棚超前施工，管棚施工主要采用潛孔鉆鉆孔頂管，選擇 BW-250型注漿泵注漿。在施工期間先施鉆，并且注漿所有有孔鋼管，之后再進(jìn)行無孔鋼化管。

（1）鉆孔施工：第一，以套拱中預(yù)埋的鋼套管作為導(dǎo)向管，并且使用鉆機(jī)實(shí)施鉆孔施工，在到達(dá)預(yù)設(shè)深度之后清理孔內(nèi)殘留物，并且將鉆具鉆孔撤掉。在進(jìn)行掌子面施工時應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)要求噴涂素混凝土當(dāng)作止?jié){墻，這樣可以保證掌子面在實(shí)行壓力注漿時不會產(chǎn)生漏漿和坍落問題。第二，鉆孔施工期間應(yīng)當(dāng)按照實(shí)際情況確定水泥漿鉆進(jìn)施工，如果遇到易塌孔的砂層時，則需要使用泥漿護(hù)壁之后才能繼續(xù)鉆進(jìn)。如果無法成孔，可以選擇加套筒等方式鉆進(jìn)。

（2）管棚安設(shè)施工：在完成鉆孔之后需要及時安裝管棚鋼管，防止發(fā)生塌孔問題。在安裝期間如果遇到問題，可以使用卷揚(yáng)機(jī)反壓頂將鋼管頂?shù)皆O(shè)計(jì)位置。在施工期間應(yīng)當(dāng)逐節(jié)頂入鋼管，通過絲扣方式實(shí)現(xiàn)對口連接。將鋼管設(shè)置在襯砌拱部，將襯砌設(shè)計(jì)外輪廓線和管芯距離控制在50cm左右。對于管棚鋼管外插管設(shè)置問題來說，應(yīng)當(dāng)遵循不侵入隧道開挖輪廓線原則，將外插角設(shè)定在2°，使隧道中線與外插角方向平行，沿著隧道縱向內(nèi)的鋼管接頭應(yīng)當(dāng)控制 50%以下，鄰近鋼管接頭應(yīng)當(dāng)錯開1m。在施工期間應(yīng)當(dāng)將鉆孔壁和鋼管間縫隙填滿，并且將止?jié){閥和法蘭盤焊接在鋼管外露端，并且詳細(xì)檢查焊接密實(shí)度和強(qiáng)度。

（3）套拱施工：套拱施工采用輸送泵將混凝土運(yùn)輸?shù)教坠皟?nèi)，輸送泵管口應(yīng)當(dāng)避免觸碰管棚定位鋼管，降低管棚施工難度。

3.3 管棚注漿施工

（1）施工程序和注意事項(xiàng)。第一，在施工之前需要對機(jī)械設(shè)備和管路狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)檢查，在確認(rèn)無誤之后需要進(jìn)行壓漿實(shí)驗(yàn)，注漿時采用水泥單液漿，水泥漿強(qiáng)度為 M30。第二，注漿施工期間需要采用低壓力中液量注入，注漿初壓控制在1MPa左右，在注漿施工期間壓力逐漸增大，流量持續(xù)減少，注漿終壓滿足2MPa標(biāo)準(zhǔn)之后，持續(xù)壓注五分鐘。第三，在注漿期間需要對孔口鄰孔進(jìn)行觀察，查看覆蓋層薄弱區(qū)是否出現(xiàn)串漿情況，一旦出現(xiàn)串漿問題則應(yīng)當(dāng)及時停止注漿，也可以使用快速硬化水泥沙叫進(jìn)校封堵，直至不再出現(xiàn)串漿情況之后才能夠繼續(xù)注漿。在注漿施工期間如果壓力突然升高，有可能是出現(xiàn)堵管問題，此時應(yīng)當(dāng)停機(jī)檢查。第四，在注漿施工期間應(yīng)當(dāng)派遣專人負(fù)責(zé)填寫注漿記錄表，詳細(xì)記錄注漿時間，注漿壓力和漿液使用情況。與此同時，還應(yīng)當(dāng)密切觀察壓力值，實(shí)時監(jiān)控連通裝置，防止由于壓力過猛而產(chǎn)生異常情況。第五，在完成注漿之后需要做好養(yǎng)護(hù)工作，確保漿液強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之后，開始開挖洞身。第六，在完成所有有孔鋼管注漿之后，開始進(jìn)行無孔鋼管安裝施工。在施工期間應(yīng)當(dāng)注重物控鋼管對對周圍巖體的加固作用，在確保鋼管強(qiáng)度的前提下進(jìn)行打孔處理。

（2）評價注漿效果。在對注漿加固區(qū)進(jìn)行鉆孔取芯時，應(yīng)當(dāng)對注漿充填效果進(jìn)行觀察。其次，在進(jìn)行無孔鋼管鉆孔施工過程中，需要對孔內(nèi)涌水量和顏色進(jìn)行觀察，如果涌出水比較清澈，并且涌水量小于每分鐘0.4L，則表明注漿效果好。如果涌水為泥漿顏色，并且涌水量比較大，則應(yīng)當(dāng)考慮補(bǔ)漿或者重新注漿。

為了全面確保施工安全，需要全面檢查管棚施工效果。所以施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)組織檢測人員全面量測隧道洞口位移下沉情況。按照工程的表下沉位移情況來看，進(jìn)口右洞在開挖15天之前出現(xiàn)15mm左右下沉情況，在工程后期逐漸趨于穩(wěn)定，比較滿足工程規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，長管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中具有明顯加固效果，可以提升進(jìn)洞速度，減少施工工期，全面提升施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。