管棚超前支護(hù)在隧道下穿城市快速路中的應(yīng)用

張延彬

(中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶400700)

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市政道路的建設(shè)越來越廣泛。在市政道路建設(shè)中，難免遇到隧道工程施工，大量工程實例表明，市政道路隧道工程施工中應(yīng)用管棚超前支護(hù)技術(shù)是保證施工人員和機(jī)械設(shè)備安全的關(guān)鍵，同時也是提高市政道路隧道工程質(zhì)量的主要途徑。因此，本文基于工程實例，對管棚超前支護(hù)在市政道路隧道下穿城市快速路中應(yīng)用做了如下分析:

一、工程概述

重慶金童路南段道路及配套工程為城市主干道Ⅰ級，位于重慶北部新區(qū)，道路設(shè)計起點接N區(qū)1#路，從童家院子立交西側(cè)穿越內(nèi)環(huán)快速路、機(jī)場快速路、火風(fēng)山公園，形成火風(fēng)山隧道，終點接北部新區(qū)金童路,道路全1261.046m。全線結(jié)構(gòu)物包括725m長的城市中隧道一座（火風(fēng)山隧道），205m長的短隧道一座（北側(cè)節(jié)點C匝道隧道）。火風(fēng)山隧道雙向四車道，共包含三個單洞，即左、右線隧道和C匝道，左右線隧道分別長725m（里程樁號K0+430～K1+155），C匝道長205m（里程樁號CK0+912～CK1+117），單洞合計1655m。隧道采用曲墻三心圓形斷面，最大凈寬10.23m，隧道中心處最大凈高6.73m。主線隧道最大縱坡為2.0%。C匝道隧道最大縱坡為3.5%，隧道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

表1 隧道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)表

二、隧道管棚超前支護(hù)的特點、作用及支護(hù)原理

（一）隧道管棚超前支護(hù)的特點

所謂管棚超前支護(hù),是隧道開挖前所進(jìn)行的一種防護(hù)處理方式，指的是在進(jìn)行隧道開挖前，按照隧道既定的輪廓線，把相應(yīng)的鋼管打入巖體中，其外露部分通過固定鋼拱架上，并形成拱狀結(jié)構(gòu)，在隧道開挖前形成相應(yīng)的保護(hù)棚。從而在隧道中形成薄殼結(jié)構(gòu)，最大限度提升整個隧道工程的受力性。由于管棚超前支護(hù)技術(shù)的前端是打入巖體內(nèi)部的，和錨桿等初期支護(hù)結(jié)構(gòu)相互連接，促使管棚超前支護(hù)和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)能更好地連接，逐步形成縱向支撐，從而有效提高了該隧道工程抗豎向荷載的能力。同時，隧道管棚超前支護(hù)在隧道橫斷面方向能夠逐步形成拱群效應(yīng)，以促使隧道工程在最短的時間內(nèi)，形成橫向范圍內(nèi)全新的受力結(jié)構(gòu)，以提升隧道工程的穩(wěn)固性和安全性。

（二）管棚超前支護(hù)技術(shù)的作用

大量工程實例表明，在隧道工程中應(yīng)用管棚超前支護(hù)技術(shù)的主要作用體現(xiàn)在加固圍巖上。研究結(jié)果表明，通過鋼管開孔能夠向圍巖中注入水泥漿等材料來提升圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時，此項技術(shù)還能起到良好的承載作用，且深入巖體內(nèi)部的鋼管可以有效承受巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后而產(chǎn)生的應(yīng)力荷載，大大提升了隧道工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。除此之外，在隧道工程中應(yīng)用管棚超前支護(hù)技術(shù)，能行之有效地擴(kuò)散和傳遞開挖中巖體向外釋放的全部荷載。因此，在具體開挖過程中，可以促使隧道巖體中鋼管所承受的荷載向四面八方擴(kuò)散。就施工效果而言，隧道管棚超前支護(hù)技術(shù)能夠有效阻止拱頂沉降的發(fā)生速率，大大提高隧道工程中圍巖的強(qiáng)度，有效避免隧道塌方等安全事故發(fā)生的概率。

（三）隧道管棚超前支護(hù)技術(shù)的支護(hù)原理

管棚超前支護(hù)的支護(hù)原理為：通過向圍巖的內(nèi)部空隙注漿，從而有效提高圍巖的強(qiáng)度、剛度和相應(yīng)的承載能力。深入巖體內(nèi)部的鋼管可以逐步形成加固拱圈，科學(xué)合理地分散隧道工程上部巖體的重量，促使圍巖時刻處于免壓狀態(tài)。同時，圍巖中某一段能固定套拱基礎(chǔ)上，促使圍巖在周圍形成一個穩(wěn)定的簡支梁支撐結(jié)，進(jìn)一步分散上部荷載。

三、管棚超前支護(hù)在隧道下穿城市快速路中的具體應(yīng)用

（一）主要工序施工方案

就該市政道路隧道工程而言，凡下穿施工影響范圍中采用了地表注漿方法來加固路面和回填，注漿施工方法主要為夜間占道施工。且隧道洞口明挖采用機(jī)械開挖的方法，主要支護(hù)措施為注漿錨桿+鋼筋網(wǎng)片+噴射混凝土。下穿段隧道進(jìn)洞采用管棚+超前小導(dǎo)管輔助措施對進(jìn)洞口進(jìn)行施工，而洞身則采用CRD法進(jìn)行施工，通過爆破法開挖，機(jī)械和人工相互配合裝渣，小型翻斗汽車運(yùn)渣。初期支護(hù)為：混凝土噴射濕噴工藝，嚴(yán)格按照噴-錨-網(wǎng)-噴的作業(yè)工序進(jìn)行施工。仰拱和回填均采用襯砌澆筑的方式進(jìn)行施工，在進(jìn)行混凝土澆筑時，分左右幅施工，有效降低了對掌子面施工的影響。

（二）隧道下穿段主要工序施工方法

1.洞口邊仰坡施工

在洞口邊仰坡施工時，要根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計圖紙要求，進(jìn)行仰坡、洞口施工放樣，并根據(jù)施工放樣來確定邊坡、仰坡的位置。具體開挖順序為從上到下的施工方法。具體防護(hù)原則：邊開挖、邊防護(hù)，開挖完成立即初噴4cm混凝土，并布設(shè)直徑為6.5mm的鋼筋網(wǎng)。兩側(cè)邊坡和洞口仰坡采用長度為6m，間距為1m的錨桿進(jìn)行固定。噴射混凝土的順序為先分段后分塊，從下到上的施工順序。在具體噴射過程中，噴嘴要進(jìn)行緩慢的螺旋運(yùn)動，促使噴射料束的運(yùn)動軌跡能呈現(xiàn)螺旋式移動，具體旋轉(zhuǎn)直徑要控制在20～30cm。如果在噴射過程中發(fā)現(xiàn)個別噴面存在凹凸不平的現(xiàn)象，則要先行噴射，大致找平以后，才能進(jìn)行下一道工序施工。

2.套拱混凝土施工

套拱混凝土施工步驟可分為三步：

第一步，測設(shè)中線和水平基點。在具體施工中，根據(jù)隧道洞口的主要設(shè)計形式、洞口地形標(biāo)高、自然坡度等詳細(xì)計算出洞口最小挖邊、仰坡邊線等，然后通過全站儀測量護(hù)拱斷面尺寸的中線和高程。

第二步，基礎(chǔ)開挖。為減少開挖對山體的擾動，在不開挖山坡腳土體的情況下，洞口范圍沿邊墻兩側(cè)處分別人工開槽，開槽寬度1.5～2m，隧道斷面中間預(yù)留核心土，兩側(cè)開挖至護(hù)拱基礎(chǔ)底即可。

第三步，套拱施工。套拱施工工藝為：施工準(zhǔn)備→測量放樣→拱架定位→拱架拼裝→裝模板→預(yù)埋管棚導(dǎo)向管→澆注混凝土。

就該隧道工程而言，套拱基礎(chǔ)底部采用人工整平后澆筑C20混凝土，基礎(chǔ)厚度1m，控制縱向長度在2.5m左右，套拱長度為2m,厚度為0.5m左右，為保證施工質(zhì)量，套拱中設(shè)置了I16工字鋼拱架，間距為0.8m。

（三）超前管棚支護(hù)施工技術(shù)

1.超前管棚支護(hù)施工工藝流程

超前管棚支護(hù)施工工藝為：施工準(zhǔn)備→鉆機(jī)運(yùn)行平臺搭設(shè)→鉆機(jī)就位→跟管鉆孔→安裝鋼筋籠→封閉孔口注漿。

就該市政道路隧道洞口超前管棚支護(hù)而言，采用了直徑為108mm的無縫鋼管，長度為38m，按照換向間距0.4m布置一環(huán)，總共為48根，并在鋼管內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的鋼筋籠。

鉆機(jī)操作平臺搭建過程中，采用直徑48mm，厚度為3.5cm的鋼管進(jìn)行全方位搭設(shè)，操作平臺的高度為6m，寬度為12m，平臺腳手架立桿步距控制在1m之內(nèi)。并在平臺底部鋪設(shè)間距為20cm的鋼管，在四周做鋼管欄桿并設(shè)置防護(hù)網(wǎng)。有該隧道在施工中存在不間斷滲水漏水的問題，因此，為避免滲水漏水對施工質(zhì)量的影響，要在平臺四周挖出一條20cm×20cm的排水溝，把水引向附近的積水井中。

當(dāng)鉆機(jī)的位置要和已經(jīng)定位好的孔口管方向相互平行，同時也要精準(zhǔn)核定鉆機(jī)的具體位置，通過經(jīng)緯儀、掛線等措施，反復(fù)調(diào)整鉆機(jī)的位置，最大限度上降低鉆機(jī)鉆桿軸線和孔口管軸線相互吻合。在具體鉆進(jìn)過程中，通過測斜儀對鉆孔的偏斜度及時控制。

2.管棚跟管施工

采用XY-2B工程鉆機(jī)全跟管施工，且管棚前部采用電鍍金剛石鉆，以提高鉆孔的質(zhì)量，保證管棚鋼管能一次性鉆入。在具體鉆進(jìn)過程中，每鉆進(jìn)3m接一節(jié)3m管棚鋼管繼續(xù)鉆進(jìn)，確保達(dá)到設(shè)計深度。每節(jié)鋼管都采用絲扣緊密連接，絲扣的長度要控制在8cm左右，工廠中進(jìn)行統(tǒng)一加工，同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不滿足50%，且相鄰鋼管接頭至少要錯開1m。就該工程而言，管棚鉆孔施工中允許誤差如表2所示：

表2 管棚鉆孔施工中允許誤差表

3.二次襯砌

在具體施工中，為有效保證下穿隧道施工的安全性和施工效率，要及時仰拱、填充和二次襯砌施工。

仰拱、填充的施工方法為：采用仰拱和充填先行于襯砌的施工方法進(jìn)行施工，仰拱一次開挖的長度要盡量控制在5m之內(nèi)，及時施作仰拱，避免發(fā)生坍塌事故，并保證洞內(nèi)道路的通暢性。在具體施工時，要對施工地段仰拱基底進(jìn)行科學(xué)合理的處理，然后通過立模的方式進(jìn)行混凝土澆筑，當(dāng)混凝土澆筑完成以后，再進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)。

洞身襯砌施工技術(shù)：下穿段洞身襯砌鋼筋混凝土采用9m整體大鋼模板液壓襯砌臺車進(jìn)行定位澆筑，最大限度上保證支護(hù)的穩(wěn)定性，達(dá)到縮短襯砌澆筑的目的。鋼筋洞外加工，洞內(nèi)人工綁扎或焊接。采用商品C30混凝土，砼攪拌輸送車運(yùn)輸，輸送泵泵送砼入模、機(jī)械搗固。整體鋼模液壓襯砌臺車斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 整體鋼模液壓襯砌臺車示意圖

四、結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合工程實例，深入分析了管棚超前支護(hù)在隧道下穿城市快速路中的具體應(yīng)用。管棚超前支護(hù)技術(shù)具有施工效率高、質(zhì)量有保障等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在隧道下穿城市快速路具體應(yīng)用中，但各項技術(shù)相對比較復(fù)雜，在具體應(yīng)用中涉及到很多施工環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)發(fā)展質(zhì)量問題，都會對管棚超前支護(hù)的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。因此，在具體施工中，必須根據(jù)施工規(guī)范和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的需求，做好各個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量和安全措施。

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