高精度大管棚超前支護(hù)在隧道下穿公路中的應(yīng)用

莊國(guó)昌

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350）

麒麟隧道為昆明市安寧市工業(yè)園區(qū)鐵路專(zhuān)用線工期控制性工程，全長(zhǎng)2240m，隧道洞身下穿安祿公路，洞身埋深厚度最淺處僅為9m，隧道下穿公路段為V級(jí)圍巖，自身穩(wěn)定性差，且在前期開(kāi)挖過(guò)程中圍巖揭示情況為：巖層破碎，自穩(wěn)性差。安祿公路為安寧至祿脿的交通要道，車(chē)流量大，且多為重車(chē)，對(duì)隧道開(kāi)挖施工影響極大。為有效的控制地表下沉，保證洞內(nèi)施工及地表行車(chē)安全，在施工完成洞內(nèi)管棚工作室后，一次性施作50m長(zhǎng)的φ108高精度大管棚，對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固。

1 高精度大管棚施工方法

高精度大管棚采用φ108熱軋無(wú)縫鋼管，壁厚8mm，環(huán)向間距400mm，在開(kāi)挖完成洞內(nèi)管棚工作室并完成洞內(nèi)管棚導(dǎo)向墻后，沿導(dǎo)向墻布置，見(jiàn)圖1所示。

圖1 高精度大管棚施工方法

考慮到隧道下穿安祿公路段覆蓋層薄，外插角過(guò)大，注漿施工可能會(huì)對(duì)既有公路產(chǎn)生影響，因此外插角控制在1-2°，采取6m長(zhǎng)水平定向鉆機(jī)，控制每節(jié)跟管長(zhǎng)度6m。

采用“有線儀器定向，一次性跟管鉆進(jìn)法”施工，即成孔和埋設(shè)管棚一次完成。該方法要求在鉆進(jìn)過(guò)程中能準(zhǔn)確測(cè)定鉆頭在巖層的位置和方向，根據(jù)鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中的位置和方向同設(shè)計(jì)軌跡的差異，修正軌跡后完成超前管棚的施作［1］。

鉆機(jī)鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，通過(guò)信號(hào)線穿過(guò)鋼管并連接孔外機(jī)器上的顯示器，顯示器顯示鉆頭的傾角及面向角（導(dǎo)向板的方向），及時(shí)調(diào)整管棚鉆孔的方向。鉆孔機(jī)器的導(dǎo)向板就像一個(gè)手表面，有3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)、12點(diǎn)4個(gè)方向，鉆孔方向通過(guò)導(dǎo)向板面進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，鉆孔角度出現(xiàn)向下的偏差，就要將鉆頭鉆進(jìn)方向朝面板12點(diǎn)方向調(diào)整，同理可得出鉆頭向上偏差需向面板6點(diǎn)方向調(diào)整，鉆頭向左偏差需向面板3點(diǎn)方向調(diào)整，鉆頭向右偏差需向面板9點(diǎn)方向調(diào)整。如果鉆進(jìn)角度合適，鉆機(jī)在巖層中會(huì)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時(shí)鉆桿軌跡是平直的，不需要糾偏，所以導(dǎo)向鉆頭及導(dǎo)向面板是上下糾偏的關(guān)鍵［2］。

2 施工工藝流程

施工管棚工作室并施作導(dǎo)向墻→人員及鉆孔設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→搭設(shè)鉆機(jī)平臺(tái)并鋪設(shè)型鋼軌道→設(shè)備組裝并調(diào)試→鉆具組裝試鉆孔→正式鉆孔導(dǎo)向鉆進(jìn)→跟進(jìn)鋼花管（絲扣連接）→孔斜測(cè)量→直至設(shè)計(jì)深度終孔→回取探頭盒并封堵鉆孔→管內(nèi)注水泥漿→鉆孔下一孔位［3］。

3 設(shè)備安裝及施工控制要點(diǎn)

3.1 鉆機(jī)平臺(tái)安裝

潛孔鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)前，應(yīng)先進(jìn)行鉆機(jī)平臺(tái)的搭設(shè)，采用鋼墊板加地腳螺栓的連接方式，將鉆機(jī)平臺(tái)牢牢地固定，安裝鉆機(jī)平臺(tái)時(shí)要嚴(yán)格控制平臺(tái)的水平及豎向誤差，為鉆機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)固的操作平臺(tái)。在測(cè)量放樣的基礎(chǔ)上根據(jù)計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行鉆機(jī)入孔的方位角及傾角調(diào)整，鉆機(jī)入孔鉆進(jìn)后，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整。鉆頭直徑應(yīng)小于導(dǎo)向墻導(dǎo)向管直徑（導(dǎo)向管采用A152熱軋無(wú)縫鋼管），鉆頭與鉆桿的角度不應(yīng)過(guò)大，以≤20°為宜，泥漿眼直徑以8～10mm為宜，鉆具前部的導(dǎo)向鉆頭、探頭，必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用，此外探頭后部應(yīng)加裝燈光用以進(jìn)行鉆孔的測(cè)斜。

3.2 泥漿系統(tǒng)

（1）泥漿配合比根據(jù)地層情況確定。泥漿需經(jīng)充分?jǐn)嚢瑁鶆蚺渲贫?。配制時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行配比。

（2）泥漿必須先配制好后再使用，使用過(guò)程中嚴(yán)禁加水、加料。

（3）在施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同地層，合理調(diào)節(jié)泵壓、泵量，避免因泥漿不足引起通道堵塞，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)最終確定使用低壓、中量泥漿。

3.3 導(dǎo)向鉆進(jìn)

（1）導(dǎo)向鉆進(jìn)前應(yīng)對(duì)鉆機(jī)定位情況、方位、傾角情況及導(dǎo)向儀顯示情況進(jìn)行全面檢查，確定無(wú)誤后方可進(jìn)行鉆孔。

（2）鉆進(jìn)前須先開(kāi)泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進(jìn)。

（3）鉆進(jìn)時(shí)，泵壓應(yīng)控制在0.6～1.0MPa，泵量為10～3L/min。保持中低壓力，勻速的進(jìn)行鉆進(jìn)。

（4）為防止孔內(nèi)巖層坍塌，控制公路沉降，必要時(shí)需采用孔內(nèi)保壓措施。要始終保持回水量小于進(jìn)水量。

（5）現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械操作人員及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員鉆機(jī)鉆孔過(guò)程中應(yīng)全程旁站，時(shí)刻觀察鉆機(jī)鉆進(jìn)及鉆頭角度情況，角度偏差＞0.3°時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾偏。當(dāng)糾偏無(wú)效、偏差＞0.6°時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，查明原因并有糾偏的方法后再施工?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)向數(shù)據(jù)和鉆具前端長(zhǎng)度及每次加管長(zhǎng)度進(jìn)行詳細(xì)的記錄。

（6）鉆孔內(nèi)泥漿不正常時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)。

3.4 接管和焊接

每根管在接管前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完好合格。管材內(nèi)的鐵屑、臟物及銹皮等必須清除干凈。接管時(shí)避免與硬物相碰，以免損傷管扣。鉆進(jìn)中，每次加尺后，須先鉆進(jìn)后進(jìn)行棚管絲扣接縫焊接（即先鉆后焊），以免鉆進(jìn)時(shí)的扭力造成開(kāi)焊。要求每個(gè)接縫焊接進(jìn)行檢查，保證焊接質(zhì)量。

連接的電線符合國(guó)家規(guī)定的產(chǎn)品性能要求。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風(fēng)機(jī)吹烤貼牢。

3.5 探頭盒取回及終孔注漿

用預(yù)置的φ8mm鋼絲繩將探頭盒取出，取出時(shí)每10m測(cè)量一次孔斜情況。

單孔驗(yàn)收合格后，通過(guò)管內(nèi)壓注水泥漿，對(duì)管內(nèi)及管外環(huán)狀間隙進(jìn)行充填。大管棚上鉆孔注漿，孔徑10～15mm，孔間距10～15cm，呈梅花型布置，尾部留有100cm的不鉆孔止?jié){段。施工過(guò)程中控制注漿壓力保持在0.5～1.0MPa間，現(xiàn)場(chǎng)注漿配合比應(yīng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員及技術(shù)管理人員共同確認(rèn)并試拌使?jié){液性能符合要求方可使用。

3.6 管棚施工注意事項(xiàng)

高精度管棚施工精度要求高，一次施作長(zhǎng)度長(zhǎng)，施工難度大。為保質(zhì)量、保工期并順利完成，必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，并認(rèn)真執(zhí)行以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

（1）施作洞內(nèi)導(dǎo)向墻時(shí)嚴(yán)格控制導(dǎo)向管間距，嚴(yán)格控制孔位偏差，保證孔位偏差≤±50mm。

（2）嚴(yán)格控制洞內(nèi)管棚工作室導(dǎo)向墻A152導(dǎo)向鋼管的角度。

（3）管棚的偏斜應(yīng)控制在5‰以?xún)?nèi)，終端最大控制間距為300mm。

（4）為保證管棚鋼管相互連接的同軸性，每根鋼管都必須加工絲扣，采用絲扣連接，絲扣連接一定要擰緊、到位，確保管棚鋼管連接的穩(wěn)定性。

（5）終孔后，管棚的注漿壓力控制在0.4～0.8MPa，注漿壓力不宜過(guò)大，注漿量以出漿口流出水泥漿為準(zhǔn)。

（6）管棚打設(shè)長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度誤差應(yīng)控制在200mm。

（7）注漿量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)注漿量且管棚注漿應(yīng)采取隔孔注漿的方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)挖下穿公路段圍巖時(shí)未出現(xiàn)侵限割管等情況，開(kāi)挖面水泥注漿痕跡清晰，大管棚很好的加固了公路下方的地層，同時(shí)及時(shí)施作仰拱及二次襯砌，最大限度的保證了路上車(chē)輛及洞內(nèi)施工人員的安全。項(xiàng)目部還通過(guò)改變施工工法（將兩臺(tái)階開(kāi)挖法改為三臺(tái)階加預(yù)留核心土開(kāi)挖的方法），進(jìn)一步減少了爆破施工對(duì)公路下圍巖的擾動(dòng)，最終公路面布置點(diǎn)的沉降值均小于15mm，取得了很好的控制效果。

事實(shí)證明應(yīng)用高精度大管棚注漿對(duì)于下穿體上方的構(gòu)造物能起到很好的保護(hù)作用，尤其對(duì)覆蓋層薄的下穿體效果更好，相信隨著國(guó)內(nèi)建設(shè)的日益增多，高精度大管棚的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多。

［1］ 周佳俊. 下穿高速公路隧道施工穩(wěn)定性研究及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)分析［D］. 東北大學(xué)，2013.

［2］ 李留璽. 隧道下穿高速公路時(shí)超長(zhǎng)大管棚支護(hù)技術(shù)及其變形規(guī)律研究［D］. 河南理工大學(xué)，2011.

［3］ 曹虎. 大管棚超前支護(hù)在隧道下穿高速公路中的應(yīng)用［J］. 山西科技，2011，26（01）：110-111.