大管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)在軟巖隧道施工中的應(yīng)用

劉家全

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350）

1 工程概況

金麗溫高速公路太平港0號(hào)隧道設(shè)計(jì)為雙洞4車道，單洞凈寬10.25m，凈高5m。左洞出口樁號(hào)ZK134+884，設(shè)計(jì)標(biāo)高405.09m。隧道左洞出口段位于淺埋地段，埋深6～10m，為第四系崩坡積層（Q4c+DI），巖性為低液限黏土，褐紅色、褐灰色，呈軟塑～硬塑狀，粘性較強(qiáng)，可搓成1～3mm的土條，局部見碎石，石質(zhì)成分成砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，塊徑不均，大者可達(dá)5～8m，一般在0.2～1m之間。

隧道施工左隧道明洞開挖后，隨著表土清除，洞口開挖工作面形成，時(shí)值南方雨季提前到來。長(zhǎng)時(shí)間降雨造成圍巖受浸泡富水飽和，地表局部有泉水涌出，造成洞口段圍巖軟化，仰坡地表多處產(chǎn)生裂縫，最大裂縫寬2cm。洞口開挖工作面發(fā)生坍塌，施工進(jìn)洞困難。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合其他隧道施工經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為較為合理的施工方法是盡快按設(shè)計(jì)要求實(shí)施大管棚超前預(yù)注漿，可以有效保證洞口邊仰坡安全，確保順利進(jìn)洞。

2 施工設(shè)計(jì)

大管棚采用φ108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，節(jié)長(zhǎng)分別為3m、6m。管棚環(huán)向間距拱部為40cm。外插角1°～2°，拱部120°范圍內(nèi)布置。鋼管長(zhǎng)度30m，分段安裝，每段長(zhǎng)4～6m，兩段之間用“V”型對(duì)焊或絲扣連接。鋼管上注漿孔孔徑12mm，孔間距15cm，梅花型布置，尾部3m范圍內(nèi)不鉆孔作為止?jié){段［1］。如圖1所示。

圖1 大管棚示意圖

3 方案實(shí)施

3.1 大管棚施工前準(zhǔn)備工作

（1）疏排地表水。洞口仰坡穩(wěn)定地層，增設(shè)截水溝一道，攔截地表水；建立枝狀排水系統(tǒng)，使地表水盡快順暢地排出洞口不穩(wěn)定范圍，以防積水下滲。

（2）引排地下水。為引排洞口段地下水，在適當(dāng)位置鉆設(shè)2個(gè)φ20cm降水井，利用深井潛水泵和螺桿泵抽取地下水以疏干土體，降低洞口周圍地下水位［2］。

（3）施作套拱作為大管棚導(dǎo)向墻。隧道洞口采用C25混凝土套拱做管棚固定端，套拱拱厚80cm，長(zhǎng)2m，布設(shè)鋼筋，拱腳基礎(chǔ)應(yīng)置于基巖上，在工作平臺(tái)上架立三榀鋼拱架，套拱在隧道外輪廓鋼拱架作為橫梁，與管棚導(dǎo)向鋼管焊接牢固，孔口套管沿拱圈環(huán)向布設(shè)間距、位置及方向應(yīng)準(zhǔn)確，確保導(dǎo)向管的位置以及角度。

3.2 管棚施工

先施鉆、安設(shè)及注漿所有有孔鋼管，再施作無孔鋼管。

3.2.1 鉆孔

（1）根據(jù)套拱中預(yù)埋的鋼套管作為導(dǎo)向管進(jìn)行鉆孔。掌子面必須按要求先噴一層素混凝土作為止?jié){墻，以確保掌子面在進(jìn)行壓力注漿時(shí)不出現(xiàn)漏漿、坍塌。

（2）根據(jù)地質(zhì)和施工條件，采用常用的潛孔鉆很難成孔，極易產(chǎn)生縮孔卡鉆現(xiàn)象。本工程實(shí)際施工中采用ZYG150型水平地質(zhì)鉆機(jī)，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)，并在導(dǎo)向管口編號(hào)施工順序從低孔開始，由兩端向中間方向?qū)ΨQ施工。鉆孔前先檢查鉆機(jī)機(jī)械狀況是否正常；鉆孔時(shí)根據(jù)情況確定是否加泥漿或水泥漿鉆進(jìn)，當(dāng)鉆至砂層易塌孔時(shí)，應(yīng)加泥漿護(hù)壁方可繼續(xù)鉆進(jìn)；如成孔困難或卡鉆時(shí)，可采用鋼套筒跟進(jìn)。

（3）鉆孔速度應(yīng)保持勻速，特別是鉆頭遇到夾泥夾沙層時(shí)，應(yīng)控制鉆進(jìn)速度，避免發(fā)生夾鉆現(xiàn)象。

（4）為避免鉆桿太長(zhǎng)，鉆頭因自重下垂或遇到孤石鉆進(jìn)方向不易控制等現(xiàn)象，開鉆上挑角度控制在1°～2°之間，并隨時(shí)用測(cè)斜儀量測(cè)角度和鉆進(jìn)方向。

3.2.2 安設(shè)管棚

管鵬設(shè)計(jì)長(zhǎng)度30m，采用破碎錘協(xié)助頂入。

（1）鉆孔完成后及時(shí)安設(shè)管棚鋼管，避免出現(xiàn)塌孔。

（2）鋼管逐節(jié)頂入，采用絲扣連接，絲扣長(zhǎng)15cm。

（3）及時(shí)將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實(shí)，在鋼管外露端焊上法蘭盤、止?jié){閥，并檢查焊接強(qiáng)度和密實(shí)度。

3.3 管棚注漿

3.3.1 施工工藝

圖2 施工工藝流程圖

3.3.2 施工程序及方法

本工程注漿的主要目的是加固洞口段土體，漿液采用純水泥漿，水灰比為0.8∶1，初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa，初凝時(shí)間7h，終凝時(shí)間14h。注漿機(jī)械采用BW-250/50型注漿泵進(jìn)行。

（1）注漿前先檢查管路和機(jī)械狀況，確認(rèn)正常后做壓漿實(shí)驗(yàn)，確定合理的注漿參數(shù)，據(jù)以施工。

（2）注漿過程中隨時(shí)檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現(xiàn)象。如發(fā)生串漿，應(yīng)立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直至不再串漿時(shí)再繼續(xù)注漿。注漿過程中壓力如突然升高，可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機(jī)檢查。

（3）注漿壓力達(dá)到2.0MPa，并持壓5min以上，可停止注漿，并及時(shí)關(guān)閉孔口閥門。

（4）注漿過程應(yīng)派專人負(fù)責(zé)，填寫《注漿記錄表》，記錄注漿時(shí)間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù)，觀察壓力表值，監(jiān)控連通裝置，避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。

待有孔鋼管全部注漿完畢后，再進(jìn)行無孔鋼管的鉆孔、安設(shè)。

3.3.3 注漿效果評(píng)定

（1）對(duì)注漿加固區(qū)進(jìn)行鉆孔取芯，觀察注漿充填情況。

（2）在進(jìn)行無孔鋼管鉆孔時(shí)，觀察孔內(nèi)涌水顏色及涌水量。水顏色如較澄清或夾帶水泥渣塊，涌水量小于0.4L/min，則注漿效果較好；如涌水為泥漿顏色或涌水量較大時(shí)，應(yīng)補(bǔ)注或重注。

3.3.4 管棚施工注意事項(xiàng)

（1）為保證管棚施工質(zhì)量，必須做好孔口定位。

（2）造孔和注漿應(yīng)分序進(jìn)行，同序相鄰兩孔之間的間距不小于lm，否則注漿時(shí)容易引起塌孔。

（3）在進(jìn)行有壓注漿之前，一定要將各孔口封堵完好，以免造成漿液外溢，影響注漿效果和管棚質(zhì)量。

（4）管棚鋼管之間的連接要保證質(zhì)量，并且在同一斷面上鋼管的接頭數(shù)量不能超過50%，以免在開挖過程中鋼管脫節(jié)，引起塌方。

（5）為保證安全和管棚功效，在開挖之前，有必要全斷面施作一帽緣工程，起到支撐鋼管的作用。

3.3.5 施工記錄

認(rèn)真做好施工記錄，具體內(nèi)容包括：按順序?qū)芘镞M(jìn)行編號(hào)；管棚的成孔日期和自檢記錄；鋼管的連接和安裝記錄；灌漿記錄。

4 效果評(píng)價(jià)

為保證施工安全及檢查大管棚的實(shí)施效果，施工單位專門組織對(duì)堆積體段的凈空收斂量測(cè)。在25m堆積體處理段埋設(shè)了3條收斂基線，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析見表1。從量測(cè)情況看，埋設(shè)初期3條曲線收斂增長(zhǎng)較慢，后趨于穩(wěn)定，均滿足設(shè)計(jì)要求，充分說明大管棚預(yù)注漿超前支護(hù)對(duì)防止圍巖惡化、控制隧道變形作用顯著。

表1 凈空收斂監(jiān)測(cè)變形分析 mm/d

5 結(jié)束語

利用大管棚作為穿越堆積體段的超前支護(hù)，其成功之處在于：通過注漿將松散的堆積體固結(jié)起來，利用大管棚支護(hù)圍巖，注漿體和管棚連成一個(gè)整體而受力，在隧道開挖輪廓線外形成一個(gè)環(huán)向的支撐體，有效地阻止了松散體出現(xiàn)坍塌，為隧道洞身安全、順利施工創(chuàng)造條件，是新奧法與其他輔助施工方法的完美結(jié)合。

［1］JTJ026-90. 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JTJ042-94. 公路隧道施工規(guī)范［S］.