雙層小導(dǎo)管超前支護在隧道進洞施工中的應(yīng)用

李曉斌

摘? 要：文章結(jié)合工程實例，對雙層小導(dǎo)管超前支護在隧道進洞施工中的具體工藝流程、施工方案以及應(yīng)用優(yōu)勢等進行研究分析，以為有關(guān)實踐及研究提供參考。

關(guān)鍵詞：雙層;小導(dǎo)管超前支護;隧道;進洞施工;應(yīng)用

中圖分類號：U455.4? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0157-02

在社會經(jīng)濟與交通事業(yè)快速發(fā)展影響下，道路工程的施工數(shù)量及規(guī)模也在不斷增長，對施工技術(shù)的要求也不斷提高，尤其是特殊地質(zhì)路段的道路施工中，其施工技術(shù)與施工方案的合理選擇應(yīng)用，對道路施工的質(zhì)量和安全影響十分顯著。當(dāng)前，在公路及鐵路隧道施工中，對穿越覆蓋層或者是坡積層、風(fēng)化嚴(yán)重的軟弱破碎巖體路段施工中，多采用新奧法施工技術(shù)，其中，對淺埋破碎段隧道洞口進洞施工以大管棚超前支護施工方案為主，但是，這種施工技術(shù)方案由于造價成本較高，再加上施工工藝復(fù)雜，對破碎地段的鉆孔成孔難度較大，導(dǎo)致現(xiàn)場施工困難突出等，使其在實際施工應(yīng)用中推廣應(yīng)用局限性較為顯著。為此，本文結(jié)合工程實例，對雙層小導(dǎo)管超前支護在隧道進洞施工中的應(yīng)用進行研究，以為相關(guān)實踐及研究提供參考。

1 工程概況簡述

某鐵路隧道工程位于該地區(qū)北面坡體地段，整個隧道施工需穿越坡體地段的整個山體，該隧道開挖施工位于K112+455至K113+058樁段，為左右分離隧洞，其中，左線全長約為554米，右線全長約為602米，隧道洞口以上的地段，其地形坡度較陡，局部地段存在4至6m的砂巖陡坎，山腰部位分布有梯田，且以水稻田為主，斜坡坡度為30至35°;隧道出洞口為山體的東南坡面，與西北坡相比坡度較緩，坡上以梯田分布為主，其中局部區(qū)域存在4至5m高度的陡坎，橫向坡度變化在25至35°之間。此外，該隧道工程的最大埋深約為101m。

對上述隧道工程施工地區(qū)的地質(zhì)條件勘察分析顯示，其施工地區(qū)位于山體東西向構(gòu)造帶的南部，巖層分布向西北緩傾，局部存在受次級小構(gòu)造或透鏡體影響的東北或東南傾斜變化，巖層分布整體呈現(xiàn)相近變化，無斷層發(fā)育情況。此外，隧道開挖施工地段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以粉砂質(zhì)泥巖為主，局部呈現(xiàn)強風(fēng)化作用的極/軟質(zhì)巖層及中/厚層構(gòu)造分布特征，存在風(fēng)化裂隙發(fā)育，且?guī)r層間結(jié)合相對較差，巖體呈碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)分布，其中，強風(fēng)化帶為松軟結(jié)構(gòu)區(qū)，巖層中分布有少量的基巖裂隙水，以點滴或淋雨狀滲出。

2 隧道進洞施工方案設(shè)計與對比分析

根據(jù)上述對隧道洞口開挖施工情況及地質(zhì)條件的分析，為確保該隧道施工的安全與順利開展，結(jié)合實際情況，制定了如下兩種隧道洞口開挖支護施工方案，即大管棚超前支護和雙層小導(dǎo)管超前支護方案，下面就兩種施工方案的特點及優(yōu)勢進行對比分析。

首先，對上述隧道洞口開挖施工的大管棚超前支護施工方案設(shè)計中能夠，采用108mm的熱軋無縫鋼管作為大管棚超前支護管，其管壁厚度為6mm，在管壁上還加工設(shè)置有梅花狀的透漿孔，按照單循環(huán)設(shè)計管棚35根，管棚環(huán)向間距設(shè)置為40cm，外插角控制為1至2°，同時沿隧洞拱頂120°范圍進行分布設(shè)置，單個管棚長度控制為30m。此外，在隧洞開挖超前支護施工中，采用1：1的純水泥漿進行注漿施工，并結(jié)合鐵路隧道施工經(jīng)驗，在隧道洞口淺埋以及偏壓、軟弱破碎圍巖段采用大管棚超前支護施工，以對開挖施工隧洞巖層整體性進行保障，在該隧道洞口開挖支護施工中，大管棚超前支護施工方案的超前支護長度能夠達到30至40米左右，并且能夠有效減少其隧道開挖支護中的循環(huán)次數(shù)，在確保隧道洞口開挖施工的安全順利進行方面，具有顯著的作用效果。但是，值得注意的是，根據(jù)上述隧道施工支護方案，在實際施工應(yīng)用中，具有造價成本高、施工工序復(fù)雜，對破碎地段的支護施工鉆孔成孔難度較大，現(xiàn)場操作困難，對施工外插角控制困難突出等問題，此外，在進行隧道施工的水平巖層開挖時還容易出現(xiàn)大面積掉落巖塊等問題，對施工開展存在一定的不利影響。

針對上述技術(shù)方案在實際施工中存在的問題，為節(jié)約施工成本，確保隧道施工按期順利開展，提高隧道施工的安全性，綜合該隧道施工的具體情況與地質(zhì)環(huán)境，還制定了雙層小導(dǎo)管超前支護施工方案，通過在隧道拱頂120°進行小導(dǎo)管布設(shè)，其中，小導(dǎo)管長度設(shè)計為5m，其單排環(huán)相間距與雙層排距均設(shè)置為40cm，導(dǎo)管搭接長度控制為2m，以內(nèi)層小導(dǎo)管外插角為8°、外層小導(dǎo)管內(nèi)插角控制為40°，同時，內(nèi)層小導(dǎo)管數(shù)量設(shè)置為35根、外層小導(dǎo)管數(shù)量設(shè)置為37根的方案進行分布設(shè)置，以用于隧道洞口開挖的超前支護。此外，該隧道開挖超前支護施工中采用的小導(dǎo)管為熱軋無縫鋼管加工制成，導(dǎo)管直徑為42mm，管壁厚度為4mm，并且在管壁上設(shè)置有注漿孔，孔徑為8mm，間距為10cm，注漿孔呈梅花狀布置，在導(dǎo)管尾部60cm范圍內(nèi)不進行鉆孔設(shè)置，同時，對大管棚超前支護方案中隧道洞口段30m范圍的拱架間距調(diào)整設(shè)置為60cm，以確保在隧道開挖支護施工中，其開挖施工段的結(jié)構(gòu)安全，避免發(fā)生隧道塌陷、滑落等問題。如下圖1所示，即為該隧道進洞口施工中雙層小導(dǎo)管超前支護技術(shù)方案示意圖。

根據(jù)上述設(shè)計的雙層小導(dǎo)管超前支護隧道進洞施工方案，其在隧道進洞施工中的超前支護作用機理主要表現(xiàn)為，通過內(nèi)側(cè)一層注漿小導(dǎo)管的外插角8°傾斜，對即將開挖隧道外輪廓線附近圍巖結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定固結(jié)，并形成一層注漿固結(jié)圈，同時由外側(cè)一層外插角40°傾斜注漿小導(dǎo)管在與第一層注漿圈形成搭接后，構(gòu)成第二層的注漿加固圈，來促進圍巖固結(jié)區(qū)范圍加大，從而形成良好的支撐效果，對隧道進洞開挖施工安全以及開挖后洞口下沉變化進行控制和保障，確保其順利施工進行。該技術(shù)方案與大管棚超前支護方案相比，施工造價與成本相對較低，且施工操作相對方便，技術(shù)難度較低，對機械化的要求不高，更加適用于上述隧道施工工程。但是，該技術(shù)方案在施工中由于能夠超前支護的長度較小，一般在3至6米之間，導(dǎo)致其循環(huán)次數(shù)增加，需要頻繁進行工序交換進行。

3 雙層小導(dǎo)管超前支護在隧道進洞施工中的應(yīng)用

根據(jù)上述設(shè)計的雙層小導(dǎo)管超前支護技術(shù)方案，在該隧道進洞施工中，其具體工藝流程如圖2所示。

根據(jù)該隧道進洞的雙層小導(dǎo)管超前支護施工方案，在施工過程中，進行明洞開挖后應(yīng)及時進行注漿混凝土噴射以對開挖洞口的邊仰坡以及開挖輪廓面、掌子面進行封閉，以形成良好的支撐效果，避免引起開挖巖體掉落或下滑等發(fā)生，對施工安全造成不利影響。

其次，在隧道進洞施工中，對雙層小導(dǎo)管的布設(shè)需要根據(jù)進洞洞口的拱頂外輪廓中心高度以及支護距離進行合理布孔放樣，并使用插釬標(biāo)記，對小導(dǎo)管布設(shè)間距及排距進行合理控制，確保其符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

在鉆孔與小導(dǎo)管安設(shè)施工環(huán)節(jié)，對鉆孔直徑要求比小導(dǎo)管的鋼管中大20mm以上，對超前小導(dǎo)管支護設(shè)置按照環(huán)向間距為40cm、內(nèi)層單排設(shè)置35根、外插角控制為8°，外層單排設(shè)置37根、外插角控制為40°的標(biāo)準(zhǔn)，在導(dǎo)管縱向預(yù)留2m用于搭接實現(xiàn)，進行超前支護小導(dǎo)管布設(shè)，對布設(shè)小導(dǎo)管需要嚴(yán)格按照技術(shù)方案設(shè)計以熱軋無縫鋼管制成，其導(dǎo)管直徑應(yīng)為42mm，管壁厚度為4mm，單根導(dǎo)管長度為5m，以確保其超前支護的效果。此外，在小導(dǎo)管超前支護布設(shè)中，對導(dǎo)管前端注意加工成錐形，并對導(dǎo)管尾部進行加筋箍焊接，將管壁四周按照10cm間距進行鉆孔設(shè)置，單孔直徑為8mm，鉆孔呈梅花狀分布。

注漿施工環(huán)節(jié)，采用純水泥漿注漿，注漿壓力控制在0.6至1MPa，注漿的水灰比為0.8：1，注漿水泥使用425標(biāo)號水泥，注漿過程中為避免對工作面造成壓裂，需要加強注漿量的控制，在單根導(dǎo)管的注漿量滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)立即停止注漿操作，同時在導(dǎo)管孔口壓力與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)相符合但注漿量不足的情況，也應(yīng)立即停止注漿，避免有關(guān)問題發(fā)生。在注漿結(jié)束后需對注漿效果進行檢查，注漿效果檢查采用鉆孔檢查方式，對未滿足要求的注漿孔要及時進行補漿，以確保其在隧道進洞施工中的超前支護效果。此外，對上述隧道進洞施工中的雙層超前支護小導(dǎo)管全部在型鋼支撐上進行焊接固定，以促進其施工開展。

需要注意的是，在上述隧道進洞雙層小導(dǎo)管超前支護施工中，對小導(dǎo)管需要按照設(shè)計位置及角度在隧道進洞開挖輪廓線上進行打入，且其打入孔位誤差要控制在10cm以內(nèi)，同時插入角度誤差控制在3°以內(nèi)，對誤差較大的小導(dǎo)管需要對距離偏大孔間進行補管后，再進行注漿施工，以避免對施工效果產(chǎn)生不利影響;此外，對每根導(dǎo)管的打入長度應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計長度進行，且不能低于設(shè)計的長度標(biāo)準(zhǔn)，對于不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況，需要在隧洞開挖1米后進行補管和注漿操作，以對其超前支護效果進行保障。

4 結(jié)束語

總之，對雙層小導(dǎo)管超前支護在隧道進洞施工中的應(yīng)用分析，有利于促進其在隧道施工實踐中的推廣應(yīng)用，從而對隧道施工的質(zhì)量和安全進行保障，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻：

[1]劉文彬，任大勇，王旭升，等.隧道穿越淺埋段溝谷長管棚注漿加固施工技術(shù)[J].煤炭工程，2018，50（10）：30-32.

[2]李敏如.隧道施工中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的應(yīng)用優(yōu)勢及優(yōu)化[J].四川建材，2018，44（10）：161-162.

[3]劉和能，沈慶娥，楊俐，等.粉砂質(zhì)泥巖條件下隧道液壓破碎貫通施工技術(shù)[J].公路，2018，63（10）：199-202.

[4]劉秀芝.谷竹高速青峰隧道軟巖大變形控制技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2018（07）：69-72.

[5]秦長坤，皇民，潘夢陽.超前小導(dǎo)管注漿在大斷面軟弱圍巖隧道中支護效應(yīng)的數(shù)值分析[J].交通科技與經(jīng)濟，2018，20（03）：76-80.