折多山隧道進(jìn)口塊石堆積層管棚施工技術(shù)總結(jié)

王寶明 楊金橋 張遠(yuǎn)昌 周 易 劉顏瑞

（成都華川公路建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610041）

1 工程概況

折多山為大雪山一脈，是重要的地理分界線。折多山最高峰海拔4 900 m，隧道進(jìn)口海拔3 762 m，與康定市的海拔落差達(dá)1 800 m，隧道全長8 475 m，該隧道的修建對于提高國道318交通安全，增強(qiáng)應(yīng)急保障能力，保障國家安全，鞏固邊疆國防具有十分重要的意義。

2 地形、地質(zhì)情況

進(jìn)口地形情況：進(jìn)口端地勢平緩，主要由崩坡積塊石土組成，松散—中密，坡表塊石局部架空，巖性為黑云花崗巖，厚度大、強(qiáng)度高，受外傾與緩傾裂隙面切割，局部淺層穩(wěn)定性較差，地下水呈浸潤—點(diǎn)滴狀，局部股狀流出，覆蓋層厚度20～60 m，地勢由西向東傾斜，斜坡植被發(fā)育，地貌為中高山構(gòu)造剝蝕地貌，河谷內(nèi)分布有長條狀的河流侵蝕堆積地貌，隧道軸線與等高線小角度斜交，存在偏壓。主洞口設(shè)有25 m的明洞，平導(dǎo)口設(shè)15 m明洞。平導(dǎo)洞口位置圖和工程地質(zhì)縱斷面圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 平導(dǎo)洞口位置圖

圖2 工程地質(zhì)縱斷面圖

3 設(shè)計情況

針對隧道洞口為淺埋、偏壓及堆積體的特殊地質(zhì)條件，設(shè)計采用沿隧道測量線外8.4 m設(shè)置抗滑樁，以抵抗坡體偏壓，避免隧道進(jìn)洞時或掌子面產(chǎn)生滑動。洞口臨時開挖邊仰坡采用噴錨網(wǎng)防護(hù)，具體措施為掛Φ8@30鋼筋網(wǎng)，噴C25混凝土均厚10 cm，Φ42注漿小導(dǎo)管（壁厚4 mm），間距1.5 m，交錯布置。洞口超前支護(hù)為拱部120°范圍設(shè)置Φ108大管棚，間距40 cm，單根長40 m。共35根。因隧道口多為孤石堆積體，縫間夾砂礫土，塊石強(qiáng)度高，管棚成孔困難。經(jīng)設(shè)計、業(yè)主現(xiàn)場研究，確定采用跟管鉆進(jìn)，管棚長度由40 m調(diào)整為25 m。

4 跟管鉆進(jìn)法施工

4.1 施工原理

跟管鉆進(jìn)法是在跟管過程中，主要是通過跟管鉆具在給進(jìn)破巖的同時利用管靴與鉆頭上的臺階拖著套管同步跟進(jìn)，實(shí)現(xiàn)成孔與鋼管推進(jìn)同步完成。

該技術(shù)主要應(yīng)用在松散破碎巖體中，以解決巖體空隙率高不易成孔的難題，避免對松散體注漿增加投資，也有效加快施工進(jìn)度，保證洞口開挖安全。隧道的施工建設(shè)一般都位于地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)，環(huán)境惡劣，而跟管鉆進(jìn)法是一種特殊的鉆進(jìn)方法，在松散地層和流沙層施工中，應(yīng)用此方法可以有效防止鉆進(jìn)過程中的孔壁坍塌或者流沙充塞鉆孔。

超前管棚是隧道施工中最常見的進(jìn)洞安全保證措施，對隧道管棚施工有重要的意義和作用。因此，在施工過程中，相關(guān)工作人員需充分了解和掌握跟管鉆進(jìn)法施工的工藝流程，以確保隧道施工的安全順利進(jìn)行。跟管鉆進(jìn)施工設(shè)施結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 跟管鉆進(jìn)施工設(shè)施結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 跟管鉆進(jìn)法施工

4.2.1 工藝流程

跟管鉆進(jìn)長管棚施工工藝流程如圖4所示。

圖4 跟管鉆施工工藝流程

4.2.2 施工

（1）人員設(shè)備配置如表1所示。

表1 施工人員、機(jī)械一覽表

施工配備1臺維克特CLY14潛孔鉆機(jī)、1臺20 m3空壓機(jī)，采用Φ108鉆頭、Φ70鉆桿，鉆機(jī)配3個操作工人。正常情況下，鉆機(jī)平均每小時鉆進(jìn)2～4 m。

（2）管位復(fù)測。鉆機(jī)就位前對管棚位置在套拱上進(jìn)行復(fù)測，紅油漆做出標(biāo)記，確?？孜粶?zhǔn)確無誤。

（3）鉆機(jī)平臺搭建及鉆機(jī)定位。鉆機(jī)平臺在洞口預(yù)留平臺上，用枕木和鋼管腳手架搭好，鉆機(jī)由高孔位向低孔位連續(xù)施工，縮短移動鉆機(jī)時間，便于鉆機(jī)定位。鉆機(jī)應(yīng)置于穩(wěn)固地面或搭設(shè)的平臺上，防止施鉆時鉆機(jī)不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質(zhì)量。

鉆機(jī)定位：鉆機(jī)軸線與已設(shè)定好的孔口管軸線相吻合，精確核定鉆機(jī)位置。用全站儀、掛線、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的方法，反復(fù)調(diào)整。

（4）鉆具組裝及導(dǎo)向系統(tǒng)連接。①鉆具采用潛孔鉆機(jī)，根據(jù)安裝套管直徑，選擇合適的鉆頭，鉆頭由鉆頭和沖擊器組成。②管棚鋼管加工成1.5 m一節(jié)，在專用的管床上加工絲扣。第一節(jié)鋼管與管靴在廠內(nèi)焊接完成，作為鉆頭導(dǎo)向裝置。③鉆頭沖擊器與管靴通過管系內(nèi)卡口咬合，鉆頭露在管靴外，用于鉆進(jìn)。

（5）跟管鉆進(jìn)施工。①在每孔的第一節(jié)管打設(shè)時，奇偶孔分別用2.5 m和2 m的鋼管，并安裝管靴。以后每節(jié)均采用1.5 m鋼管。②鉆頭與管靴連接后，放入導(dǎo)向管內(nèi)，鉆桿穿過第一節(jié)鋼管與鉆頭連接，將巖體沖擊、研磨、擠密成孔，利用沖擊器帶動管棚鋼管鉆進(jìn)。③第一節(jié)鋼管鉆進(jìn)到位后，繼續(xù)安裝鉆桿及管棚鋼管。待鉆到設(shè)計管棚長度后，反轉(zhuǎn)鉆桿，使鉆頭退回管內(nèi)，取出鉆頭及鉆桿，進(jìn)行下一根管棚鉆進(jìn)。④鉆進(jìn)過程中經(jīng)常用測斜儀測定位置，調(diào)整鉆進(jìn)方向。⑤做好鉆進(jìn)過程原始記錄，對孔口巖屑地質(zhì)判斷、描述，作為開挖洞身的地質(zhì)預(yù)探資料，指導(dǎo)洞身施工依據(jù)。⑥鉆進(jìn)時，少量鉆渣通過注漿孔進(jìn)入管內(nèi)，鉆進(jìn)結(jié)束后，用高壓氣從管底向管內(nèi)口清理鉆渣。

5 折多山隧道管棚施工情況

折多山隧道洞口設(shè)計管棚35根，間距40 cm，每根長2+23 m，其中套拱內(nèi)2 m，實(shí)際入巖23 m。

5.1 設(shè)計參數(shù)

（1）鋼管規(guī)格：P110地質(zhì)管，Ф108 mm，壁厚6 mm，節(jié)長1.5 m、2 m。（2）鋼管內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，鋼筋籠主筋4×Φ16，采用Φ6.5 鋼環(huán)（壁厚5 mm）作固定環(huán)，間距為20 cm，與鋼筋籠主筋焊接。（3）管距：環(huán)向間距為 40 cm；外插角：1～2°。（4）鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長15 cm。

5.2 施工情況

在主洞施工中，采用P110地質(zhì)套管作為跟管施工，進(jìn)展順利，因P110管鋼材級別高，管靴及接頭均經(jīng)過熱成型處理，在潛孔鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中能快速穿過花崗巖堆積體，平均進(jìn)度6.25 m/h，但P110管造價較高，為適當(dāng)降低費(fèi)用，購買了兩根R780地質(zhì)管做實(shí)驗(yàn)，在鉆進(jìn)過程中由于管靴及套管間連接剛度不足，跟管隨鉆進(jìn)的加深與巖石的摩阻力加大，在達(dá)到20 m左右時套管無法繼續(xù)跟進(jìn)。為滿足總長25 m要求，只能采用鋼級更高的P110地質(zhì)套管作為跟管材料。

洞身開挖過程，除個別長度不夠及偏斜較大外，總體施工精度滿足質(zhì)量要求，杜絕了淺埋偏壓堆積體施工整體沉降和變形的風(fēng)險，因塊石縫隙間以碎礫石土為主，為避免砂礫石土坍塌，采用單層Φ42超前小導(dǎo)管進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，每循環(huán)進(jìn)尺0.6 m，每隔一榀拱架施工一層超前導(dǎo)管，間距40 cm，設(shè)置于兩管棚之間。

設(shè)計管棚外插角1～2°，考慮跟管鉆進(jìn)剛度大，鉆桿在25 m長度內(nèi)下傾值有限，故實(shí)際采用1°外插角，經(jīng)開挖揭示上傾值約40 cm，與計算值基本相當(dāng)。

鉆機(jī)：跟管過程中套管需克服巖層的摩阻力，普通管棚鉆機(jī)鉆速和推進(jìn)力難以達(dá)到跟管鉆進(jìn)要求，采用維克特潛孔鉆機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 維克特潛孔鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

P110地質(zhì)套管如圖5所示，管靴、跟管鉆頭、施鉆以及接管示意圖如圖6～圖9所示。

圖5 P110地質(zhì)套管

圖6 管靴

圖7 跟管鉆頭

圖8 施鉆

圖9 接管

6 跟管鉆進(jìn)法評價

以前常規(guī)堆積體洞口段需先地表注漿固結(jié)，再施工管棚，費(fèi)用高，工期長，跟管鉆可直接在復(fù)雜地質(zhì)條件下成孔，避免了塌孔、卡鉆、進(jìn)管困難等問題，可推廣使用。

跟管鉆進(jìn)長度與所用跟管材料、地質(zhì)情況直接相關(guān)，在花崗巖堆積體若需施作20 m以上管棚，需采用P110級以上鋼管方可保證連接部位足夠剛度。由于跟管原材料采用熱成型處理，造價較高，且跟管鉆進(jìn)工藝較普通管棚鉆孔更復(fù)雜，工序較多，因此跟管鉆進(jìn)相對普通管棚費(fèi)用高。但與地表注漿后施工管棚相比較，費(fèi)用相對較低且工期短。適合在普通管棚成孔困難下采用，有效提高管棚施工質(zhì)量，為隧道安全快速進(jìn)洞創(chuàng)造條件。