高速公路隧道建設(shè)中的超前長(zhǎng)管棚施工技術(shù)

劉國(guó)慶

（中交二航局第二工程有限公司， 重慶 401120）

1 工程概況

文山至麻栗坡高速公路中的大法郞隧道是全線控制性工程，并且是整個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)難點(diǎn)部分。該隧道屬于特長(zhǎng)公路隧道，左線長(zhǎng)3390m，右線長(zhǎng)3375m，最大埋深206.5m，設(shè)計(jì)為分離式單向兩車道，設(shè)計(jì)速度80km/h。該隧道很大部分的地質(zhì)屬于較為破碎松散的巖體，容易發(fā)生滑坡、崩塌等事故，且?guī)r溶、破碎帶、斷層等地層也比較常見。補(bǔ)勘資料顯示藍(lán)色段為破碎松散堆積體，存在一定的裂隙，雖然具有豐富的地下水資源，但是也具有較多的破碎堆積體。

鉆探結(jié)果顯示：取出完整的芯樣較難實(shí)現(xiàn)；堆積體以板巖、炭質(zhì)頁巖風(fēng)化殘留形成的粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土、碎石、塊石為主，土中粗顆粒大約占到55%；大法郎隧道進(jìn)洞段的圍巖相對(duì)軟弱易破碎，但地下水豐富，在施工時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生初支大變形、掌子面溜塌等問題，另外突水突泥、坍塌、地表塌陷等災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)也較高。

本文以上述工程為背景，圍繞超前長(zhǎng)管棚施工技術(shù)展開詳細(xì)探討，以保證該工程的整體質(zhì)量。

2 超前長(zhǎng)管棚加固原理

超前長(zhǎng)管棚支護(hù)適用于地質(zhì)條件較差、淺埋偏壓且屬于塌方體或斷裂破碎帶的各種隧道工程，并且該方式不需要大型的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，工藝成熟，因此具有較高的經(jīng)濟(jì)適用性。

超前長(zhǎng)管棚是按照松馳荷載的理論進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)的，在洞口處通過套拱進(jìn)行環(huán)向后支撐，鋼管進(jìn)行縱向預(yù)支撐，在隧道開挖輪廓線外進(jìn)行環(huán)向排列從而形成鋼管棚，然后向其內(nèi)部注漿對(duì)周圍巖體進(jìn)行加固，最后與初期的支護(hù)結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定可靠的支護(hù)系統(tǒng)[1]。超前長(zhǎng)管棚廣泛應(yīng)用于易發(fā)生破碎的地層、塌方體、巖堆等地段，能夠明顯緩解軟弱危險(xiǎn)變形、松弛、沉降等現(xiàn)象，避免圍巖發(fā)生塌方、冒頂?shù)炔话踩鹿?。超前長(zhǎng)管棚具有較強(qiáng)的支護(hù)能力，能夠形成良好的支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)提高圍巖的穩(wěn)定性發(fā)揮重要作用，有效避免各類事故的發(fā)生，保證項(xiàng)目建設(shè)的安全性。

3 超前長(zhǎng)管棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 套拱設(shè)計(jì)

本隧道的套拱設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2m，內(nèi)部厚度為600mm 并設(shè)置工字鋼和鋼筋骨架，采用的混凝土標(biāo)號(hào)為C25。套拱能夠在一定程度上確保超前長(zhǎng)管棚鉆孔的精度，同時(shí)在套拱內(nèi)安裝長(zhǎng)2m 的導(dǎo)向管，由規(guī)格為φ127×5mm 無縫鋼管制成，導(dǎo)向管應(yīng)牢固的焊接于鋼拱架上。為避免在鉆孔過程中管棚超出隧道開挖界限，應(yīng)保證導(dǎo)向管具有2°的外插角。一般情況下，套拱混凝土進(jìn)行模筑施工，特殊時(shí)可以進(jìn)行噴射施工。

3.2 管棚主要技術(shù)參數(shù)

本項(xiàng)目隧道洞口段的圍巖強(qiáng)度較小，穩(wěn)定性較差，因此將超前長(zhǎng)管棚的長(zhǎng)度確定為40m。管棚鋼管是由規(guī)格為φ108mm×6mm 的Q235 無縫鋼管制成。管棚管節(jié)分別加工成3m 和6m 兩種類型的長(zhǎng)度，在管壁上設(shè)置注漿孔，相鄰孔的距離為300mm 并呈梅花形分布。每節(jié)管棚的第一節(jié)頭部應(yīng)加工為尖錐形，能夠防止施工時(shí)混入鉆渣影響施工質(zhì)量。為了避免在管棚注漿過程中發(fā)生漏漿現(xiàn)象，在距離最后一節(jié)管棚尾部2m 的范圍內(nèi)不設(shè)置注漿孔。本隧道項(xiàng)目所需要的超前長(zhǎng)管棚共計(jì)39 根，總長(zhǎng)度為1560m。

3.3 鋼拱架

為了有效增加導(dǎo)向管的剛度，需要在套拱內(nèi)設(shè)置4 根規(guī)格為20 號(hào)的工字鋼，相鄰兩根的間距為600mm，并通過φ22mm 鋼筋連接。

3.4 注漿

為了進(jìn)一步增加管棚周邊圍巖強(qiáng)度，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，通過水泥-水玻璃雙液注漿的方式對(duì)周邊圍巖進(jìn)行加固。使用注漿機(jī)將合理配比的漿液注入，并在作業(yè)過程中嚴(yán)格控制注漿量以及注漿壓力，若出現(xiàn)嚴(yán)重的漏漿現(xiàn)象需要及時(shí)封堵漏漿部位，滿足施工要求后再繼續(xù)注漿，同時(shí)加入適量的水玻璃增強(qiáng)注漿的質(zhì)量。

4 超前長(zhǎng)管棚施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

施工前應(yīng)組織相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)交底，研究施工圖紙，同時(shí)對(duì)施工人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，全面調(diào)查施工場(chǎng)地的地質(zhì)特點(diǎn)、水質(zhì)情況等因素。結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，制定合理的施工方案，并科學(xué)配置相應(yīng)人員。

4.2 邊仰坡防護(hù)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測(cè)量放樣，首先確定邊仰坡的開挖邊線，開挖與防護(hù)同時(shí)進(jìn)行。本項(xiàng)目邊仰坡通過錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的方式進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，其中錨桿由φ22mm 鋼筋支持，間距為2m；鋼筋網(wǎng)由直徑8mm 的盤條支撐，形成200mm×200mm 網(wǎng)格。

4.3 套拱立模

按照設(shè)計(jì)中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過4 榀20 號(hào)工字鋼對(duì)套拱內(nèi)模進(jìn)行支撐，并利用φ22mm 鋼筋連接。鋪設(shè)竹膠模板或木模板，利用腳手架實(shí)施加固作業(yè)可以避免發(fā)生跑模。為防止在套拱時(shí)出現(xiàn)較大沉降并侵入襯砌凈空，將套拱尺寸外擴(kuò)5cm。另外利用木模板作為外模，并用鋼筋進(jìn)行加固，同時(shí)架管、工字鋼形成外支撐。模板在拼裝應(yīng)確保緊密防止漏漿，為避免混凝土流入導(dǎo)向管需要選取合適的材料對(duì)管口實(shí)施封堵。

4.4 混凝土澆筑

澆筑時(shí)選用C25 混凝土，根據(jù)合理的配比進(jìn)行充分拌和，嚴(yán)禁隨意更改配比或原料?；炷撂涠葹?～8cm，水灰比保持在0.43 左右。在澆筑時(shí)應(yīng)按照分層澆筑、分層振搗的原則，通過振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，當(dāng)無氣泡冒出時(shí)可視為振搗完成。套拱兩側(cè)采取對(duì)稱澆筑的方式，兩側(cè)高差應(yīng)≤50cm。為避免發(fā)生走模，混凝土的澆筑量宜≤4m3/h。在澆筑時(shí)應(yīng)隨時(shí)關(guān)注模板的變化，若發(fā)現(xiàn)有走模的可能時(shí)需及時(shí)進(jìn)行支撐，若出現(xiàn)漏漿應(yīng)及時(shí)封堵?；炷翝仓瓿珊笫褂猛凉げ蓟蛲凉つみM(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間通常為5d，可以確保混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

4.5 鉆孔

當(dāng)套拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%時(shí)進(jìn)行鉆孔施工。當(dāng)鉆孔設(shè)備就緒后，先檢查其主軸是否與孔口中心保持一致，鉆孔時(shí)還需使用地質(zhì)羅盤儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔仰角，當(dāng)鉆孔作業(yè)出現(xiàn)偏差時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)整。鉆孔時(shí)通過鉆渣、鉆進(jìn)速度等分析圍巖的地質(zhì)特點(diǎn)，并防止發(fā)生跳鉆、卡鉆等情況。由于鉆進(jìn)工作對(duì)設(shè)備零件的損耗較大，因此應(yīng)提前備好充足的易損部件，防止延長(zhǎng)施工工期。另外在鉆孔結(jié)束后還應(yīng)徹底掃孔、清孔，保證孔內(nèi)無雜物。

4.6 頂管

管棚鋼管管節(jié)加工成3m 和6m 兩種，通過絲扣進(jìn)行聯(lián)結(jié)。頂管施工時(shí)通過挖掘機(jī)與人工配合的方式進(jìn)行，第一節(jié)選擇有尖錐的鋼管，接著安裝有注漿孔的鋼管，最后一節(jié)是尾部2m 范圍內(nèi)無孔的鋼管。頂管施工時(shí)按照跳孔安裝的方式，嚴(yán)格控制同一斷面接頭的數(shù)目，接頭位置應(yīng)至少錯(cuò)開1m，可以通過3m 和6m 管節(jié)交替安裝的方式避免接頭重合。

4.7 注漿

超前長(zhǎng)管棚注漿能夠加固管棚周邊的圍巖，填充圍巖空隙可以大大提升圍巖的強(qiáng)度。本項(xiàng)目通過水泥-水玻璃雙液注漿的方式對(duì)圍巖進(jìn)行加固，注漿的擴(kuò)散半徑應(yīng)≥0.5m。注漿施工前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)測(cè)試從而確定注漿的速度、壓力等參數(shù)，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。通過控制注漿量與注漿壓力完成注漿作業(yè)，單孔注漿量不應(yīng)低于設(shè)計(jì)值的80%，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值并保持2min 以上后即可結(jié)束注漿。注漿時(shí)按照先上后下的順序，并在作業(yè)邊線設(shè)置止?jié){墻，以免發(fā)生漏漿。

5 結(jié)束語

在公路隧道項(xiàng)目中采用管棚支護(hù)的方式施工時(shí)，應(yīng)全面分析施工場(chǎng)所的地質(zhì)條件、水文條件等，結(jié)合作業(yè)規(guī)模制定合理的施工方案，同時(shí)加強(qiáng)施工過程的質(zhì)量監(jiān)測(cè)，防止發(fā)生圍巖坍塌等事故，確保隧道開挖作業(yè)的安全。