城市復(fù)雜環(huán)境下淺埋暗挖隧道管棚施工方法探析

華林林 王迪 馬浩彭

淺埋暗挖隧道施工應(yīng)嚴(yán)格遵循“十八字方針”。其中超前支護(hù)管棚工程是控制的要點(diǎn)，對(duì)后續(xù)開挖安全影響重大，特別是在城市復(fù)雜環(huán)境下，更要對(duì)管棚施工的各個(gè)環(huán)節(jié)提前策劃、重點(diǎn)監(jiān)控，確保措施的落實(shí)。本文以某下穿城市道路隧道工程項(xiàng)目為例，對(duì)城市復(fù)雜環(huán)境下管棚施工進(jìn)行分析總結(jié)，并通過數(shù)據(jù)校核指導(dǎo)施工，保證工程安全與質(zhì)量。

一、項(xiàng)目背景

市民大道管廊與凱旋路交叉段采用下穿暗挖形式。凱旋路為城市主干道，現(xiàn)場情況不利，地表沉降、圍巖變形等難以控制。而淺埋暗挖超前支護(hù)體系能夠有效地限制地面沉降并全面地保持自然地層在穩(wěn)定狀態(tài)，研究表明，地面的整個(gè)沉降量的30%～40%是在一般支護(hù)開始發(fā)生作用之前發(fā)生的，超前支護(hù)特別是管棚的實(shí)施對(duì)加固地層、穩(wěn)定拱頂、減少地表沉降具有非常重要的作用。

二、工程概況

此次研究的項(xiàng)目為暗挖段地下綜合管廊項(xiàng)目，總長75m，結(jié)構(gòu)采用矩形箱涵斷面，布置2個(gè)艙，結(jié)構(gòu)外斷面為6.35（寬）×3.7（高），凈寬度分別為2.5米、2.6米，結(jié)構(gòu)埋深約7m。

管棚材料采用直徑108mm，壁厚δ=6mm的熱軋無縫鋼管；共52根（每端26根）每根縱向長度41m，管棚沿洞頂環(huán)向布設(shè)，間距300mm，注漿采用水泥單漿液。

三、工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析

1.地層情況復(fù)雜。該段城市道路為新近高填方路段，土質(zhì)以粉土為主夾雜砂土、建筑垃圾等，易塌孔、卡鉆等，使得管棚鉆孔困難。

2.地面交通繁重。該地區(qū)為正在建設(shè)的城市新開發(fā)區(qū)，作為該區(qū)域首條建成通車的城市主干道，車流量較大，特別是工程車等重載交通車輛多，對(duì)管棚質(zhì)量要求高。

3.地下管線復(fù)雜。作為市政道路，埋設(shè)管線較多，包括雨污水、熱力、電力、通訊、給水、燃?xì)獾龋渲形鬯芫€距離管廊結(jié)構(gòu)頂僅63cm，對(duì)長管棚鉆孔位置精度要求高。

4.結(jié)構(gòu)受力條件差。本管廊為矩形箱涵結(jié)構(gòu)斷面，受力條件較差，容易引起拱頂沉降，對(duì)管棚超前支護(hù)能力要求高。

5.社會(huì)關(guān)注度高。工程位于新開發(fā)區(qū)，距離政府單位較近，周邊群眾關(guān)注度較高，管棚施工過程需嚴(yán)格控制，確保各方滿意。

四、管棚施工方法及控制要點(diǎn)

超前大管棚為本隧道的主要超前支護(hù)，在隧道入洞之前在洞外實(shí)施，根據(jù)具體情況，決定選用孔口設(shè)密封裝置“超強(qiáng)管棚導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法”施工，即選用R780高強(qiáng)無縫管做管身，成孔和打設(shè)支護(hù)管一次完成。其主要程序如下。

1.預(yù)埋孔口管，安裝密封裝置，封閉工作面。

2.用108mm×6mm管做鉆具，前端裝有導(dǎo)向探頭（含回取裝置），采用泥漿護(hù)壁，利用有線導(dǎo)向儀監(jiān)控，隨鉆進(jìn)，隨調(diào)整，將支護(hù)管依次打入，同時(shí)將支護(hù)管接口焊接嚴(yán)密，直至達(dá)到設(shè)計(jì)長度。

圖1管棚縱斷面大樣圖

3.管棚施工工藝流程

鉆孔部位圍護(hù)樁破除—導(dǎo)向梁施工—修筑鉆機(jī)平臺(tái)—鉆機(jī)進(jìn)場—測(cè)量放線—鉆機(jī)就位—試鉆—跟管鉆進(jìn)—注漿。

4.管棚施工前準(zhǔn)備

（1）孔位測(cè)定：鉆孔前用全站儀定出管棚位置輪廓線，按孔間距定出孔位；鉆孔面必須按要求先噴一層混凝土進(jìn)行封閉，確保鉆孔面不出現(xiàn)坍塌。圍護(hù)樁破除采用手持風(fēng)鎬緩慢破除，盡量減少對(duì)防護(hù)體系的擾動(dòng)。

（2）C30混凝土護(hù)座施工：護(hù)座采用C30砼，內(nèi)設(shè)兩榀I25型鋼拱架，間距50cm，導(dǎo)向管采用φ152無縫鋼管，環(huán)向間距30cm，縱向與線路方向保持一致。

（3）機(jī)械設(shè)備就位：進(jìn)行場地平整后將鉆機(jī)安裝就位、固定。將鉆機(jī)與其它輔助設(shè)備連接妥當(dāng)、安全，按提前設(shè)計(jì)好的鉆孔角度調(diào)整鉆機(jī)傾角。

（4）組裝鉆具（鉆頭）

圖2管棚施工鉆頭示意圖

①取位置安放探棒；

②安裝焊接泥漿系統(tǒng)單向閥；

③焊接楔形板（通常與鉆桿角度為20°）；

④安裝焊接水眼板（水眼為8mm）；

⑤配置泥漿，準(zhǔn)備鉆進(jìn)施工。

（5）鉆孔

鉆孔前先檢查鉆機(jī)各部位運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,對(duì)非正常部位進(jìn)行更換，檢查水壓能否達(dá)到施工要求；鉆孔選用比管棚直徑大20～30 mm合金鉆頭，在鋼管一端管口焊接。鉆機(jī)采用管棚鉆機(jī)，隔孔施鉆。

（6）注漿

①注漿材料根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用1∶1水泥砂漿，水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

②注漿采用后退式注漿，利用自制的注漿套管與管棚用套絲連接，注漿套管上準(zhǔn)備有出氣管與進(jìn)漿管，由閥門來控制開關(guān)。

③關(guān)閉孔口閥門，啟注漿泵進(jìn)行管路壓水試驗(yàn),如有泄漏及時(shí)檢修，試驗(yàn)壓力等于注漿壓力。

④注漿時(shí)采取低壓力、中流量注入，結(jié)束注漿后將管口封堵,以防漿液倒流管外。

⑤注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及效果檢查：每3m注漿總量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)注漿量的80%，單孔注漿量不能小于設(shè)計(jì)注漿量的60%；超過偏差時(shí)應(yīng)補(bǔ)管注漿。

⑥注漿管制作

在管壁四周鉆間距為100mm、孔徑為16mm的花眼，梅花狀布置，尾部留250cm止?jié){段，導(dǎo)管前端應(yīng)加工成錐形。

圖3管棚注漿孔示意圖

圖4管棚注漿過程示意圖

五、結(jié)語

超強(qiáng)管棚跟管導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)的支護(hù)作用機(jī)理主要在于高強(qiáng)度（R780）無縫鋼管、跟管導(dǎo)向精確定位、漿液固結(jié)三者的充分融合。一方面使用跟管導(dǎo)向鉆解決位置偏差問題，避免了管棚鉆穿相鄰市政管線的風(fēng)險(xiǎn)并且使得管棚受力路線更加準(zhǔn)確清晰；另一方面采用高強(qiáng)無縫管材提高了管棚的支承能力，減小了圍巖變形；另外通過漿液固結(jié)作用，將鋼管與周圍松散、軟弱的地層形成復(fù)合穩(wěn)定的固結(jié)體，使周圍土層的力學(xué)性質(zhì)得到改變，穩(wěn)定性能得到加強(qiáng)。

總之，在城市復(fù)雜環(huán)境下，特別是在重載交通、高填方、管線毗鄰、矩形斷面等情況下，本文所述淺埋暗挖隧道管棚施工方法體現(xiàn)了較大的適用性，對(duì)于隧道施工安全、道路保通、文明環(huán)保、群眾滿意度等方面都發(fā)揮了巨大的優(yōu)越性，可為類似工程提供一定的經(jīng)驗(yàn)參考。