隧道大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

甘亮元

摘要：隨著高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路隧道的修建里程也隨之增加，管棚超前支護(hù)技術(shù)作為一種隧道施工技術(shù)，在隧道軟弱圍巖加固中得到廣泛應(yīng)用。隨著近年來(lái)施工技術(shù)的發(fā)展，使得管棚超前支護(hù)使用長(zhǎng)度增加，管徑擴(kuò)大，施工難度也不斷提高，施工中存在諸多不確定性，容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，保證施工質(zhì)量和安全，確保隧道施工的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：隧道;大管棚;超前支護(hù);施工技術(shù);質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：U455.7A291043

0 引言

隨著高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路隧道的修建里程也隨之增加，與此同時(shí)，隧道穿越軟弱破碎、松散、整體性較差圍巖施工中面臨的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)難題也日漸突出，特別是在通過(guò)淺埋、軟弱破碎巖體、塌方段等不良地層，施工難度大，施工風(fēng)險(xiǎn)較高，安全性差。管棚超前支護(hù)技術(shù)所需設(shè)備簡(jiǎn)單及工藝簡(jiǎn)單，工期短、效率高，支護(hù)效果好，經(jīng)常被應(yīng)用于軟巖隧道中穿越破碎帶、松散帶和軟弱地層。

管棚超前支護(hù)就是在開(kāi)挖洞頂輪廓線以外一定角度范圍內(nèi)，向開(kāi)挖面地層內(nèi)打入鋼管，利用鋼管和鋼格柵拱架構(gòu)成整體支撐體系，為開(kāi)挖及初期支護(hù)作業(yè)提供了安全保障，并通過(guò)鋼管向松散巖層內(nèi)壓注水泥漿液，加固軟弱破碎的地層，提高地層的自穩(wěn)能力。隧道的地質(zhì)一般較松軟，有時(shí)候還會(huì)涌水、涌砂層，而管棚施工在這中間就起到了超前支護(hù)的作用，管棚剛度較大，施工時(shí)如再次發(fā)生塌方，塌渣也是落在管棚上部巖渣上，起到緩沖作用。但是管棚支護(hù)施工工藝較為復(fù)雜，施工工序繁瑣，影響施工質(zhì)量的因素眾多，施工過(guò)程一旦控制不好，就容易出現(xiàn)長(zhǎng)管棚難以控制其導(dǎo)向，管棚注漿的效果得不到保證等質(zhì)量問(wèn)題，這就直接影響到隧道施工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生隧道垮塌等重大質(zhì)量安全事故。因此，在施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，確保各工序施工質(zhì)量滿足技術(shù)要求，以保證隧道施工的順利進(jìn)行。

1 工程概況

某隧道區(qū)屬巖溶峰叢洼地地貌，隧道所穿越的山體陡峻，山體間的洼地地形平坦，多呈平鍋底狀，隧道進(jìn)洞口處于相對(duì)比較軟的地層巖，層間的結(jié)合力較差，工程力學(xué)性質(zhì)差，容易出現(xiàn)變形、坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。為保障安全施工，控制隧道變形，本工程設(shè)計(jì)采用臺(tái)階法結(jié)合管棚注漿預(yù)支護(hù)技術(shù)，加固掌子面前方圍巖，控制圍巖變形。在進(jìn)出口洞口地段采用108 mm大管棚超前支護(hù)，超前支護(hù)設(shè)置于拱部134°范圍，管棚采用108×6 mm的無(wú)縫鋼管制作，環(huán)向間距40 cm，大管棚終端與超前小導(dǎo)管搭接。本工程對(duì)施工管棚的精度要求高，施工難度大，需要在具體的施工中加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，保證施工質(zhì)量、安全和工期。

2 施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

本工程大管棚超前支護(hù)的施工流程為：施工準(zhǔn)備→施作套拱→管棚鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)→安裝管棚鋼管→鋼管內(nèi)外注漿→洞身開(kāi)挖及支護(hù)。

2.1 施工準(zhǔn)備

本工程采用套拱作為管棚導(dǎo)向墻，在進(jìn)行隧道洞口管棚施工時(shí)，在明洞開(kāi)挖至明暗交接處時(shí)，預(yù)留管棚施工平臺(tái)，并根據(jù)管棚鉆機(jī)長(zhǎng)度、高度、管棚施作角度等提前擴(kuò)挖隧道斷面，形成管棚工作室。開(kāi)挖的管棚工作室空間應(yīng)足夠大，能滿足搭設(shè)管棚施工平臺(tái)要求，同時(shí)對(duì)管棚工作室布點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，保證管棚工作室段落支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。

2.2 施作套拱

2.2.1 測(cè)量放線

基坑開(kāi)挖到設(shè)計(jì)位置并對(duì)基底進(jìn)行處理后，采用全站儀對(duì)隧道軸線及套拱施工斷面進(jìn)行細(xì)部放樣，根據(jù)測(cè)量放樣確定導(dǎo)向墻位置，埋設(shè)樁位或做測(cè)量標(biāo)記，以方便施工。

2.2.2 工字鋼安裝

本工程套拱內(nèi)設(shè)3榀Ⅰ20 a工字鋼架，每榀間距0.75 m，每榀鋼架分為五個(gè)單元，各單元工字鋼通過(guò)連接板焊接并用螺栓連接牢靠。3榀鋼架間縱向用22 mm鋼筋連接，間距1 m間。鋼架安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)中線及水平位置進(jìn)行架設(shè)，鋼架的下端設(shè)在C15混凝土基礎(chǔ)上，確保下沉受控。

2.2.3 導(dǎo)向管安裝

工字鋼架架設(shè)完成后，安裝管棚導(dǎo)向管，本工程用127 mm壁厚4 mm長(zhǎng)2.0 m的無(wú)縫鋼管作為導(dǎo)向管，間距50 cm。安裝導(dǎo)向管時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制導(dǎo)向管的環(huán)向間距及縱向位置，經(jīng)精確計(jì)算測(cè)量后焊接在鋼拱架上固定，防止導(dǎo)向管在灌注混凝土?xí)r發(fā)生位移。安裝導(dǎo)向管時(shí)，為免管棚鉆機(jī)鉆孔侵入洞身開(kāi)挖斷面，導(dǎo)向管縱向應(yīng)與線路方向需一致，外插角角度為2°～3°，安裝導(dǎo)向管時(shí)需與端模抵緊，同時(shí)采取措施牢牢固定在端模上，以避免混凝土澆注時(shí)砂漿進(jìn)入并堵塞導(dǎo)向管。

2.2.4 模板安裝

在進(jìn)行套拱內(nèi)外模均采用5 cm木板，木模板之間通過(guò)對(duì)拉鋼筋連接。為確保凝土澆注過(guò)程中支撐系統(tǒng)穩(wěn)定，木模板與鋼拱架之間采用扒釘或鋼釘連接牢固，木模板間連接采用加背撐方式進(jìn)行加固。模板與混凝土接觸面需涂刷脫模劑，并對(duì)模與模之間的夾縫縫嚴(yán)，保證不漏漿。

2.2.5 混凝土澆筑

（1）在進(jìn)行套拱混凝土澆筑前，需再次對(duì)導(dǎo)向管、模板進(jìn)行檢查，套拱澆筑采用C25混凝土，厚60 cm，澆筑順序?yàn)樽怨澳_兩側(cè)對(duì)稱澆筑，直至拱頂，以避免鋼拱架變形而影響孔口導(dǎo)向管的方向。

（2）混凝土的澆筑嚴(yán)格遵守混凝土規(guī)程辦理，在施工過(guò)程中，為保證混凝土的密實(shí)性，應(yīng)及時(shí)振搗，振搗時(shí)要求振搗棒垂直插入，搗固棒移動(dòng)間距不大于有效振動(dòng)作業(yè)半徑的1.5倍，振搗過(guò)程中振搗棒嚴(yán)禁與鋼筋、預(yù)埋件等接觸，混凝土需振搗至表面不再冒出氣泡、不再下沉且均勻泛漿為止。振搗過(guò)程中設(shè)專人觀測(cè)導(dǎo)向管的位置是否有移動(dòng)，如出現(xiàn)移動(dòng)應(yīng)立即停止振搗，并對(duì)導(dǎo)向管位置進(jìn)行校正。

（3）混凝土施工完畢后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可拆模，拆模后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)。套拱施工完成后，噴射混凝土封閉周圍仰坡面，以防止?jié){液從周圍仰坡滲漏。

2.3 鉆孔

2.3.1 鉆機(jī)就位

根據(jù)鉆機(jī)自身高度確定臺(tái)階的開(kāi)挖高度，挖至臺(tái)階底部時(shí)，形成管棚鉆機(jī)施作平臺(tái)。鉆機(jī)就位時(shí)根據(jù)施工放樣準(zhǔn)確位置安裝和固定鉆機(jī)，并嚴(yán)格進(jìn)行機(jī)位調(diào)整。鉆孔采用管棚鉆機(jī)進(jìn)行，鉆機(jī)入孔的方位角及傾角必須根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)嚴(yán)格控制，保證打入管棚角度符合要求，鉆桿前端準(zhǔn)確就位于測(cè)量放樣點(diǎn)位，鉆機(jī)后端根據(jù)三維坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)嚴(yán)格調(diào)整水平分角和豎直分角，保證鉆孔角度符合要求。鉆孔角度可根據(jù)地質(zhì)條件和鉆孔情況作適當(dāng)調(diào)整，并隨時(shí)用測(cè)斜儀量測(cè)角度和鉆進(jìn)方向。

2.3.2 鉆進(jìn)施工

鉆機(jī)開(kāi)鉆時(shí)，采用低速慢進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中仔細(xì)觀察鉆桿與導(dǎo)向孔壁的摩擦情況，以確定鉆桿前進(jìn)方向，待孔鉆進(jìn)約2 m后，即可均勻加速鉆孔。鉆進(jìn)過(guò)程中不斷向孔內(nèi)吹入高壓風(fēng)，將孔內(nèi)鉆渣排出孔外。鉆進(jìn)時(shí)要隨著地質(zhì)的不斷變化，相應(yīng)地調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，以保證精度。鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，退出鉆桿，用高壓風(fēng)吹孔，清除孔里面的鉆渣。

2.4 大管棚安裝

2.4.1 管棚的加工

本工程大管棚采用直徑為108 mm，壁厚為8 mm的熱軋無(wú)縫鋼管，管棚鋼管節(jié)分成長(zhǎng)3 m和6 m兩種。鋼管前端呈尖錐狀，管壁四周鉆16 mm注漿孔，孔間距20 cm，呈梅花型布置，尾部焊有加筋箍且2.4 m范圍內(nèi)不鉆孔。管棚采用人工配合機(jī)械頂進(jìn)安裝，逐節(jié)接長(zhǎng)，用30 cm長(zhǎng)90×5 mm的鋼管作為接長(zhǎng)管節(jié)的接頭鋼管，并外留2 cm空隙進(jìn)行滿焊連接，大管棚示意圖如圖1所示。

2.4.2 管棚頂進(jìn)

下管前要先對(duì)每個(gè)鉆孔的鋼管進(jìn)行配管和編號(hào)，下管時(shí)按照編號(hào)分段施工。管棚安裝前，用高壓風(fēng)對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行掃孔、清孔，對(duì)棚管進(jìn)行質(zhì)量檢查，并清除干凈管材內(nèi)的鐵屑、銹皮等雜物。根據(jù)快速施工的要求，本工程采用挖掘機(jī)在人工配合下頂進(jìn)鋼管。頂進(jìn)時(shí)，采用6 m或3 m節(jié)長(zhǎng)的管節(jié)交替使用，以保證同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)≤50%，鋼管頂端必須打入圍巖2 m以上。

2.4.3 孔口封堵

在鋼管內(nèi)插入注漿管和排氣管，排氣管要深入孔底。對(duì)預(yù)留的管口進(jìn)行保護(hù)后，對(duì)孔口空隙進(jìn)行封堵和施作掌子面噴射混凝土止?jié){墻。鋼管與導(dǎo)向管間隙用速凝水泥或其他材料堵塞，管口用麻絲和錨固劑封堵，堵塞時(shí)設(shè)置進(jìn)漿孔和排氣孔。封閉鋼管尾部，后用環(huán)形楔環(huán)頂緊，最后用電焊將楔形環(huán)焊接在管棚上。

2.5 注漿

2.5.1 漿液配制

水泥漿液攪拌在臥式攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行，本工程漿液采用水灰比為1∶1的水泥漿液，根據(jù)拌和機(jī)容量大小，嚴(yán)格按要求投料;配制漿液時(shí)，要注意加料順序和速度，注漿過(guò)程中不停攪拌漿液。漿液隨配隨用，要有良好的流動(dòng)性、可注性，拌好的漿液在進(jìn)入貯漿槽及注漿泵之前均應(yīng)被過(guò)濾。

2.5.2 注漿施工

（1）注漿前在洞口管棚起點(diǎn)套拱襯砌內(nèi)輪廓線和外輪廓線處噴射一層混凝土作為止?jié){墻，對(duì)掌子面進(jìn)行封閉，防止注漿時(shí)漏漿。注漿前用高壓風(fēng)對(duì)管棚鋼管進(jìn)行吹洗，防止雜物堵塞注漿孔。注漿前先檢查管路暢通和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，確認(rèn)機(jī)械正常后進(jìn)行漿液各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)試驗(yàn)，確定合理的注漿參數(shù)。

（2）本工程采用1臺(tái)BW-250/50型注漿泵注漿，注漿順序?yàn)橄鹊涂缀蟾呖?，先無(wú)水孔后有水孔，可從拱腳起向隧道拱頂鋼管方向推進(jìn)。注漿采用分段注漿，漿液先稀后濃，注漿速度一般由快到慢，初壓為0.5～1.0 MPa，終壓為5.0 MPa，注意控制注漿量，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。注漿時(shí)，注意檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無(wú)串漿現(xiàn)象，發(fā)生串漿時(shí)要及時(shí)堵塞串漿孔。

（3）注漿結(jié)束后及時(shí)封閉止?jié){閥，先對(duì)鋼管進(jìn)行清孔，清孔完畢后立即用M30水泥砂漿充填鋼管，注漿管口埋入砂漿深度≥30 cm，以增加鋼管強(qiáng)度。

2.6 施工效果

本工程采取相應(yīng)施工控制措施，大管棚施工精度高，相應(yīng)地加快了施工進(jìn)度，有效地控制地表下沉，減少了超挖與回填量及施工時(shí)間，提高了工效，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，隧道大管棚超前支護(hù)施工條件復(fù)雜，施工工序繁瑣，施工質(zhì)量要求高，因此，在工程施工過(guò)程中，應(yīng)該結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況，合理地制定工程施工方案，加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量控制，確保施工質(zhì)量和施工安全，保證隧道的建設(shè)質(zhì)量以及社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂正國(guó).公路隧道中管棚支護(hù)施工技術(shù)研究[J].黑龍江交通科技，2019（8）：158，160.

[2]趙凌紅.隧道管棚超前支護(hù)施工工藝和常見(jiàn)的施工質(zhì)量通病及預(yù)防措施[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2018（8）：142-143，146.

[3]朱文盛，劉 東.公路隧道支護(hù)施工技術(shù)[J].交通世界（下旬刊），2017（27）：102-103.

[4]薛守壯.隧道大管棚超前支護(hù)施工關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)施要點(diǎn)解析[J].科技視界，2016（13）：235.

收稿日期：2020-05-08