管棚超前支護(hù)技術(shù)在城市隧道工程中的應(yīng)用

劉城

【摘要】在城市隧道工程施工中，管棚超前支護(hù)是十分重要的輔助技術(shù)類型，不僅能夠提升掌子面穩(wěn)定性，同時(shí)還可避免地表嚴(yán)重下沉，施工方式快速便捷，可保證隧道工程施工安全性。對(duì)此，本文首先對(duì)管棚工藝進(jìn)行介紹，然后對(duì)管棚的配置形式進(jìn)行分析，并以某城市隧道工程為研究對(duì)象，對(duì)管棚超前支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)探究。

【關(guān)鍵詞】管棚工藝;配置形式;施工

1、引言

管棚是隧道工程施工中十分常見的超前支護(hù)方式，可被應(yīng)用于隧道工程開挖洞口段以及淺埋洞身段施工中。對(duì)于隧道工程斷裂破碎帶以及淺埋偏壓不良地質(zhì)施工段，均可應(yīng)用管棚超前支護(hù)施工技術(shù)，支護(hù)施工效果比較好。因此，對(duì)管棚超前支護(hù)技術(shù)在城市隧道工程施工中的應(yīng)用方式進(jìn)行深入研究意義重大。

2、管棚工藝概述

在城市隧道工程施工中，在管棚超前支護(hù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，首先可在隧道工程開挖外輪廓上進(jìn)行鉆孔，要求根據(jù)洞軸合理控制鉆孔間距，然后再安裝慣性矩較大的鋼管，再利用注漿施工方式固結(jié)巖體，進(jìn)而達(dá)到預(yù)支護(hù)施工效果。在管棚施工中，可利用鋼管材料進(jìn)行縱向預(yù)支持，然后再利用鋼拱架發(fā)揮環(huán)向支撐作用，不僅整體剛度大，而且能夠有效控制圍巖變形，使其能夠承受早期圍巖壓力作用。管棚一次超前量大，鋼管安裝次數(shù)比較少，與開挖施工之間的相互干擾比較小，有利于進(jìn)行全斷面施工，提升隧道工程施工效率。

3、管棚的配置形式

在隧道工程施工中，不同隧道工程施工區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形條件以及地層性質(zhì)差異比較大，因此鋼管配置形式也有較大差異，主要可分為七種形式，如圖1所示，具體如下：（1）扇形配置形式。如果隧道工程斷面內(nèi)部地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較高，而拱部附近地層穩(wěn)定性交叉，則可應(yīng)用扇形配置方式。（2）半圓形配置形式。如果隧道工程下半部地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而拱線以上地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，則可利用半圓形配置形式。（3）門型配置形式。如果隧道工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但是斷面內(nèi)部地層以及上部地層穩(wěn)定性交叉，則可應(yīng)用門型配置形式。（4）全周形配置形式。如果隧道工程施工區(qū)域地層條件為軟弱地層，或者膨脹性、擠出性圍巖比較差，則可利用全周形配置形式。（5）上半單側(cè)配置形式。部分隧道工程一側(cè)施工位置有道路工程、鐵路工程或者其他工程項(xiàng)目，或者隧道工程位于斜坡地層中，并形成偏壓狀況，則可應(yīng)用全周形配置形式。（6）上半雙排配置形式。如果隧道工程上部有重要設(shè)施，或者拱部地層穩(wěn)定性較差，則可應(yīng)用上半雙排配置方案。（7）一字形配置形式。如果隧道工程處于鐵路工程或者公路工程正下方，則可應(yīng)用一字形配置形式。

4、城市隧道工程概況

某隧道工程總長(zhǎng)度為370m，為短隧道工程，該隧道工程設(shè)計(jì)路面高程為1093.2m，設(shè)計(jì)路面高程1074.9m，縱向單坡坡度為-4.74%。該隧道工程為連拱隧道，隧道工程路面寬度為9m，邊線間距2.1m，為淺埋隧道工程。

在該隧道工程施工中，管棚布置形式如圖2所示。（1）在隧道工程走向，管棚工作室長(zhǎng)度為3m，以12m～15m間距進(jìn)行布置。（2）對(duì)于隧道工程拱起位置，需設(shè)置長(zhǎng)管棚，對(duì)于隧道工程拱部，需設(shè)置鋼管，在各個(gè)斷面設(shè)計(jì)35根鉆孔，管棚與管心之間的距離為40cm。（3）在臨近管棚搭接施工中，對(duì)于搭接長(zhǎng)度，需控制在1m以上。（4）綜合考慮該隧道工程地下管線布局形式以及管棚長(zhǎng)度，采用測(cè)斜儀對(duì)仰角進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于仰角，需控制在3°～6°之間。（5）鉆孔直徑為130mm，在管棚施工中，鋼管材料為熱軋無縫鋼管，鋼管材料壁厚為6mm，節(jié)長(zhǎng)為1.5m。（6）在本工程注漿施工中，采用ps32.5水泥，根據(jù)試驗(yàn)配置，水灰比為0.5：1，在漿液配置中，需加入一定量復(fù)合減水劑，將混凝土固結(jié)強(qiáng)度控制在C20以上。

5、管棚超前支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)

5.1管棚支護(hù)施工準(zhǔn)備

（1）施工材料和機(jī)械設(shè)備。在管棚超前支護(hù)施工中，機(jī)械設(shè)備包括潛孔鉆、吊車、注漿泵以及挖掘機(jī)等，將各類機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于原材料質(zhì)量進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，保證各類原材料參數(shù)符合施工要求。（2）現(xiàn)場(chǎng)布局。對(duì)管棚超前支護(hù)施工場(chǎng)地進(jìn)行科學(xué)合理的布局，對(duì)隧道工程洞口地質(zhì)條件、偏壓情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，對(duì)地面進(jìn)行整平和夯實(shí)處理，在隧道洞頂開挖截水溝，在隧道洞口兩側(cè)設(shè)置排水設(shè)施。（3）技術(shù)準(zhǔn)備。對(duì)隧道工程施工圖紙、施工現(xiàn)場(chǎng)勘察資料進(jìn)行分析，加強(qiáng)高程控制，合理設(shè)置水準(zhǔn)基樁。組織施工隊(duì)伍，對(duì)施工人員做好技術(shù)交底工作。

5.2管棚工作室開挖和支護(hù)

在本工程施工中，對(duì)于管棚施工工作室，需縱向開挖40cm，設(shè)計(jì)開挖程度為3m。在開挖施工中，應(yīng)用高頻振動(dòng)錘，激振力220kN。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，該隧道工程上方有建筑工程，因此要求對(duì)沉降量進(jìn)行有效控制，綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用中隔斷閥以及正臺(tái)階法施工方式。在利用振動(dòng)錘進(jìn)行開挖施工時(shí)，對(duì)于振動(dòng)沉拔樁速度，應(yīng)控制在4m/min～7m/min之間。在開挖施工前，首先需對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量定位，為了保證振動(dòng)樁錘施工性能，要求對(duì)減振裝置進(jìn)行潤(rùn)滑處理，如果減震器幅度超過規(guī)定值，則應(yīng)及時(shí)找出原因，并進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際施工中，如果液壓操縱失靈，或者軟管破碎，則要求作業(yè)人員立即停機(jī)，并采取有效的安全防護(hù)措施。在開挖施工完成后，即可進(jìn)行錨桿施工，合理設(shè)置鋼拱架、鋼筋網(wǎng)，然后進(jìn)行混凝土噴射施工，提升圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最后進(jìn)行封閉處理。

5.3鉆機(jī)平臺(tái)搭設(shè)

對(duì)掌子面進(jìn)行測(cè)量放樣，并做好管棚孔位標(biāo)記，搭設(shè)施工作業(yè)平臺(tái)。在施工作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)施工中，必須綜合考慮鉆孔位置。在搭設(shè)施工過程中，根據(jù)鉆孔作業(yè)要求控制施工傾斜度以及鉆機(jī)高度。為了提升施工作業(yè)平臺(tái)穩(wěn)定性，對(duì)于平臺(tái)支撐點(diǎn)鋼管，應(yīng)深入地層以下50cm，并利用縱橫掃地桿進(jìn)行連接，即可避免在鉆進(jìn)施工中發(fā)生不均勻沉降。

5.4鉆孔施工

通過對(duì)該城市隧道工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，進(jìn)、出口地質(zhì)條件比較差，需應(yīng)用直徑108mm×6大管棚施工方式。在洞口土石方開挖施工完成后，即可形成核心土以及洞面，然后再設(shè)置長(zhǎng)管棚。對(duì)于施工作業(yè)平臺(tái)，可利用鋼管材料以及貝雷架進(jìn)行搭設(shè)。在鉆進(jìn)施工中，需頂進(jìn)長(zhǎng)管棚鋼，然后再利用注漿施工技術(shù)固結(jié)地層結(jié)構(gòu)。在鉆孔施工中，當(dāng)鉆孔空鉆后，即可安裝套管，在鉆進(jìn)施工中，需及時(shí)鉆進(jìn)后臺(tái)送風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)鉆進(jìn)施工區(qū)域地質(zhì)條件對(duì)鉆進(jìn)速度、風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，并利用跳打施工方式，對(duì)鉆進(jìn)施工過程進(jìn)行詳細(xì)記錄。另外，還需對(duì)孔口排渣情況進(jìn)行分析，在鉆進(jìn)施工中，如果遇到軟泥或者出現(xiàn)滲水問題，則應(yīng)立即停止鉆進(jìn)施工，并進(jìn)行孔內(nèi)注漿，及時(shí)做好封堵處理，避免在鉆進(jìn)施工中發(fā)生透水事故。隨著鉆進(jìn)施工的不斷進(jìn)行，在達(dá)到設(shè)計(jì)深度位置后，即可清除鉆孔中的雜物，然后對(duì)孔斜以及孔深進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)收，在驗(yàn)收合格后，即可進(jìn)行其他鉆孔施工。

5.5注漿施工

在該隧道工程洞身V級(jí)圍巖超前支護(hù)施工中，需應(yīng)用超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)。通過噴射混凝土，對(duì)開挖輪廓面以及掌子面進(jìn)行封閉處理，在鉆孔施工完成后，即可安裝小導(dǎo)管。對(duì)于鉆孔直徑，應(yīng)控制在鋼管直徑20mm以上，在超前小導(dǎo)管設(shè)置中，環(huán)向間距為40cm，每一排需設(shè)置14根導(dǎo)管，對(duì)于輔射角，需控制在5°～15°之間，另外，縱向需預(yù)留1m進(jìn)行搭接處理。對(duì)于導(dǎo)管，可利用直徑為50mm，，壁厚為4mm的無縫鋼管進(jìn)行制作，每根導(dǎo)管長(zhǎng)度為3.5m，對(duì)于鋼管前端，需加工制作成為錐形，而對(duì)于導(dǎo)管尾部，需焊接加勁箍。管身鉆孔的孔眼直徑為8mm，采用梅花形布置形式，鉆孔間距為15cm。在后端1m范圍內(nèi)，不能設(shè)置溢漿孔，對(duì)于管尾部位，需安裝加圓環(huán)，管身必須保持順直狀，同時(shí)采用焊接施工方式與型鋼支撐進(jìn)行連接。綜合考慮拱頂外輪廓的中心高程合理進(jìn)行布孔測(cè)量放樣，采用插鋼釬做好標(biāo)記。在注漿管路連接施工中，需將小導(dǎo)管插入至鉆孔中，同時(shí)需在鉆孔外預(yù)留一定長(zhǎng)度，對(duì)于導(dǎo)管四周，可采用塑膠泥進(jìn)行封堵。在注漿施工中，采用水泥漿材料，水泥標(biāo)號(hào)為425，水灰比1：1。在注漿施工中，對(duì)于注漿壓力，應(yīng)控制在0.6MPa～1MPa之間。

結(jié)語：

綜上所述，本文主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)管棚支護(hù)施工技術(shù)在城市隧道工程施工中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究。在隧道工程超前支護(hù)施工中，管棚支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，可被應(yīng)用于地質(zhì)條件較差以及跨度較大的隧道工程施工中。管棚支護(hù)施工方式復(fù)雜，因此，需對(duì)隧道工程施工區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察，根據(jù)施工要求制定施工方案，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，提升隧道工程施工質(zhì)量。

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