隧道超前支護(hù)大管棚中施工技術(shù)難點(diǎn)探討

□ 鐘榮深

1 引言

管棚是隧道超前支護(hù)形式中極為常見的一種。隧道洞口部分一般存在圍巖差、表層土淺埋現(xiàn)象，通常采用管棚支護(hù)以有效減少圍巖體的沉降，有利隧道進(jìn)洞。在隧道開挖輪廓線外打設(shè)超前支護(hù)大管棚，開挖過程中形成棚架體系，共同承載上部負(fù)荷，限制上部圍巖變形，保證隧道開挖和已有設(shè)施的安全。所以，掌握管棚施工的技術(shù)難點(diǎn)，控制好管棚施工各項(xiàng)指標(biāo)，是隧道得以安全施工的前期保證[1]。

2 隧道超前支護(hù)大管棚中施工技術(shù)難點(diǎn)分析

一般情況下，對(duì)于隧道管棚結(jié)構(gòu)采用無縫鋼管，管內(nèi)填充水泥漿液。對(duì)于地質(zhì)條件差且淺埋隧道的項(xiàng)目，可加大無縫管直徑，管內(nèi)設(shè)鋼筋籠及漿液填充以增強(qiáng)管棚剛度。但大管棚的人員、材料、機(jī)械上的配置都比較高，施工難度也較大[2]。

2.1 人員方面配備不足，作業(yè)班組缺乏經(jīng)驗(yàn)

通常而言，管棚打設(shè)的方法是先使用鉆機(jī)，通過鉆桿以及鉆頭等部位打設(shè)比管棚管更大的孔洞，然后撤出鉆桿以及鉆頭，再把管棚管送入已經(jīng)打好的孔洞當(dāng)中。但是有一些施工團(tuán)隊(duì)由于人員方面的配備不足，導(dǎo)致施工班組缺乏一定的施工實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，因此在比較松散或者軟弱的地層上面打孔時(shí)不太容易成孔。當(dāng)施工班組對(duì)此問題缺乏經(jīng)驗(yàn)的時(shí)候，就會(huì)為了能夠更好地施工而在安裝無縫管時(shí)，不斷地對(duì)成孔進(jìn)行清孔，這種方式對(duì)地層造成較大的擾動(dòng)，很容易導(dǎo)致日后事故的發(fā)生，尤其是對(duì)于一些含水的地層，如果不及時(shí)采取特殊的措施，很容易導(dǎo)致在管棚施工的過程當(dāng)中出現(xiàn)水土流失，產(chǎn)生事故，所以提升工作人員的施工能力，增強(qiáng)工作團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)是非常重要的[3]。

2.2 材料方面把控不嚴(yán)謹(jǐn)

如今，我國(guó)的交通事業(yè)發(fā)展非常迅速，隧道工程的建設(shè)項(xiàng)目越來越多，在建設(shè)的時(shí)候很容易受到一些復(fù)雜地質(zhì)的影響，包括地理參數(shù)、地下水和斷層等因素，對(duì)開挖支護(hù)也提出了更高的要求。隧道超前支護(hù)大管棚由于無縫管自身厚度充足，通過水泥加固，并且結(jié)合高強(qiáng)度的鋼筋，可以使隧道的拱部形成一個(gè)傘狀的鋼筋棚，其抗剪能力較強(qiáng)，能有效承載上半部分的土體的荷載，可以為隧道的安全施工提供更好的支撐。同時(shí)也能解決因隧道開發(fā)而導(dǎo)致的沉降或變形的問題，這對(duì)于比較軟弱或淺埋的土體而言可以很好地完成施工，因此在工程中使用非常廣泛。

由于大管棚超前施工的環(huán)節(jié)非常多，而且整體的施工工藝比較復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工作業(yè)管理也提出更加嚴(yán)格的規(guī)范要求。但一些團(tuán)隊(duì)在這方面施工的過程當(dāng)中缺乏相應(yīng)的組織以及規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，因而當(dāng)材料和各方面細(xì)小的組織被運(yùn)到施工場(chǎng)地的時(shí)候，缺少相應(yīng)的工作人員對(duì)材料進(jìn)行把控及逐個(gè)核查，所以在施工過程當(dāng)中，很容易因材料的不合格而導(dǎo)致整體工程受到影響，最終釀成比較大的事故[4]。

3 隧道超前支護(hù)大管棚中施工技術(shù)具體應(yīng)用分析

3.1 工程簡(jiǎn)介

大管棚設(shè)置于廈門東孚北路項(xiàng)目東瑤隧道下穿海翔大道段，全長(zhǎng)80m。隧道洞身及洞頂以上8m范圍內(nèi)，主要由路面結(jié)構(gòu)層、素填土、淤泥混砂、粉質(zhì)黏土、粗砂、礫卵石、殘積土構(gòu)成，洞頂及洞身圍巖屬Ⅴ級(jí)～Ⅵ級(jí)，綜合按Ⅵ級(jí)考慮，拱頂圍巖極易坍塌、變形，處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生大坍塌，側(cè)壁會(huì)失去穩(wěn)定。結(jié)合地形、地質(zhì)情況確定大管棚支護(hù)整段隧道，并通過注漿提高圍巖自身承載能力，提高巖體對(duì)結(jié)構(gòu)的彈性抗力，改善結(jié)構(gòu)受力條件。下穿海翔大道兩端分別施作大管棚，采用Φ159×8mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距30cm，并在鋼管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠；接頭采用長(zhǎng)15cm的絲扣直接對(duì)口連接，為增強(qiáng)鋼管的剛度，注漿完成后管內(nèi)應(yīng)以M30水泥砂漿填充[5]。

3.2 工藝控制施工

3.2.1 作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)

鉆機(jī)設(shè)備使用RCG300型鉆機(jī)（功率155kW，最大扭矩達(dá)12000kN），該機(jī)型有利帶動(dòng)45m鉆桿，且能有效穿過砂層等復(fù)雜地質(zhì)。該機(jī)型重量大，扭矩大，需采用型鋼搭設(shè)鉆孔平臺(tái)。先將場(chǎng)地硬化，鋼構(gòu)平臺(tái)底座采用18#型鋼，置放于硬化場(chǎng)地上，橫、豎梁采用16#型鋼，通過螺栓連接。平臺(tái)高度達(dá)6m，設(shè)置剪力桿增加平臺(tái)的整體性，并設(shè)上、中兩道斜撐防止作業(yè)平臺(tái)傾覆。本次管棚鉆孔深度深、孔徑大，地質(zhì)情況產(chǎn)生的阻力大，搭設(shè)一個(gè)剛度強(qiáng)、穩(wěn)固性好的作業(yè)平臺(tái)是管棚順利施工的前期保障。

3.2.2 鉆孔及無縫管安裝

在平臺(tái)安裝完畢之后就位鉆機(jī)設(shè)備，需要使用全站儀掛線以及鉆桿等進(jìn)行結(jié)合，確保鉆機(jī)的位置是足夠的、準(zhǔn)確的，且鉆機(jī)、鉆桿以及軸線和孔口的位置是一致的，并需要將鉆機(jī)牢牢地固定在鉆機(jī)平臺(tái)上面。鉆孔作業(yè)一般是按照從兩側(cè)開始，不斷地自下而上進(jìn)行間隔式的施工作業(yè)，首先進(jìn)行奇數(shù)孔施工，然后再完成偶數(shù)孔的施工。完成一個(gè)鉆孔之后，需要及時(shí)地使用管棚鉆機(jī)頂進(jìn)鋼管。在鉆孔的時(shí)候，如果出現(xiàn)了塌孔以及卡鉆的情況，可及時(shí)補(bǔ)注水泥漿或膨潤(rùn)土漿液，起到潤(rùn)滑鉆頭支護(hù)孔壁的作用。在第一節(jié)鉆桿內(nèi)安裝導(dǎo)向儀，該儀器能監(jiān)測(cè)鉆進(jìn)過程中的水平角度，并使用三角楔塊鉆頭用于糾偏鉆孔角度，角度偏差數(shù)據(jù)來自第一節(jié)鉆桿內(nèi)的導(dǎo)向儀。同時(shí)記錄鉆孔過程的地質(zhì)情況，以此作為地質(zhì)資料指導(dǎo)后期的隧道洞身的開挖。在完成鉆孔之后，需要使用鉆機(jī)來對(duì)其進(jìn)行反復(fù)地清掃，以便于清除孔內(nèi)的一些浮渣，重點(diǎn)保證孔徑以及孔深能夠符合具體的施工需求，之后使用高壓風(fēng)從孔底一直向孔口進(jìn)行吹掃，確保孔內(nèi)干凈[6]。

3.2.3 洞口管棚施工

在本次工程當(dāng)中，首先在施工之前在端頭進(jìn)行破樁與開孔，使用合金開孔，借助鉆頭完成破樁開孔，然后架設(shè)管棚機(jī)，通過已經(jīng)開孔的洞口進(jìn)行管棚施工。管棚的具體施工長(zhǎng)度為108m，在一端完成施工，中間無任何搭界，斷面在150°～180°的范圍之內(nèi)，施工的長(zhǎng)度為每根108m，累計(jì)長(zhǎng)度約為20000m，相鄰孔間距為350mm，管棚在隧道離開挖線30m外的范圍內(nèi)進(jìn)行環(huán)向布設(shè)，所用鋼管為無縫鋼管，壁厚為8mm，每節(jié)鋼管的兩端各加設(shè)一公一母絲扣，絲扣螺紋的長(zhǎng)度為6cm。本工程設(shè)計(jì)在隧道開挖輪廓線外打設(shè)雙排超前支護(hù)，大管棚在開發(fā)的時(shí)候會(huì)形成一個(gè)棚架體系，共同承載上部的負(fù)荷，限制上半部分的變形，保證隧道的開挖和已有設(shè)施的安全。在管棚施工的過程當(dāng)中，對(duì)方向也須進(jìn)行控制，施工時(shí)用管棚代替鉆桿。用最前端加裝導(dǎo)向鉆頭，后續(xù)管棚在施工時(shí)使用絲扣連接，采取水平定向的鉆機(jī)一次打入土體，在鉆進(jìn)的時(shí)候依據(jù)導(dǎo)向鉆頭的定位，再利用傳感器的信號(hào)對(duì)鉆進(jìn)的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能夠讓管棚按照設(shè)計(jì)軌跡鉆入。

3.2.4 孔口封閉及注漿

在管棚安裝完畢之后需要進(jìn)行注漿處理，利用漿液的滲透，把周圍的巖體預(yù)先加固，圍堵巖縫的隙水，進(jìn)而起到超前支護(hù)的作用，同時(shí)也能夠增強(qiáng)管棚的剛度。在注漿的時(shí)候使用水泥注漿，若地下水豐富也可以使用水泥玻璃雙液漿，水泥漿的水灰比為1∶1，漿液的擴(kuò)散半徑不能小于0.5m，且注漿時(shí)應(yīng)提前在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際的施工情況調(diào)整注漿的參數(shù)獲取注漿經(jīng)驗(yàn)?？梢罁?jù)具體的情況采取單孔隨打隨注，或者是施工局部完成之后分區(qū)注漿，或是管棚施工全部完成之后進(jìn)行注漿。操作時(shí)，先用水泥和水玻璃堵住管口跟斷面墻之間的縫隙，并在水泥當(dāng)中插入排氣放壓的小導(dǎo)管。使帶有閥門的盲板焊接到管棚鋼管的尾端，泥漿泵接頭接在閥門上就可以完成注漿。需要注意的一點(diǎn)是，所有的施工過程以及施工的資料都需要交由甲方簽字[7]。

4 結(jié)語

超前支護(hù)大管棚施工技術(shù)能夠有效改善土壤比較蓬松易破的物理學(xué)性質(zhì)，而且在施工的過程當(dāng)應(yīng)控制好每道工序的節(jié)奏，因此在隧道工程支護(hù)當(dāng)中的應(yīng)用比較廣泛。在施工的時(shí)候，工作人員需要按照相關(guān)的施工規(guī)定以及施工技術(shù)規(guī)范的要求，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更好的管理，做好施工工序之間的連接，確保隧道超前支護(hù)大管棚施工的質(zhì)量，保證整體的支護(hù)穩(wěn)定度，提高施工的安全系數(shù)。