淺埋隧洞無工作室管棚施工技術(shù)的應(yīng)用研究

王宇寧

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110003）

1 工程概況

遼寧省重點(diǎn)輸供水工程三段隧洞施工一標(biāo)2號(hào)洞為輸水淺埋隧洞，洞口洞頂埋深12.0～22.0m，上部覆蓋巖層厚5.0～16.0m，巖石巖性以較軟的、強(qiáng)度低的凝灰?guī)r為主（遇水易軟化）；節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理面平直光滑無填充，部分夾淤泥；巖體完整性差，較破碎；巖體透水性較弱，地下水呈滴水狀態(tài)；隧洞進(jìn)口20.0m地質(zhì)預(yù)報(bào)均為Ⅴ類圍巖。隧洞斷面型式為圓形，成洞洞徑為5.8m，進(jìn)口段開挖洞徑設(shè)計(jì)為7.5m；初期支護(hù)參數(shù)：系統(tǒng)架設(shè)HW150型鋼鋼架，間距500mm；φ25系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)3.5m，間距1000mm×500mm，隨型鋼鋼架垂直打入巖壁，可代替鎖定錨桿；φ8鋼筋網(wǎng)，間距150mm×150mm；C30噴射混凝土，厚200mm，要求濕噴；超前預(yù)支護(hù)超前小導(dǎo)管φ42，間距300mm，長(zhǎng)4.0m；φ72mm管棚，間距400mm，長(zhǎng)25.0m。

2 無工作室管棚核心技術(shù)

隧洞超前預(yù)支護(hù)方式中的無工作室管棚施工技術(shù)，是在常規(guī)管棚施工技術(shù)基礎(chǔ)上的一種優(yōu)化設(shè)計(jì)。為管棚推進(jìn)器創(chuàng)造工作空間，遂在隧洞開挖外輪廓線擴(kuò)挖40cm，長(zhǎng)180cm。為進(jìn)行管棚鉆孔布置，按照隧洞施工技術(shù)規(guī)范采用最大外插角3°造孔，位于初期支護(hù)內(nèi)側(cè)約40cm處。待鉆孔施工完成后，將鉆桿與管棚連接逐根推進(jìn)孔內(nèi)，若出現(xiàn)管噴侵占初期支護(hù)空間，使用管棚推進(jìn)器將管棚推至隧道開挖線以外，侵占部位解決方式主要靠前一循環(huán)管棚與之進(jìn)行有效搭接。[1-4]

3 無工作室管棚施工

3.1 施工參數(shù)

管棚施工型號(hào)采用φ72無縫鋼管，管壁厚6 mm，每節(jié)長(zhǎng)4.0～6.0m，總長(zhǎng)25.0m，設(shè)計(jì)外插角3°，縱向搭接長(zhǎng)3.0m，環(huán)向間距40cm，布設(shè)范圍頂拱120°，共35根。

鋼管周身梅花形布設(shè)φ8mm溢漿孔，溢漿孔間距控制在20～30cm，為便于管棚安裝，每根管棚端頭施作成錐形狀封閉，管棚末端2.0m范圍內(nèi)不造孔。接頭處內(nèi)套管采用長(zhǎng)度為0.5m的φ60無縫鋼管焊接連接，以保證鋼管之間的連接強(qiáng)度。根據(jù)鉆機(jī)使用參數(shù)確定管棚推進(jìn)器工作空間，空管鉆進(jìn)長(zhǎng)度L=3.8m，φ72mm，用長(zhǎng)25.0m的大號(hào)管棚鉆深28.8m。

3.2 施工工藝

管棚施工工藝流程見圖1。

圖1 管棚施工工藝流程圖

3.3 施工方法

3.3.1 止?jié){墻

為了方便管棚鉆孔、預(yù)防掌子面冒漿、提高掌子面平整度，決定在掌子面處制作一道厚0.6m、強(qiáng)度為C20三級(jí)配的止?jié){墻，現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)鋼模板，分層澆筑。

3.3.2 孔口管

測(cè)量工程師按照40cm間距布設(shè)起鉆點(diǎn)，并標(biāo)識(shí)出來，方便施工人員操作。待鉆機(jī)校準(zhǔn)位置及施鉆角度后，跳孔鉆入1.2m深度，然后退出。φ100mm孔口管安裝頂入，當(dāng)孔口管與法蘭端部距離為0.3m和0.6m時(shí)，纏繞棉紗，同時(shí)將錨固劑裝入孔內(nèi)，最后將孔口管頂入孔內(nèi)，保證裝入錨固劑與鋼管壁四周緊密接觸無縫隙，防止漏漿[4]。

3.3.3 管棚孔

φ90鉆頭一次性完成管棚鉆孔。待鉆機(jī)就位后，調(diào)整后機(jī)身位置與鉆桿角度，鉆桿順著孔口管施鉆。當(dāng)鉆孔完成以后，采用高壓風(fēng)槍、高壓水槍輪流清洗鉆孔，為了預(yù)防出現(xiàn)串漿情況，施工采用跳孔施鉆。

3.3.4 預(yù)注漿堵水

有的鉆孔出水量很大，采用預(yù)先注漿以起到堵水作用。止?jié){塞采用法蘭盤，全孔一次性完成注漿施工，水灰比控制在0.6∶1～1∶1，終壓注漿控制標(biāo)準(zhǔn)為1.6MPa。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注漿可適當(dāng)調(diào)整。

3.3.5 管棚頂進(jìn)

內(nèi)套管焊接工藝頂進(jìn)施工，鉆完一孔即頂進(jìn)以管棚鋼管，如此循環(huán)。已進(jìn)行了預(yù)注漿的孔，完成掃孔后需進(jìn)行管棚頂進(jìn)，在同一個(gè)斷面上，鋼管的接頭數(shù)量不應(yīng)超過50%，鄰近鋼管錯(cuò)開距離應(yīng)大于1.0m為好。最后一節(jié)鋼管管棚尾部應(yīng)加工成凹榫型，利用與凹榫相吻合的推進(jìn)器推力將其推入孔內(nèi)，推進(jìn)終點(diǎn)開挖輪廓線以外。

3.3.6 管棚注漿

跳孔方式開展注漿施工，采用先奇后偶的方式打設(shè)鋼花管注漿，與此同時(shí)檢查其注漿效果。鋼管頂進(jìn)到設(shè)計(jì)深度位置，尾部留有15cm露出巖體，待注漿備用。采用WDSJ200型注漿機(jī)進(jìn)行注漿施工，止?jié){塞套在鋼管上塞入孔中，注漿壓力控制在0.5～1.6MPa，注漿水灰比控制在0.6∶1～1∶1，水灰比可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注漿情況調(diào)整設(shè)置參數(shù)。

單孔注漿量采用定量與定壓相結(jié)合的雙重控制標(biāo)準(zhǔn)。定量標(biāo)準(zhǔn)：每延米注漿量控制在0.3～0.6m3，若單孔注漿量已達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上限而注漿壓力不增高時(shí)，調(diào)整注漿配合比，加濃漿液等級(jí)注漿，使得注漿壓力上升縮短凝結(jié)時(shí)間，達(dá)到灌漿目的。定壓標(biāo)準(zhǔn)：終壓注漿控制標(biāo)準(zhǔn)為上限1.6MPa，頂拱部位采用較低注漿壓力，而中下部采用較高注漿壓力，當(dāng)進(jìn)漿速度降至初始進(jìn)漿速度的25%時(shí)達(dá)閉漿標(biāo)準(zhǔn)，即為設(shè)計(jì)注漿壓力。

4 對(duì)比分析

4.1 安全性

常規(guī)管棚施工方式需要的工作室空間很大，需要在原有開挖斷面尺寸基礎(chǔ)上擴(kuò)挖0.8m左右，長(zhǎng)度達(dá)到10.0m。根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)，在Ⅴ類圍巖且大部分為凝灰?guī)r的情況下，擴(kuò)挖極易造成塌方等事故，應(yīng)盡可能少破壞原始地應(yīng)力平衡，以保證施工安全；待常規(guī)管棚施工完成后需要混凝土回填。0.8m厚度混凝土自重較大，對(duì)鎖口段二次襯砌模板提出較高要求，其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性能否滿足要求需加以驗(yàn)證，存在較大的安全隱患。而無工作室管棚在盡量不增加擴(kuò)挖空間情況下，完成管棚施工，保障了施工安全。

4.2 經(jīng)濟(jì)性

常規(guī)管棚施工空間較大，隨之而來的是石方開挖工程量增加，對(duì)應(yīng)的隧道初期支護(hù)所用鋼筋網(wǎng)、型鋼鋼架、噴射混凝土等工程量增加，隧道二次襯砌混凝土量增加，人工費(fèi)增加等等一系列成本增加問題，部分工程量對(duì)比情況見表1。

表1 無工作室與常規(guī)管棚方案工程量對(duì)比表

根據(jù)表1可以看出，無工作室管棚可比常規(guī)管棚施工節(jié)省投資，降低工程成本。

4.3 技術(shù)性

1）無工作室管棚施工控制參數(shù)滿足規(guī)范、設(shè)計(jì)相關(guān)要求，其外插角控制在3°，超前預(yù)支護(hù)效果良好。

2）管棚推進(jìn)器的應(yīng)用，可將管棚末端一直推進(jìn)到隧道開挖輪廓線以外，提前解決了在隨后隧道開始施工時(shí)遇到的鋼管切割問題。

3）施工方便靈活，斷面轉(zhuǎn)換空間小，在進(jìn)度上滿足不良地質(zhì)段快速掘進(jìn)施工的要求。

5 結(jié)語

隨著地下隧道工程施工技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為超前預(yù)支護(hù)的管棚施工技術(shù)也得到了飛躍的進(jìn)步，無工作室管棚施工靈活、操作工藝簡(jiǎn)單，尤其在降低施工成本、保障施工安全等方面比常規(guī)管棚施工更具優(yōu)勢(shì)。無工作室管棚施工技術(shù)在三段隧洞2號(hào)進(jìn)口段得到了很好地應(yīng)用，并為后續(xù)開挖、襯砌施工起到了保駕護(hù)航作用，可為其他同類工程提供一定的參考。