隧道大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)研究

張小麗

(山西路橋第六工程有限公司六分公司，山西 晉中 045000)

1 項(xiàng)目背景

1.1 工程概況

國(guó)道209線呂梁改線工程車(chē)家灣隧道位于山西省呂梁市離石區(qū)田家會(huì)鎮(zhèn)車(chē)家灣村，設(shè)計(jì)為左右線分離式，左線全長(zhǎng)1 203 m，右線全長(zhǎng)1 147 m，最大埋深95.1 m，隧道圍巖主要為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組強(qiáng)-中等風(fēng)化灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r構(gòu)成，進(jìn)出口段以第四系下更新統(tǒng)午城組粉質(zhì)黏土及第三系靜樂(lè)組紅黏土為主。洞體進(jìn)出口部位位于黃土沖溝及基巖侵蝕溝谷，交通不便。

1.2 方案比選

該隧道進(jìn)口端無(wú)施工場(chǎng)地，故掘進(jìn)方向?yàn)閺某隹诙伍_(kāi)始。右線出洞方式原設(shè)計(jì)為雙排小導(dǎo)管出洞，根據(jù)距進(jìn)口方向約40 m處掌子面圍巖穩(wěn)定性判斷，洞口段圍巖穩(wěn)定性差，為確保施工安全，決定采用大管棚超前支護(hù)洞口加固處理，其中管棚的長(zhǎng)度是30 m，采用的是熱軋無(wú)縫鋼管(直徑φ=108 mm，管壁的厚度是6 mm，節(jié)長(zhǎng)3、6 m)，環(huán)向間距40 cm，仰角1°～3°，方向與路線中線平行，徑向誤差不大于20 cm。施工時(shí)先打奇數(shù)鋼花管，立即注漿；注漿后再打偶數(shù)鋼花管，通過(guò)偶數(shù)鋼花管鉆進(jìn)時(shí)流出的液體及其顏色，檢查奇數(shù)孔的注漿質(zhì)量。

2 施工技術(shù)

大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)流程詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 大管棚超前支護(hù)施工流程

2.1 測(cè)量放線

在套拱施工之前需要完成隧道仰坡的封閉防水處理，以及從洞頂設(shè)置截水溝，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)排水與防水措施，確保隧道洞口處于穩(wěn)定狀態(tài)后才能夠開(kāi)始套拱施工。通過(guò)測(cè)量放線標(biāo)識(shí)隧道的外拱頂標(biāo)高與隧道中心線，同時(shí)從仰坡面位置標(biāo)劃外拱弧。而外拱弧需要結(jié)合隧道暗洞開(kāi)挖的輪廓線合理確定尺寸，并按照外拱弧實(shí)施套拱立模[1]。此外，套拱內(nèi)模與外模的高度必須結(jié)合其里程要求才能夠確定，而且立模的高度需要重視沉降量因素。

2.2 安裝工字鋼

從導(dǎo)向墻中設(shè)置工字鋼架(直徑是11 mm，間隔距離是0.5 m，一共4榀)以提高管棚的強(qiáng)度，4榀鋼架之間在縱向選擇φ22 mm鋼筋進(jìn)行有效連接。在鋼架安裝過(guò)程中必須根據(jù)設(shè)計(jì)中線與水平實(shí)施架設(shè)，同時(shí)鋼架的下端需要插入C15混凝土基礎(chǔ)中，以保證下沉處于可控狀態(tài)。

2.3 埋設(shè)導(dǎo)向管

待工字鋼架施工完成后，緊接著就要埋設(shè)導(dǎo)向管(選擇無(wú)縫鋼管，直徑φ127 mm，長(zhǎng)度1.8 m，厚度4 mm)，結(jié)合管棚間隔距離合理確定環(huán)向間隔距離。從工字鋼架中進(jìn)行導(dǎo)向管焊接，以免混凝土灌注階段導(dǎo)向管出現(xiàn)位移(中心線偏差處于±10 mm以?xún)?nèi))[2]。導(dǎo)向管的具體安裝，從工字鋼架的頂面標(biāo)定安裝區(qū)，根據(jù)確定的間隔距離與角度進(jìn)行導(dǎo)向管安裝，所有外插角(除線路縱坡)的范圍是1°～3°，且導(dǎo)向管和線路的方向相同。此外，導(dǎo)向管安裝階段應(yīng)采用有效措施與端模抵緊，以免混凝土澆筑過(guò)程中流入導(dǎo)向管，從而引發(fā)導(dǎo)向管堵塞。

2.4 鉆 孔

1)結(jié)合管棚鉆機(jī)實(shí)際調(diào)控范圍合理確定鉆機(jī)平臺(tái)具體高度，按照由高至低的鉆孔施工順序減小高度，確保平臺(tái)位置和鉆孔順序相適合。

2)待鉆機(jī)就位過(guò)后需要合理調(diào)整其位置，以保證鉆桿的軸線和導(dǎo)向的軸相契合。同時(shí)鉆機(jī)平臺(tái)架設(shè)必須安全、穩(wěn)定，承重及沉降量應(yīng)達(dá)標(biāo)，以免影響鉆孔施工效果。按照要求采用專(zhuān)業(yè)設(shè)備測(cè)量鉆孔斜度，若是誤差大于規(guī)定則必須及時(shí)糾正。此外，需要詳細(xì)記錄鉆孔的深度與方位角等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，認(rèn)真觀察鉆孔取芯，準(zhǔn)確判斷隧道圍巖級(jí)別與性質(zhì)，從而完成隧道圍巖的超前探測(cè)。

2.5 管棚制安

1)為了能夠有效控制成孔之后的塌孔、堵塞等現(xiàn)象，需要成孔之后及時(shí)地實(shí)施清孔處理，同時(shí)通過(guò)建立腳手架平臺(tái)實(shí)施下管操作。而在下管階段主要選擇人工推拉頂進(jìn)的施工模式，需要配置8位技術(shù)人員，也可以根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)挖機(jī)推進(jìn)輔助下管。

2)管棚施工首先需要打鋼花管，向管中灌注水泥漿液，并檢查灌漿效果，緊接著打鋼管。其中鋼花管和鋼管均選擇的是無(wú)縫鋼管(直徑φ=108 mm，管壁的厚度是4 mm)。管壁的周?chē)@壓漿孔(直徑φ=12 mm，一共是4排)，間隔距離是15 cm，采用梅花形進(jìn)行布設(shè)，而管尾40 cm以下無(wú)需進(jìn)行鉆孔，此段設(shè)計(jì)成止?jié){段[3]。首節(jié)鋼管選擇3 m鋼管和6 m鋼管進(jìn)行交錯(cuò)布設(shè)，后續(xù)鋼管都選擇6 m鋼管，但是鋼管的接頭需要錯(cuò)開(kāi)。同界面內(nèi)鋼管接頭數(shù)≤鋼管數(shù)量的50%。

3)管棚安裝前必須將孔中的雜質(zhì)清理干凈，保證孔深和孔徑滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的基本要求，其中孔徑需要超過(guò)125 cm，以防止出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象。選擇頂進(jìn)安裝技術(shù)進(jìn)行鋼管連接，從鋼管接口部位設(shè)置絲扣(長(zhǎng)度是15 cm)，內(nèi)車(chē)和外車(chē)絲扣的長(zhǎng)度是30 cm與15 cm[4]。按照設(shè)計(jì)規(guī)定要求嚴(yán)格控制管棚的精度，以提高管的密封性。

4)在管棚中安裝鋼筋籠，以提高其抗壓與抗彎性能。其中鋼筋籠選擇的材料是螺紋管，以焊接方式制作而成，主筋是4根螺紋鋼，并布設(shè)加固筋(直徑φ=6.5 mm，間隔距離是20 cm)。

5)安裝套拱內(nèi)模板與外模板，并澆筑混凝土。此隧道的進(jìn)口端選擇的是常規(guī)式套拱技術(shù)(采用的是木模)，同時(shí)認(rèn)真記錄相關(guān)檢測(cè)指標(biāo)，隧道出口端選擇的是預(yù)壓與套拱拱腳基礎(chǔ)換填一系列措施(采用的是鋼模)，把兩者實(shí)施試驗(yàn)對(duì)比。此隧道的出口端與沖溝相接近，容易被積水浸泡，且導(dǎo)向墻和套拱基礎(chǔ)表現(xiàn)比較軟弱，基地的承載強(qiáng)度低于150 kPa，所以套拱立模之前需要對(duì)套拱基礎(chǔ)實(shí)施翻挖加深處治，把初期M10漿砌片石調(diào)整成鋼筋混凝土基礎(chǔ)。為了保證模板與地基不會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，以及支架、模板與拱架發(fā)生彈性與非彈性變形，隧道的出口端套拱模板應(yīng)選擇砂袋預(yù)壓方法。采取上述一系列措施后，有效保證了隧道套拱質(zhì)量。通過(guò)分析檢測(cè)結(jié)果可知，隧道出口端的混凝土厚度≥設(shè)計(jì)數(shù)值，平整度低于10 mm；隧道進(jìn)口端的混凝土厚度相對(duì)偏厚，符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求，但是整體厚度表現(xiàn)不均勻，平整度范圍處于10～20 mm。

2.6 漿液灌注

1)待管棚、鋼筋籠安裝施工完成后，緊接著就要實(shí)施水泥漿液灌注(其中漿液水灰比是1∶1)，根據(jù)從高至低順序進(jìn)行孔位注漿。而鋼花管注漿需要結(jié)合具體狀況與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)合理控制注漿壓力(注漿壓力處于0.5～2.0 MPa)，且完成鋼花管注漿之后要及時(shí)對(duì)鋼管填充M30砂漿。

2)注漿施工階段，由于管棚間隔距離相對(duì)偏小，因此，需要盡可能在成孔后立即注漿，以防止多孔注漿出現(xiàn)漿液串孔現(xiàn)象，從而引發(fā)相鄰鋼花管的堵塞問(wèn)題。此外，成孔之后及時(shí)注漿可以實(shí)現(xiàn)破碎巖層的有效固結(jié)，避免發(fā)生鉆孔卡鉆與掉塊等現(xiàn)象，從而提升施工效率與效果。

3)在注漿之前必須對(duì)工作面進(jìn)行封閉處理，選擇混凝土噴注方法建立止?jié){墻，防止發(fā)生漿液回流現(xiàn)象。在具體注漿操作時(shí)首先需要完成單號(hào)鋼管注漿，等到注漿結(jié)束之后，再實(shí)施雙號(hào)孔位注漿，這樣能夠有效檢查注漿效果。注漿施工選擇的是逐孔注漿方式，操作順序是從低至高。結(jié)合注漿材料及施工條件合理確定注漿壓力(正常處于1.0～2.0 MPa)[5]。以單孔注漿為例，必須對(duì)注漿量與壓力進(jìn)行有效控制，若是注漿壓力低于設(shè)計(jì)規(guī)定要求，應(yīng)選擇間隙注漿方法，合理控制注漿量。把注漿管插入管棚內(nèi)0.2～0.5 m實(shí)施注漿，按照要求詳細(xì)編號(hào)注漿管，認(rèn)真記錄各注漿管孔口、壓力、用量以及水泥等相關(guān)信息，從而為項(xiàng)目驗(yàn)收提供依據(jù)。此外，注漿時(shí)必須嚴(yán)格檢查灌漿質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定基本要求，確保密實(shí)度與飽滿(mǎn)度達(dá)標(biāo)，以及確保管棚剛度符合支護(hù)要求。等到管棚注漿結(jié)束之后，采用鋼板焊接至鋼管口實(shí)施注漿孔的有效封堵，并從注漿管位置設(shè)置閥門(mén)。

3 總 結(jié)

以實(shí)際隧道工程項(xiàng)目為例，重點(diǎn)分析了隧道大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)，基本包含了測(cè)量放線、工字鋼安裝、埋設(shè)導(dǎo)向管以及漿液灌注等方面。研究表明，此隧道項(xiàng)目采用大管棚超前支護(hù)技術(shù)有效保證了施工質(zhì)量及安全，同時(shí)為類(lèi)似隧道項(xiàng)目施工提供了參考與借鑒。

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