公路橋梁隧道施工中注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)探析

張煊峰

（義烏市中澤路橋有限公司，浙江 金華 322000）

在公路橋梁施工中經(jīng)常遇到地質(zhì)條件差、施工條件惡劣的情況，遭遇不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土質(zhì)松散、富水化、軟弱地層等問(wèn)題，對(duì)此需要采取一些措施對(duì)施工范圍內(nèi)的土體進(jìn)行改良或進(jìn)行支護(hù)措施，在公路橋梁隧道施工中，超前支護(hù)應(yīng)用比較常見(jiàn)，使用范圍也比較廣泛。當(dāng)前超前支護(hù)施工中注漿拱棚超前支護(hù)可以有效加強(qiáng)圍巖強(qiáng)度、控制圍巖變形，避免掌子面出現(xiàn)坍塌危險(xiǎn)，為施工安全生產(chǎn)提供良好保障。工程技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的施工積累，技術(shù)上有了一定的改進(jìn)，注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)可以更好地滿足超前支護(hù)需要，規(guī)避傳統(tǒng)超前支護(hù)的弊端，擁有更好的、安全高效的綜合應(yīng)用價(jià)值[1]。

1 注漿拱棚超前支護(hù)施工原理

公路橋梁隧道施工中經(jīng)常應(yīng)用注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)，其原理主要是通過(guò)鉆孔及配套安裝相應(yīng)的鋼管、鋼板、螺栓等在隧道施工截面構(gòu)筑成拱形連續(xù)體為后續(xù)施工提供超前支護(hù)，具體使用由此形成的承載力維持前方土體的穩(wěn)定，減少施工影響的地面沉降。實(shí)際工作中確定隧道頂板輪廓，沿圓周方向打入鋼管等設(shè)置，再通過(guò)注漿將基巖膠結(jié)成整體，提高施工范圍圍巖的物理力學(xué)強(qiáng)度，形成加固殼體，大大保證施工安全性。

2 注漿拱棚超前支護(hù)設(shè)備應(yīng)用

由于一些人仍在注漿超前支護(hù)技術(shù)中存在實(shí)操盲區(qū)，下文所述的具體內(nèi)容主要針對(duì)該技術(shù)配合工藝設(shè)備體系的合理融合，應(yīng)用雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)與孔口止?jié){器于超前支護(hù)施工中，更多地克服其對(duì)注漿流量與注漿壓力的控制難點(diǎn)。

2.1 液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)的應(yīng)用

目前，液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于注漿拱棚超前支護(hù)施工中并取得了不錯(cuò)的效果。與同類設(shè)備相比，液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)在動(dòng)力扭矩、行程、裝機(jī)功率、施工作業(yè)半徑等方面都具有不小的優(yōu)勢(shì)，實(shí)際支持效果也更佳。其主鉆架長(zhǎng)度可達(dá)12m，轉(zhuǎn)動(dòng)十分靈活且具備較高的可靠性，便于操作，定向定位方便，可是實(shí)現(xiàn)鉆噴一體化施工，降低了施工復(fù)雜程度。在施工作業(yè)范圍方面，作業(yè)面最大高度可達(dá)5.6m，最大寬度可達(dá)7.2m，水平作業(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍可達(dá)90 度，垂直作業(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍在-15 度至90度[2]。此外，該鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)配置爽動(dòng)力源，前進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置采用柴油動(dòng)力系統(tǒng)，在鉆孔、旋噴工作方面的動(dòng)力為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在保障有限空間內(nèi)空氣質(zhì)量方面提升明顯，同時(shí)提高了前進(jìn)機(jī)構(gòu)的靈活程度。鉆機(jī)還配有彈性支座，更加方便實(shí)現(xiàn)孔口止?jié){器與主鉆架的有效銜接，聯(lián)接與拆卸都更加方便，提高施工作業(yè)效率。

2.2 孔口止?jié){器的應(yīng)用

在注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)中需應(yīng)用孔口止?jié){器可以調(diào)劑孔口壓力同時(shí)控制廢漿液排放，這對(duì)于控制周邊土體變形量至關(guān)重要。目前使用的孔口止?jié){器主要有三方面作用：首先，它可以通過(guò)溢流管截止閥實(shí)現(xiàn)對(duì)超前支護(hù)過(guò)程中產(chǎn)生的廢漿液排放及孔口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；其次，它可以利用密封腔在鉆孔、旋噴作業(yè)期間保障高壓噴射漿液的密封性，避免自溢流管滲漏等情況出現(xiàn)；最后，它可以利用溢流管控制旋噴注漿作業(yè)中產(chǎn)生的廢漿液及鉆孔廢渣排放至預(yù)設(shè)區(qū)域，不僅促使超前支護(hù)施工更加高效，還對(duì)減少施工作業(yè)環(huán)境污染有積極作用[3]。

圖1 隧道超前支護(hù)結(jié)構(gòu)圖示

3 注漿拱棚超前支護(hù)施工

3.1 施工流程

定位施工：施工人員對(duì)鉆機(jī)鉆架進(jìn)行校準(zhǔn)、定位定向，通過(guò)孔口止?jié){器、法蘭盤與掌子面上預(yù)留的鋼管進(jìn)行緊密連接，保證定位定向的精確可靠。

鉆孔施工：按照設(shè)計(jì)深度結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件采用回轉(zhuǎn)及沖擊回轉(zhuǎn)等方式進(jìn)行鉆孔施工，施工產(chǎn)生的渣土、廢漿液等廢料通過(guò)孔口止?jié){器的溢流管定點(diǎn)排放，控制廢料范圍，避免污染周邊環(huán)境。

注漿施工：使用高壓噴射注漿，從孔底進(jìn)行高壓旋噴，自下至上完成操作，距離掌子面1m～2m 時(shí)停止旋噴，整體過(guò)程中把控稱重系統(tǒng)、攪漿系統(tǒng)、泥漿泵之間的配合。

分離孔口止?jié){器：關(guān)閉溢流管截止閥，鉆頭分離板閥腔同時(shí)切換板閥至關(guān)閉狀態(tài)，后進(jìn)行板閥腔及密封腔的分離工作，將鉆架移動(dòng)至相應(yīng)孔位，根據(jù)注漿需求利用溢流管處理壓力補(bǔ)漿。

分離板閥腔：加固體達(dá)到非流動(dòng)狀態(tài)后分離預(yù)埋鋼管與板腔連接處，同時(shí)使用棉布、木塞進(jìn)行封閉。

插入芯體施工：通過(guò)孔口插入鋼筋、鋼筋束、鋼管等進(jìn)旋噴樁體，滿足超前支護(hù)需求。

上述工藝施工因?yàn)榭卓谥節(jié){器等設(shè)備的優(yōu)化，進(jìn)一步完善了注漿拱棚技術(shù)，方便壓力控制、固體流向控制、巖土體變形控制、廢料排放控制，是公路橋梁隧道工程領(lǐng)域普遍推廣的施工技術(shù)。

3.2 施工注意事項(xiàng)

3.2.1 監(jiān)控量測(cè)

在公路橋梁隧道施工中，經(jīng)常采用明洞施工，明洞開挖后，需要及時(shí)地進(jìn)行套拱段開挖，開挖過(guò)程中基礎(chǔ)梯形開挖，注意邊坡及墻腳的支護(hù)工作，必要時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)、擴(kuò)大仰角，必須滿足地基承載需求。在開挖之前，分析地質(zhì)報(bào)告，布置測(cè)量點(diǎn)測(cè)繪地表沉降，采集原始數(shù)據(jù)。依據(jù)相應(yīng)規(guī)范結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在洞口處設(shè)置3 個(gè)沉降監(jiān)控量測(cè)面，各監(jiān)控量測(cè)面再布置13 個(gè)觀察點(diǎn)，各點(diǎn)之間建議間距3m～5m，中間相對(duì)密集，兩側(cè)相對(duì)稀疏，沉降精度控制在0.1mm 內(nèi)。結(jié)合地質(zhì)報(bào)告做好地質(zhì)調(diào)查，進(jìn)行直接剪切實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果掌握施工段圍巖的應(yīng)力特性，具體包括物理力學(xué)性質(zhì)、處應(yīng)力狀態(tài)等。施工中的量測(cè)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工狀態(tài)，通過(guò)量測(cè)坑道周邊位移、圍巖內(nèi)松弛范圍、支護(hù)結(jié)構(gòu)與施工圍巖的應(yīng)力狀態(tài)了解現(xiàn)場(chǎng)錨固效果與松弛范圍。

3.2.2 套拱施工

套拱施工順應(yīng)自下至上，即先基礎(chǔ)后拱身。基礎(chǔ)強(qiáng)度必須滿足規(guī)范要求后才可進(jìn)行拱身施工?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)不小于1m，設(shè)計(jì)承載力一般不小于300kpa。如果未滿足設(shè)計(jì)承載力要求則需要對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加寬處理。洞口套拱規(guī)格一般為2m，混凝土規(guī)格不小于C25，制作導(dǎo)向墻。套拱中設(shè)計(jì)鋼拱架輔助支撐，縱向間距為0.6m，鋼拱架間使用鋼筋縱向聯(lián)接，鋼筋規(guī)格Φ22，環(huán)向間距1m，沿鋼拱架內(nèi)外交錯(cuò)布置。在鋼支撐設(shè)置長(zhǎng)度為2m 導(dǎo)向管，規(guī)格Φ127×4mm，導(dǎo)向管沿拱圈進(jìn)行環(huán)向排布，環(huán)向間距0.5m。同時(shí)采用鋼筋焊接方式在工字鋼外輪廓處進(jìn)行固，方向與拱棚一致，導(dǎo)向管連接處建議使用雙面焊，寬度不小于15cm，若使用單面焊，焊接寬度加倍。套拱厚度根據(jù)設(shè)計(jì)施工，混凝土澆筑需要做好砼料進(jìn)場(chǎng)的連續(xù)性把控，以免提前固結(jié)影響質(zhì)量，使用泵車入模，注意檢查，保證泵管暢通。施工部位應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行，保證構(gòu)筑體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。震動(dòng)力度適中，長(zhǎng)度把控，避免振搗不到位或混凝土離析，同時(shí)防止暴模情況發(fā)生，在控制成品外觀方面，內(nèi)外模使用竹膠板[4]。

3.2.3 注漿拱棚施工

管棚施工工藝一般包括：鉆孔平臺(tái)施工、鉆機(jī)組裝及試車、鉆孔、清理、成孔檢驗(yàn)、鋼管施工、注漿、清孔、水汽砂漿填充。管棚施工一般在導(dǎo)向墻8m 范圍內(nèi)平整管棚平臺(tái)作為施工作業(yè)面，為后續(xù)安裝鉆機(jī)留有空間，現(xiàn)階段多使用液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)。

鉆孔階段一般利用套拱中預(yù)留的孔口管作為導(dǎo)向管進(jìn)行鉆孔，外插角度根據(jù)具體情況考慮線路縱坡進(jìn)行控制。首先在鉆孔前需要檢查鉆孔機(jī)械設(shè)備情況是否正常，在導(dǎo)向管外側(cè)的套拱面對(duì)孔位和孔號(hào)進(jìn)行標(biāo)記方便后續(xù)施工，施工順序先單號(hào)后雙號(hào)，過(guò)程中需要確保相互之間避免影響。鉆機(jī)布置完成后，依據(jù)設(shè)計(jì)及施工方案放樣定位開展鉆孔。鉆孔施工時(shí)，應(yīng)該盯緊施工，保證施工精度，開孔操作時(shí)前期鉆速適當(dāng)降低，在鉆入20cm 后恢復(fù)正常鉆速。首節(jié)鉆桿鉆入20cm～30cm 后停止鉆進(jìn)，人工卡緊鉆桿，后低俗反轉(zhuǎn)脫離鉆桿。鉆機(jī)退回原位后裝入第二節(jié)鉆桿，同時(shí)固定好聯(lián)接套，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)至首根鉆孔底部，校準(zhǔn)后聯(lián)接成整體。后續(xù)施工以此按照上述方法施工，直至設(shè)計(jì)深度。在更換鉆桿時(shí)，需要檢查鉆桿的平直程度及損耗情況，發(fā)現(xiàn)不合格的要及時(shí)更換，保證成孔質(zhì)量。同時(shí)鉆孔需要把扶直器做好安裝，同步鉆桿水平推進(jìn)以預(yù)防鉆桿在推力與阻力導(dǎo)致上下振動(dòng)雙向作用下成孔不夠平直。除此之外，在鉆孔施工中，需要經(jīng)常檢查鉆桿偏斜程度進(jìn)行控制，確保誤差在規(guī)范范圍內(nèi)，不合格的要及時(shí)退孔充鉆。

清孔一般使用高壓風(fēng)力進(jìn)行，自內(nèi)而外進(jìn)行，清孔必須徹底，保證后族鉆孔及退桿通暢，出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象時(shí)需要持續(xù)清孔直至清理干凈。

注漿孔安裝在清孔、成孔檢驗(yàn)合格后進(jìn)行，使用鉆機(jī)的沖力進(jìn)行插管。在管棚結(jié)長(zhǎng)施工中，先將首根尖頭鋼管頂入孔中，后依次連接，管棚之間連接采用絲扣連接方式，長(zhǎng)度一般為15cm。所使用的管件需保證受力要求，接頭避免處于相同截面，前后錯(cuò)開布置，首批不同長(zhǎng)度管節(jié)單雙號(hào)排布，后排管節(jié)長(zhǎng)度設(shè)置相同保證相近位置的接頭不處于統(tǒng)一截面。在頂管過(guò)程中首節(jié)鋼管推進(jìn)至孔外35cm 左右時(shí)，安裝后續(xù)鋼管，后操作鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)首節(jié)管管端部低速推進(jìn)，主控鉆進(jìn)角度，采用人工持鉗連接，保證兩節(jié)鋼管通過(guò)聯(lián)接套成為一個(gè)整體。鋼管鉆進(jìn)必須逐孔逐根嚴(yán)格按編號(hào)推進(jìn)，嚴(yán)禁混接。插管施工后，導(dǎo)向管與鋼管中間空隙使用速凝水泥封堵嚴(yán)密，避免漿液流出，在進(jìn)漿及排氣處設(shè)置控制閥。

漿液制拌采用砂漿攪拌機(jī)，不建議人工攪拌，具體配比根據(jù)實(shí)際和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，具體布置時(shí)，不同材料依據(jù)比例、用量做好標(biāo)記，嚴(yán)格按照配比及規(guī)范進(jìn)行操作。注漿過(guò)程中控制好初始?jí)毫徒K止壓力，注漿控制中進(jìn)漿量小于20L/min～25L/min 時(shí)，升高注漿壓力，達(dá)到終壓后持壓10min 以上，可以停止注漿，同時(shí)及時(shí)封堵注漿口，避免空氣進(jìn)入。當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)漿量大、壓力卻長(zhǎng)時(shí)間不升高的情況，需要及時(shí)調(diào)整漿液配合比，降低凝膠時(shí)間，建議采用小泵量注漿或采用間歇式注漿，留有漿液的相對(duì)停留時(shí)間，方便凝膠，但時(shí)長(zhǎng)不可以超過(guò)混合漿的凝膠時(shí)間。施工后先對(duì)鋼管清孔，清孔結(jié)束后及時(shí)使用水泥砂漿填充增加鋼管強(qiáng)度，管口埋入注漿深度不得少于30cm[5]。

4 總結(jié)

綜上所述，在公路橋梁隧道施工中使用注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)，可以加固開挖面前方土體強(qiáng)度，穩(wěn)定開挖區(qū)域圍堰荷載，控制巖土體沉降。實(shí)際施工中依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)客觀情況結(jié)合設(shè)計(jì)要求及相應(yīng)施工規(guī)范，合理制定相應(yīng)施工方案，規(guī)范落實(shí)各具體工序，保障施工安全，避免土體坍塌，引發(fā)安全事故。