隧道超前大管棚全套管跟進式施工方法

摘要：文章以來賓至都安高速公路鳳凰1號隧道及鳳凰2號隧道施工為例，對超前大管棚施工工藝進行了改進、創(chuàng)新，提出在鉆機鉆進過程中，管棚鋼管跟隨著鉆頭與鉆桿一起同步鉆進，從而使管棚鋼管能及時對成孔起到護壁作用，有效地防止了鉆孔的坍孔。該工藝施工簡便，超前支護效果出色，能避免塌孔、卡管，達到一次成孔，提高成孔效率，有效解決了在不穩(wěn)定地層中鉆孔成孔、送管困難的問題，且管棚安裝位置可調整控制，施工質量有保證。

關鍵詞：隧道；大管棚；全套管

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0 引言

在新奧法施工隧道時，對于自穩(wěn)性差的地層，引孔頂入法施工的超前大管棚施工是常用的超前支護方式，但是該方法在不穩(wěn)定地層中鉆孔成孔困難，且即使成好孔，在送管頂入過程中也極易出現(xiàn)因觸碰摩擦成孔孔壁造成坍孔卡管，一旦出現(xiàn)此問題就需要反復鉆孔或拔出已插入的管棚鋼管重新鉆孔，施工難度大、管棚安裝位置與長度的施工質量難保證、花費成本高、處理時間長。

來賓至都安高速公路起點樁號為K223+564.742，終點樁號為K292+080，全長約66.462 463 km，總造價約60億元。本項目主線按四車道高速公路標準修建，設計時速采用120 km/h，路基寬度為26.5 m，施工工期為42個月。鳳凰1#隧道及鳳凰2#隧道施工中，對超前大管棚施工工藝進行了改進、創(chuàng)新，提出在鉆機鉆進過程中，管棚鋼管跟隨著鉆頭與鉆桿一起同步鉆進，從而使管棚鋼管能及時對成孔起到護壁作用，有效地防止了鉆孔的坍孔。該工藝施工簡便，超前支護效果出色，能避免塌孔、卡管，達到一次成孔，提高成孔效率，有效解決在不穩(wěn)定地層中鉆孔成孔、送管困難的問題，且管棚安裝位置可調整控制，施工質量有保證。

本方法主要適用于隧道穿越坡積松散體、松散破碎帶、軟弱地層、塌方堆積體等自穩(wěn)性差地層的超前支護，也可用于自穩(wěn)性差、易塌孔的地層的邊坡錨桿鉆進。本方法超前支護效果良好，有利于保持土體穩(wěn)定，減少水土流失，防止因水土流失而導致大量的泥漿水污染附近田地及水源，很大程度上減少了對生態(tài)環(huán)境的破壞，且能避免因管棚施工質量問題引起后續(xù)施工次生災害的發(fā)生。

1 工藝原理和特點

1.1 工藝原理

隧道跟進式管棚施工工法工藝的主要材料由管靴、管節(jié)、接箍組成。管節(jié)為寶鋼R780，每節(jié)長1.5 m，兩端設有內螺紋。管棚鉆孔采用C6XP多功能鉆機，鉆頭選用與管棚直徑大小相適應的偏心鉆頭［1］。管靴連接管節(jié)，管節(jié)之間用接箍相連，鉆頭與鉆桿穿過管靴、管節(jié)、接箍，鉆頭卡住管靴的內壁牽引著管靴、管節(jié)、接箍鉆進，隨著鉆頭與鉆桿的鉆進牽引，逐節(jié)安裝接箍和管節(jié)接長至設計長度，然后從管靴、管節(jié)、接箍中間退出鉆頭和鉆桿，最后安裝止?jié){閥進行注漿。見圖1。

采用隧道跟進式管棚與常規(guī)引孔頂進式管棚在超前支護的效果一致，對地層能起到有效的支撐加固作用，能有效地控制地層變形與沉降，能確保管棚施工質量。同時，隧道跟進式管棚施工工藝簡單、施工方便，提升了施工效率和管棚鋼管安裝精度控制，在保證質量、安全的前提下大大加快了施工進度，能避免因管棚施工質量問題引起的后續(xù)施工次生災害發(fā)生與處置，施工成本可控性強。

1.2 工藝特點

隧道超前支護中采用跟管鉆進技術、安裝大管棚，能承載較大的松散荷載，保證地層穩(wěn)定，提高隧道開挖的安全性，是一種安全可靠、效果顯著的支護施工技術。

隧道施工中，常規(guī)的引孔頂入法施工管棚，鉆孔成孔難、易塌孔縮孔，導致送管難，往往達不到理想的效果。采用跟管鉆進管棚施工工藝能做到鉆孔與送管同步進行，管棚鋼管隨著鉆頭鉆桿的鉆進，逐節(jié)送入鉆孔，能及時對鉆孔進行護壁，避免卡鉆，解決了送管難的問題；同時管棚鋼管跟隨鉆頭牽引深入地層，鋼管插入地層的施工精度可通過鉆孔精度進行調整，施工質量得到了保障，施工效率及速度遠高于常規(guī)送管。

跟進式應用在不穩(wěn)定地層中的管棚超前支護效果良好，可以有效控制地表沉降，對地層擾動小，特別是在洞口超前支護的應用，為“零開挖”進洞提供了安全保障，減少了對生態(tài)環(huán)境的破壞，符合人們對環(huán)保的要求。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 隧道跟進式超前大管棚施工工藝流程（圖2）

2.2 主要施工工序的操作要點

2.2.1 施工準備

對施工工藝流程進行部署，現(xiàn)場施工與實驗室同時進行相關工作?，F(xiàn)場主要負責隧道跟進式管棚施工，遇到問題及時反饋，試驗室需對配制漿液的原材料進行試驗檢測，合格的材料才能進行漿液的配合比選定和試驗，確定漿液的配合比，等待注漿作業(yè)時進行現(xiàn)場指導漿液制備，注漿效果不佳時，應及時調整注漿參數。

2.2.2 測量定位、洞口施工

邊仰坡采用錨噴支護，鉆孔安裝長度為3.5 m、直徑為42 mm、壁厚為4 mm的小導管，小導管設置間距為100 cm×100 cm。小導管灌注水灰比為（0.3～0.8）∶1的水泥凈漿，掛8鋼筋網，鋼筋網格間距為25 cm×25 cm，最后噴射10 cm厚C20早強混凝土。

2.2.3 套拱施工

將127 mm×4 mm的導向管用16鋼筋箍焊在工字鋼拱架上，外插角度為0.5°。導向孔的鉆進必須時刻觀察探頭角度變化情況，及時糾偏。按照套拱設計尺寸安裝套拱模板，進行套拱混凝土澆筑?；炷翝仓r，套拱左右側需對稱澆筑，左右側混凝土高差＜0.5 m。

2.2.4 管棚施工

第一節(jié)鋼管需采用兩種以上不同長度的鋼管，相鄰管棚孔需錯開使用，以保證50%以上的接頭不在同一斷面。

先將管棚孔從左至右按順序進行編號，以先高后低、奇偶數孔交為原則。管棚鋼管應注意打孔，應呈梅花狀交錯布置，同一平面孔距控制在30 cm，環(huán)向間距控制在15 cm，孔口大小應控制在15 mm。

2.2.5 安裝止?jié){閥

在管棚鋼管管口上焊接好止?jié){閥，進行止?jié){處理。對止?jié){閥的焊接進行檢查，防止焊接達不到要求，在注漿過程中出現(xiàn)脫落。

2.2.6 噴射混凝土封閉掌子面

將開挖工作面用噴射混凝土封閉防止跑漿，要求噴射混凝土噴射密實，完全封閉掌子面，對噴射完后的掌子面進行檢查，對不密實的部位進行補噴處理。

2.2.7 壓水試驗

待噴射掌子面的混凝土達到強度要求，進行壓水試驗，從止?jié){閥處進行注水，查看壓水過程中是否有水從掌子面或其他地方大量流出，如有，應在壓水試驗后，進行封閉處理，之后再就行壓水試驗，直至無水流出或無大面積滲水出來為止。

2.2.8 注漿作業(yè)

注漿采用后退式注漿，遵循“先兩側后中間”“跳孔注漿”“由稀到濃”的原則，開始時注漿的漿液濃度要低一些，逐漸加濃至設計濃度，注漿應連續(xù)不間斷，壓力達到設計壓力后穩(wěn)壓時間為1～5 min。注漿后，及時清除干凈管棚鋼管內的水泥漿液。

2.2.9 注漿效果分析

對管棚的注漿的效果進行分析，通過對掌子面及周邊進行鉆芯，查看漿液是否與土體結合，對效果不佳的，進行參數調整，直至合格為止。

2.2.10 管棚驗收

施工過程中，對鋼管材料、管棚搭接、孔位、孔徑、角度、孔深、漿液配合比等關鍵因素驗收完成后方可進行下一步工序，注漿完成后進行總體驗收。

3 質量控制技術措施

由項目部對現(xiàn)場工人進行施工技術交底，對鉆孔點的控制措施進行重點交底，通過培訓提高工人的操作水平。

材料嚴格控制質量標準，檢查復核質量保證資料，做到工藝檢查，設備檢查，施工操作檢查，建立嚴格的驗收把關制度。

跟進式鉆孔前可適當探明前方地層情況，開鉆前檢查鉆機平穩(wěn)性，保證鉆機的水平度。

嚴格按照施工配合比拌制漿液，對漿液的攪拌時間、漿液質量、注漿壓力和注漿量進行重點控制。

嚴格按要求進行二次注漿，確保注漿跟進式的填充質量，整體完整性。

注漿過程需要按實際情況做好每一根跟進式的注漿記錄，注漿方量與理論數據進行對比。建立交接班文字記錄制度，確保交接好上一班施工的每一個參數。

施工前，需經過實驗室對108 mm×6 mm鋼花管和壓漿料進行取樣檢測或送檢，提供確認的原材料力學性能檢測報告，不合格的不得將原材料用于施工現(xiàn)場。

注漿前，可對隧道跟進式管棚的長度進行檢驗，以確保成型后起到超前支護作用。

注漿要求及參數為：注漿采用后退式注漿，漿液為水泥漿，水泥漿水灰比為1∶1，注漿壓力初壓為0.5～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa，壓力穩(wěn)定時間為1～5 min，漿液擴散半徑≥0.5 m。注漿材料需要根據檢測頻率制作漿液實驗快，壓漿時，每一工作班應留取不少于3組試樣，每組試件3個，標準養(yǎng)生28 d，檢查其抗壓強度作為壓漿材料質量的評定依據。

4 工程應用效果

來賓至都安高速公路鳳凰1#隧道都安端、鳳凰2#隧道來賓端、鳳凰2#隧道都安端洞口土層自穩(wěn)能力差，為加快施工進度、確保管棚超前支護效果，以達到隧道進洞安全，應用了跟進式管棚。管棚共33根/洞口×28 m/根×6洞口=5 544 m，6個洞口采用傳統(tǒng)鋼管管棚工期為270 d，跟進式管棚工期為180 d。該工法在規(guī)范、標準、質量、安全得到了較好的效果，同時取得了良好的安全、經濟和社會效益。見表1～2。

通過表1～2兩種工藝的直接成本對比可知，雖然跟進式管棚相對造價高，相比傳統(tǒng)做法增加611 550元，從安全、質量和效率上，增加這些成本是值得的。跟進式管棚共節(jié)約工期90 d（6個洞口，每個洞口平均節(jié)約15 d），間接地降低了施工成本。

施工的隧道洞口處于松散破碎地層，且處治雨季，應用該工法超前支護效果良好，有利于保持土體穩(wěn)定，減少水土流失，防止因水土流失而導致大量的泥漿水污染附近田地及水源，很大程度上減少了對生態(tài)環(huán)境的破壞，取得了較好的環(huán)保效益。

施工現(xiàn)場均滿足現(xiàn)場施工要求和綠色施工“環(huán)境保護”的要求，達到了綠色施工示范工程的實施效益。獲得了監(jiān)理單位和建設單位的一致好評。

該方法在質量、安全、進度得到了較好的效果，同時取得了良好的社會效益和經濟效益，具有較高的可靠性和實用性。

5 結語

（1）改進后的隧道超前大管棚全套管跟進式施工方法相比傳統(tǒng)的引孔頂入法施工的超前大管棚施工方法，費用增加15%左右。但應用新方法是基于地層自穩(wěn)性差這一前提而提出來的，安全性大大提升，是綜合成本與安全后更優(yōu)的選擇。

（2）改進后的隧道超前大管棚全套管跟進式施工方法相比傳統(tǒng)的引孔頂入法施工的超前大管棚施工方法，縮短了工期，也是變相地節(jié)約了成本。

綜上，在山嶺隧道建設中，隧道洞口段設計多數采用大管棚進行超前支護，而隧道洞口往往處于松散破碎地層，使用傳統(tǒng)的引孔頂入法施工管棚，施工難度大、花費成本高，處理時間長，反復的鉆孔、退鉆、接管增加了機器的使用率，增加了燃油的消耗。

采用隧道超前大管棚全套管跟進式施工方法，一次成孔，減少了反復鉆孔退鉆、接管的步驟，減少了燃油的消耗，且根據現(xiàn)場實際開挖中揭示的圍巖情況，施工后的隧道超前大管棚形成的輪廓圓弧規(guī)則，隧道超前大管棚排列較整齊，形成了一個完整的超前支護環(huán)。超前大管棚注漿增大了抗彎強度，同時增加了松散地層的粘結力。隧道開挖后地表，拱頂沉降均較小，既確保了隧道結構的施工質量和施工安全，又能加快施工進度，間接性產生了明顯的經濟效益。

參考文獻：

［1］鄭寰宇.跟進式管棚在隧道洞口松散破碎地層中的應用［J］.西部交通科技，2021（4）：128-130.