浅谈超前管棚支护技术在隧道工程中的应用

应用技术　Ｉ■　浅谈超前管棚支护技术在隧道工程中的应用　周艳宁　经素芳　（广西长长路桥建设有限公司广西南宁５３００２３）　［摘要］超前管棚支护是目前隧道施工中处理软弱、破碎与浅埋偏压等不良围岩地质的一种有效施工方法。本文结合工程实际，对超前管棚支护技术在隧　道工程中的应用谈一些看法。　［关键词］隧道施工超前管棚支护技术应用　中图分类号：ＴＵ４３５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）１６—０２６８—０１　随着我国高速铁路、公路建设的飞速发展和工程设计、施工技术水平的不　断进步，公路等级要求的不断提高，同时在提倡尽量少占耕地与环保的设计背　景下，使得隧道工程在公路工程中的比例越来越大。超前管棚支护是目前隧道　施工中处理软弱、破碎与浅埋偏压等不良围岩地质的一种有效施工方法。　一，超前管棚支护工艺原理　超前长管棚是为了保证隧道开挖的安全，利用隧道管棚机在隧道拱顶前沿　轮廓线外区域钻设水平孔，打设超前支护钢管，并进行注浆固结围岩，使隧道拱　顶预先形成一“伞状”棚架保护环。主要作用是提高管周围岩体的抗剪强度，达　到加固围岩并扩散围岩压力的作用；大管棚结构的抗弯、抗剪功能可有效承载　局部松驰的地层荷重，适时提供隧道开挖后而支护尚未施作或发挥作用前所需　的支撑力，使隧道开挖面得以安全稳定并同之后的初期支护和结构形成空间支　撑系统。钢管起到普通锚杆的功用，加强整体性，使围岩形成较强的围岩壳。钢　管内部形成的钢管砼及钢管自身，起到棚支撑的作用，钢管具有“梁”的功能，在　满足最小搭接长度的要求下，能够承担一定的荷载。通过钢管预注浆，浆体通过　管壁钻孔在钢管周围形成“放射状”扩散，使围岩固结形成整体，可减少隧道开　挖引起的地表沉降。　二，超前管棚支护技术在隧道工程的应用　１、工程概况　某高速公路隧道采用新奥法进行设计和施工，左线长３６８ｍ。右线长４００ｍ。　由于隧道洞口浅埋　偏压，为确保开挖稳定，在隧道左、右线进、出洞ＶＩ４０ｍ，隧　道拱部１２０。范围内采用中ｔ０８无缝钢管超前大管棚注将支护辅助施工，共设四　环，每环钢管总长４０ｍ，环向间距０．４ｍ，外插角约为１。，注水泥浆。　隧道开挖最大尺寸为宽×高＝１４．１ｍ×９．３８ｍ。隧道限界宽度为１３．２５ｍ，限　界高度为５ｍ，路面宽度为１１．７５ｍ。设计采用Ｃ２５钢筋混凝土套拱作长管棚导向　墙，套拱在隧道开挖轮廊线以外施作。套拱内设３榀Ｉ　２０ａ工字钢拱架作为定向　拱架，拱架之间用ｑｂ２２螺纹钢连接，间距为ｌ００锄。超前大管棚采中１０８ｍｍ热轧　无缝钢管，壁厚　ｌＩｎ，节长４ｍ、６ｍ。采用￣，９０，１Ｎ５ｒｎｍ长１５ｃｍ的钢管连接，纵向同　一横断面内的接头数不大于５０％，相邻钢管的接头至少须错开ｌｍ。超前大管棚　施工时，钢管与隧道中线平行，其仰角为１。　２、大管棚施工技术　（１）钻机工作平台开挖。首先根据钻机自身高度确定台阶的开挖高度，由原　地面自上而下挖台阶，仰坡面需竖直开挖，以便管棚导向墙施作。当挖至台阶底　部时，形成管棚钻机施作平台。考虑钻机平台高度不能满足导向墙施作高度，需　将开挖平台两侧以外的位置进行加深。开挖方法主要采用机械开挖，人工用风　镐配合，挖机、装载机装渣、汽车运输出渣。　（２）测量放线：首先复核线路中线、水平，根椐线路中心线控制桩及高程控　制点在仰坡面标识出隧道中心线及外拱顶标高，并根据暗洞开挖轮廓线在仰坡　面画出外拱弧，做为导向墙立模的依据，管棚作业平台开挖断面图根据导向墙　的里程控制好导向墙内外模的导向墙仰坡正面１．ｏＮ度，并预留相应的沉降量。　（３）施作导向墙、安设导向管。①工字钢安装：为证管棚施工刚度，于导向墙　内设３榀工字钢架，工字钢半径为８．４１ｍ，间距１米。每榀钢架分为三个单元，钢　架必须保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节钢架两端均焊连接板，工　字钢各单元通过连接板焊接并用螺栓连接牢靠，连接板应密贴，加工后进行试　拼检查，每榀钢架每端共需４套螺栓、螺母。②导向管埋设：工字钢架架设完成　后，进行导向管的埋设，导向管采用直径为１４０ｒａｍ的无缝钢管，其壁厚为５ｍｍ，　导向管的长度是２．０米，环向间距根据管棚间距而定。为了防止导向管在灌注混　凝土时发生位移，导向管按照设计要求焊接在工字钢架上。③模板安装：为确保　２６８｛科技博览　导向墙内模圆顺，导向墙端头模板采用５厘米厚木板安装，木板间连接采用加背　撑方式进行加固，木模板与钢模板之间采用扒钉或钢钉连接牢固。④混凝土浇　注：混凝土浇注前，需ｇ－０ｚｘ￣板、导向管进行检查，并作必要的较正。模板的中　线、水平及尺寸必须符合设计要求，预埋件的位置必须正确，模板安装及支架必　须牢固紧密，导向墙采用混凝土浇注，施工过程中，需严格控制原材料的质量、　加强混凝土的拌合、运输、浇注、养护等各个环节质量控制。混凝土统一由拌合　站集中供应，混凝土灌车运输，人工配合机械浇注并捣固密实，浇注顺序为自拱　脚两侧对称浇注，直至拱顶。（５）混凝土拆模及养护：混凝土浇注完毕后，需及时　进行养护，养护龄期不得少于７天。混凝土强度达到设计强度的７０／０后可拆除非　承重模板及端模板，强度达到设计强度的１００％后可拆除内模及支架。　（４）封闭开挖面。开挖面封闭采用湿喷混凝土方式，形成止浆墙，防止浆液　回流影响注浆效果。喷射砼的强度为Ｃ２５。　（５）钻孔。①钻孔采用管棚钻机进行，钻机平台的高度根据钻机的可范　围以及钻孔顺序进行确定，由于钻机钻孔顺序按高孔位向低孔位进行，平台位　置相应自上而下进行逐步降低，以满足钻孔需要。②为了便于安装钢管，钻头直　径采用１２７Ｉｍ，先施工奇数后偶数。③岩质较好的可以一次成孔。钻进时产生坍　孔、卡钻时，需补注浆后再钻进。④钻机开钻时，应低速低压，待成￣ＬｌＯｍ后可根　据地质情况逐渐调整钻速及风压。⑤钻进过程中经常测定其位置，并根据钻机　钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。⑥钻进过程中确　保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。⑦认真作好钻进过程的原始记录，　及时对　Ｌ口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资　料，从而指导洞身开挖。　（６）管棚的加工。成孔后要立即清孔并下管，以免因坍孔造成孔内堵塞而无　法顺利安装。长管棚为直径为１０３ｍｍ、壁厚为６ｍｍ的无缝钢管。管棚管壁上钻　孔，并呈梅花形布置其纵向、横向间距为１５ｃｍ，尾部为不钻孔的止浆段２００ｃｍ。　钢花管在同一截面的接头数不得超过管数的５０％。管棚在安装前用高压风对孔　内进行扫孔、清孔，清除孔内浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。管棚可　采用顶进安装，逐节接长，用于接长管节的接头钢管用３０ｃｍ长　９０＊５ｍｍ的钢　管，并外留２ｃｍ空隙进行满焊连接。　（７）管棚及钢筋笼安装。大管棚钢管分为管尖段、标准段、管顶段。管尖段钢　管长为４．５ｍ，内设钢筋笼，第一条钢筋伸出钢管０．２ｍ、第二条钢筋伸出钢管０．　４ｍ、第三条钢筋伸出钢管０．６ｍ，钢筋笼底部设置在直管段与管尖交接处。标准　段钢管长为９ｍ，内设钢筋笼长９．７ｍ。管顶段钢管长为８．５ｍ，内设钢筋笼长８．　０ｍ。钢筋笼的钢筋加工好后采用现场安装　（８）注浆。管棚及钢筋笼安装完成后进行注浆，浆液采用水灰比为１：１的水　泥浆液，注浆顺序原则上由低孔位向高孔位进行。首先对钢花管进行单液注浆，　注浆压力取Ｏ．５～３．ＯＭＰａ，注浆量不小于设计要求的９５％，一般为钻孔圆柱体　的１．５倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔　周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。　三　结束语　在不良地质施工困难地段，如破碎的岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、　强膨胀地层、裂隙发育岩体、断裂破碎带、泷埋偏压等围岩，采用管棚支护能取　得较好的效果；在流塑状岩体或岩溶严重流泥地段，采用管棚与围岩预注浆相　结合的手段更是行之有效的方法。　参考文献　Ⅲ１杨秋廷，浅谈超前管棚支护技术在隧道工程中的应用机理，Ⅸ中国集体　经济＊２００９年０７期．