長(zhǎng)大管棚進(jìn)洞技術(shù)在喀斯特隧道中的應(yīng)用

邱中原，杭寶國(guó)

(中交一航局第四工程有限公司，天津塘沽300456)

長(zhǎng)大管棚進(jìn)洞技術(shù)在喀斯特隧道中的應(yīng)用

邱中原，杭寶國(guó)

(中交一航局第四工程有限公司，天津塘沽300456)

喀斯特地質(zhì)隧道進(jìn)洞施工時(shí)，洞口地質(zhì)條件復(fù)雜，多為孔洞、裂隙，采用長(zhǎng)大管棚的支護(hù)技術(shù)進(jìn)洞是一個(gè)很好的解決方案。本文闡述了長(zhǎng)大管棚的作用機(jī)理、施工技術(shù)，并對(duì)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為隧道快速進(jìn)洞和施工安全提供了保障措施。

管棚;隧道;進(jìn)洞

1 工藝原理

長(zhǎng)大管棚進(jìn)洞是在隧道開挖前，依據(jù)隧道進(jìn)洞開挖輪廓線，做好導(dǎo)向墻，按照一定間距，打設(shè)與隧道平行的鉆孔，在鉆孔內(nèi)置入設(shè)計(jì)規(guī)定的鋼花管，后向鋼花管內(nèi)注漿，漿液沿著鋼花管的空隙進(jìn)入臨近的破碎的圍巖裂隙里，利用漿液的膠結(jié)作用固結(jié)破碎的圍巖，從而提高破碎的穩(wěn)定性和整體性?；ㄤ摴茉诳v向范圍內(nèi)，不僅起到傳輸漿液的目的，其本省也具有一定的強(qiáng)度，在圍巖開挖時(shí)，鋼花管類似于簡(jiǎn)支梁，起到超前支護(hù)的作用。

圖1 受力示意圖

固結(jié)的圍巖以及鋼花管自身的受力特征，決定了在鋼花管受力范圍內(nèi)可以有效的防止圍巖變形、脫落，并在其受力范圍內(nèi)，在圍巖開挖未支護(hù)時(shí)起到一定的安全防護(hù)作用，為隧道進(jìn)洞提供保障。

2 工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 洞口導(dǎo)向墻施工

為保證管棚方向、角度的施工精度，長(zhǎng)管棚設(shè)置C20混凝土導(dǎo)向套拱，截面厚度60 cm，縱向長(zhǎng)度200 cm，內(nèi)設(shè)4榀工18鋼拱架，鋼拱架外緣設(shè)置Φ140×8 mm導(dǎo)向管。環(huán)向長(zhǎng)度根據(jù)數(shù)量按拱頂120°范圍計(jì)算。

鋼架各單元由連接板焊接成型，單元間由螺栓連接。

圖2 施工流程圖

(1)測(cè)量放樣時(shí)要明確明暗洞分界線，這是做好洞口邊仰坡開挖和修整的必要條件。放線完成后，及時(shí)開挖和修整，并做好邊仰坡的支護(hù)處理。

(2)洞口工程開挖時(shí)采取預(yù)留核心土的施工方法，當(dāng)開挖至管棚最下方1 m以下位置時(shí)停止開挖。開挖出渣料平鋪成施工平臺(tái)及坡道。因處于露天情況，要做好施工平臺(tái)兩側(cè)簡(jiǎn)易的排水溝，并有組織的將其順延至場(chǎng)地的排水系統(tǒng)。

(3)導(dǎo)向墻兩側(cè)的基底浮渣要處理干凈，且在此底面上澆筑混凝土基礎(chǔ)。根據(jù)鋼拱架的位置，預(yù)埋連接鋼板，作為鋼拱架的支座。

(4)嚴(yán)格把控拱架架設(shè)質(zhì)量，尤其是拱架的標(biāo)高、中線以及拱架的垂直度，控制好拱架間距。對(duì)于拱架之間的連接鋼筋要給予特別注意，拱架的系統(tǒng)性主要靠連接筋以及噴射混凝土的作用，做好連接鋼筋的連接以及基礎(chǔ)的處理，對(duì)于拱架的單榀受力有極大的意義。

(5)拱架支護(hù)完成之后，按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)，利用測(cè)量?jī)x器定位各個(gè)導(dǎo)向管的位置，并確定孔口管傾角，在拱架上焊牢導(dǎo)向管，安裝導(dǎo)向管要注意線路的縱向坡度，保證安裝正確，以免對(duì)隧道的開挖造成影響或者降低導(dǎo)向管的作用效果。

(6)模板安裝加固的作業(yè)通常采用木模板，厚度不小于5 cm，內(nèi)外側(cè)采用Φ22環(huán)形作為加勁肋，采用鐵絲與拱架進(jìn)行綁扎，外側(cè)采用方木或者定型鋼筋籠進(jìn)行支撐，布置采用梅花形。

(7)導(dǎo)向墻混凝土施工。

2.2 長(zhǎng)大管棚施工

(1)管棚加工

長(zhǎng)管棚采用熱軋無(wú)縫鋼管，外徑φ108 mm，壁厚6 mm，長(zhǎng)度20 m，有效搭接長(zhǎng)度為2 m，故管棚的實(shí)際長(zhǎng)度為24 m，鋼花管上的注漿孔梅花形布置，采用沖孔機(jī)進(jìn)行沖孔，不得采取燒孔，前端要加工成錐形，尾部1 m以內(nèi)不布置注漿孔，用于止?jié){。

圖3 鋼花管構(gòu)造示意圖

鋼管內(nèi)設(shè)鋼筋籠，提高了導(dǎo)向管的抗彎能力，固定環(huán)采用Φ42×4 mm鋼管，每50 cm一道，主筋共計(jì)4道，采用Φ22鋼筋，無(wú)縫鋼花管以絲扣連接而成。

圖4 鋼筋構(gòu)造示意圖

(2)鉆孔及管棚安裝

鉆孔:對(duì)編號(hào)孔由高孔位向低孔位進(jìn)行。在進(jìn)行鉆孔時(shí)鉆桿坡度應(yīng)與管棚坡度保持一致，鉆進(jìn)至尾部剩余30 cm時(shí)停止鉆進(jìn)，安裝第二節(jié)鋼花管，繼續(xù)鉆進(jìn)，注意在方向?qū)?zhǔn)并且連成一體之后方可繼續(xù)鉆進(jìn)，依次類推，直至完成整個(gè)鋼花管的鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)過(guò)程要嚴(yán)格把控鉆機(jī)的偏斜角度，施工技術(shù)人員需要現(xiàn)場(chǎng)旁站，對(duì)偏移過(guò)大的鉆機(jī)進(jìn)行角度糾偏，當(dāng)鉆進(jìn)的過(guò)程出現(xiàn)卡鉆、塌孔等事件時(shí)，需要注漿穩(wěn)固后再進(jìn)行鉆進(jìn)。為了確保角度正確，需要使動(dòng)力器、扶正器、合金鉆頭三點(diǎn)一線。采用高壓風(fēng)從孔底向孔口清理鉆渣，鉆進(jìn)過(guò)程中要反復(fù)的掃孔、清理浮渣，保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

鉆孔結(jié)束要對(duì)鉆孔進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，確保管棚不侵入隧道開挖線，并且角度符合設(shè)計(jì)要求，與此同時(shí)要關(guān)注鉆孔之間不能有縱向搭接以及相撞。

管棚安裝:前期靠人工送管，后期借助鉆機(jī)頂進(jìn)，按與鉆進(jìn)相反步驟拆卸鉆桿和套管，將鋼花管插入孔內(nèi)后采用絲扣進(jìn)行連接，并且要封閉鋼花管的終端。安裝到位后，繼續(xù)安裝其他的鋼花管。

(3)長(zhǎng)管棚注漿

管棚注漿前要進(jìn)行注漿試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得管棚施工經(jīng)驗(yàn)。

注漿采用水泥漿液，水泥漿液的水灰比為1∶1，注漿的初始?jí)毫χ禐?.5～1.0 MPa，終止壓力為2.0 MPa，施工中達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力或者設(shè)計(jì)注漿量時(shí)可以停止注漿，施工中應(yīng)做好每根管棚的注漿記錄，未注漿參數(shù)的調(diào)整提供科學(xué)的依據(jù)。

注漿結(jié)束后用M20的砂漿填充鋼管，以增強(qiáng)管棚的強(qiáng)度。

通過(guò)注漿壓力和流量共同控制注漿量，管棚注漿量計(jì)算如下

Q=Anα(1+β)

式中:Q為總注漿量，m3;A為注漿范圍巖層體積，m3;n為圍巖空隙率，取3%;α為注漿充填系數(shù)，取0.8;β為注漿材料消耗系數(shù)，取0.1。

注漿時(shí)應(yīng)對(duì)鋼花管進(jìn)行編號(hào)，注漿順序由低到高、由下至上，先注奇數(shù)管再注偶數(shù)管，交錯(cuò)進(jìn)行。低處孔灌漿時(shí)高處孔可用于排氣、排水，當(dāng)高處孔排出濃漿后需要堵塞低處孔，從高處孔灌漿。

如果因故造成灌漿中斷，分為兩種情況。在時(shí)間較短時(shí)，應(yīng)及早的進(jìn)行恢復(fù)注漿即可。當(dāng)中斷時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，需要廢棄原有的注漿，重新鉆孔灌注。

待管棚達(dá)到支撐強(qiáng)度，可采用“三臺(tái)階七步法”等對(duì)隧道進(jìn)行開挖進(jìn)洞施工。

3 應(yīng)用實(shí)例

云南蒙文硯高速公路東山隧道洞口段圍巖分級(jí)劃分為Ⅴ1級(jí)。隧道圍巖以第四系坡殘積黏土及泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組灰?guī)r為主，灰?guī)r呈強(qiáng)～中風(fēng)化，巖體破碎呈碎塊狀、塊狀碎裂結(jié)構(gòu)，巖溶較發(fā)育。確定采用長(zhǎng)大管棚技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次性的超長(zhǎng)跟管鉆進(jìn)、注漿，使圍巖預(yù)加固，高效平穩(wěn)的安全進(jìn)洞，實(shí)現(xiàn)了“零”進(jìn)洞工法的環(huán)保理念。加固圍巖后，圍巖坍塌的可能性大大降低，作業(yè)人員可在較安全的環(huán)境下施工。與超前錨桿、小導(dǎo)管注漿，格柵鋼架支護(hù)、仰坡噴錨等傳統(tǒng)的施工方法比較，可以加速工期，節(jié)約成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用大管棚技術(shù)作為穿越喀斯特地質(zhì)隧道的超前支護(hù)，可以使注漿體與管棚連成整體而受力，在開挖輪廓線外形成環(huán)向支持體，為隧道快速進(jìn)洞和安全施工提供了有效保證，同時(shí)也縮短了工期，達(dá)到高效、節(jié)能、環(huán)保的效果。

［1］羅定倫，高波.采用長(zhǎng)大管棚預(yù)支護(hù)進(jìn)洞技術(shù)的理論與實(shí)踐［J］.鐵道建筑，2008，(3):35－38.

［2］于文德.長(zhǎng)大管棚在特大斷面隧道施工中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2007，(6):318－219.

U455.4

C

1008－3383(2017)05－0153－02

2017－03－14

邱中原(1983－)，男，天津?qū)幒尤?，工程師?/p>