高速公路隧道超前長管棚施工技術(shù)研究

趙 瑜

（山西長興路橋工程有限公司， 山西 長治 046000）

1 工程概況

某高速公路隧道洞口位于淺埋段，圍巖破碎，穩(wěn)定性差，分布有軟弱結(jié)構(gòu)層。該隧道設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)間距分離式上下行隧道，左右線長度均為1405m。隧道最大埋深198m，最小埋深6m，設(shè)計(jì)圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)。圍巖裂隙紋理較發(fā)育，受裂隙水影響較大，圍巖大多為強(qiáng)風(fēng)化巖，自穩(wěn)能力差。設(shè)計(jì)采用超前長管棚對洞口段進(jìn)行超前支護(hù)，洞內(nèi)采用超前小導(dǎo)管注漿加固。隧道洞內(nèi)設(shè)計(jì)縱坡為3%，洞身軸線與地形線呈大角度斜交，交角為47°。隧道洞口段圍巖主要為巖堆，斜坡覆蓋碎石土，自穩(wěn)能力差，且存在偏壓，設(shè)計(jì)采用40m超前長管棚進(jìn)行支護(hù)，以保證洞口段施工安全。

2 超前長管棚加固原理

超前長管棚是根據(jù)松馳荷載理論設(shè)計(jì)的，洞口位置采用套拱作為環(huán)向后支點(diǎn)，鋼管作為縱向預(yù)支撐，在隧道開挖輪廓線外環(huán)向排列形成鋼管棚，然后在管棚內(nèi)部注漿加固管棚周邊巖體，最終與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)儀器形成一個(gè)穩(wěn)定的支護(hù)系統(tǒng)。超前長管棚適用于極破碎的地層、塌方體、巖堆等地段，可有效控制軟弱危險(xiǎn)變形、松弛、沉降，防止圍巖出現(xiàn)塌方、冒頂?shù)仁鹿省３伴L管棚支護(hù)能力強(qiáng)，可形成有效支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高圍巖的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)安全事故，保證施工安全。

3 超前長管棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 套拱設(shè)計(jì)

本隧道設(shè)計(jì)套拱長度為2m，內(nèi)部設(shè)置工字鋼和鋼筋骨架，厚度為600mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。套拱可以有效保證超前長管棚施工的鉆孔精度和安裝位置準(zhǔn)確，在套拱內(nèi)設(shè)置導(dǎo)向管，導(dǎo)向管長2m，規(guī)格為Ф127 ×5 mm 無縫鋼管，導(dǎo)向管焊接在鋼拱架上，焊接牢固不松動(dòng)。由于管棚長度較差，為了防止鉆孔過程中侵入隧道開挖界限，導(dǎo)向管外插角選擇為2°。套拱混凝土通常采用模筑施工，特殊情況下采取噴射混凝土施工。

3.2 管棚主要技術(shù)參數(shù)

本項(xiàng)目隧道洞口段圍巖穩(wěn)定性較差，所選超前長管棚的長度為40 m。管棚鋼管采用規(guī)格為Ф108 mm×6 mm的Q235 無縫鋼管。管棚管節(jié)加工長度為3 m 和6 m 兩種，管壁上加工有注漿孔，孔位間距300 mm，呈梅花形布置。每節(jié)管棚第一節(jié)管棚頭部加工尖錐，以便于施工，防止施工過程中鉆渣進(jìn)入。為了防止管棚注漿過程中漏漿，最后一節(jié)管棚尾部2m范圍內(nèi)不加工注漿孔。本項(xiàng)目超前長管棚共計(jì)39根，設(shè)計(jì)中心距為400mm，總長度為1560m。

3.3 鋼拱架

為了提高導(dǎo)向管的剛度，套拱內(nèi)設(shè)置工字鋼4根，規(guī)格為20號(hào)，設(shè)計(jì)間距600 mm，連接鋼筋選用Ф22 鋼筋。

3.4 注漿

為了進(jìn)一步提高管棚周邊圍巖的穩(wěn)定性，采用水泥-水玻璃雙液注漿進(jìn)行加固。注漿采用注漿機(jī)進(jìn)行，注漿過程中嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行漿液拌制。注漿過程中嚴(yán)格控制注漿量和注漿壓力，如注漿過程中漏漿嚴(yán)重，可對漏漿部位進(jìn)行封堵，暫停后再進(jìn)行注漿，并適量加入水玻璃。

4 超前長管棚施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

施工前組織施工技術(shù)人員進(jìn)行施工安全和技術(shù)交底，閱讀圖紙，組織人員培訓(xùn)，并對施工現(xiàn)場地形地貌，水文地質(zhì)等情況進(jìn)行調(diào)查。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，制定施工組織設(shè)計(jì)方案，確定人員、設(shè)備的組織和配置。

4.2 邊仰坡防護(hù)

按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測量放樣，確定邊仰坡開挖邊線，邊開挖邊防護(hù)。本項(xiàng)目邊仰坡防護(hù)采用錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，錨桿采用Ф22 鋼筋，間距為2m，鋼筋網(wǎng)選用直徑8mm的盤條，網(wǎng)格尺寸為200mm×200mm。邊仰坡開挖至套拱頂高程后，向下開挖洞面，為套拱施工提供工作面。

4.3 套拱立模

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用4榀20號(hào)工字鋼作為套拱內(nèi)模支撐，連接筋為Ф22 鋼筋。鋪設(shè)竹膠模板或木模板，并使用腳手架進(jìn)行加固，防止跑模。為了防止套拱施工過程中產(chǎn)生較大沉降侵入襯砌凈空，套拱尺寸應(yīng)外擴(kuò)5cm。采用木模板作為外模，外部用鋼筋固定，輔以架管、工字鋼為外支撐。模板拼裝應(yīng)嚴(yán)密，防止走模漏漿，套拱拱部3m范圍不安裝模板，以便于混凝土澆注施工。為防止混凝土進(jìn)入導(dǎo)向管，使用纖維袋或其他織物對管口進(jìn)行封堵。

4.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑選用C25混凝土，拌和時(shí)嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行，不得隨意更改材料比例。混凝土坍落度控制在6～8cm，水灰比控制在0.43以內(nèi)。混凝土澆筑應(yīng)分層澆筑，分層振搗，采用振動(dòng)棒振搗，以無氣泡冒出為標(biāo)準(zhǔn)確定振搗完成。套拱兩側(cè)對稱澆筑，兩側(cè)高差不超過50cm。為了防止混凝土走模，混凝土澆筑量不得超過4m3/h。澆筑過程中密切注意模板變化，如發(fā)現(xiàn)有走模危險(xiǎn)及時(shí)加強(qiáng)支撐，漏漿及時(shí)封堵?；炷翝仓瓿珊?d內(nèi)使用土工布或土工膜覆蓋養(yǎng)護(hù)，保證混凝土強(qiáng)度增長。

4.5 鉆孔

當(dāng)套拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%時(shí)，可以開始鉆孔作業(yè)。鉆孔設(shè)備就位后，首先應(yīng)確保主軸方向與孔口位置一致。鉆孔從底部開始，并在鉆孔過程中使用地質(zhì)羅盤儀對鉆孔仰角進(jìn)行檢測，如發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生偏差及時(shí)糾正。鉆孔觀測中根據(jù)鉆渣，鉆進(jìn)速度等對隧道圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行分析記錄，應(yīng)注意跳鉆、卡鉆情況。鉆進(jìn)施工前做好準(zhǔn)備工作，備足易損消耗件，防止鉆進(jìn)施工中斷。鉆孔后及時(shí)進(jìn)行掃孔、清孔，將孔內(nèi)鉆渣徹底清除。

4.6 頂管

管棚鋼管管節(jié)加工成3m和6m兩種，連接處采用絲扣聯(lián)結(jié)。頂管施工采用挖掘機(jī)配合人工施作，第一節(jié)鋼管加工有尖錐，先安裝有注漿孔的鋼管，最后一節(jié)選擇尾部2m范圍內(nèi)無孔的鋼管。頂管施工采用跳孔安裝的方式，嚴(yán)格控制同一斷面接頭的數(shù)目，不得超過50%，相鄰鋼管接頭錯(cuò)開至少1m，施工中可采用3m和6m交替安裝的方式錯(cuò)開接頭位置。

4.7 注漿

超前長管棚注漿可以加固管棚周邊的圍巖，填充圍巖空隙，提高圍巖的穩(wěn)定性。本項(xiàng)目注漿采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿擴(kuò)散半徑不小于0.5m。注漿施工前先進(jìn)行試驗(yàn)，確定注漿速度、注漿壓力等施工參數(shù)，保證施工的順利進(jìn)行。注漿結(jié)束通過注漿量和注漿壓力控制，單孔注漿量不得少于設(shè)計(jì)注漿量的80%。達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力并持續(xù)2min以上，可結(jié)束注漿。注漿采用先上后下的順序，注漿前在周邊作業(yè)面設(shè)置止?jié){墻，防止漏漿。注漿完成后在管棚鋼管內(nèi)緊密充填M30水泥砂漿，以提高管棚的剛度和強(qiáng)度。

5 結(jié)語

文章通過對某高速公路隧道超前長管棚的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工工藝進(jìn)行闡述，總結(jié)了施工要點(diǎn)，提出了質(zhì)量控制措施。實(shí)踐證明，采用超前長管棚支護(hù)可有效提高隧道軟弱破碎地段、淺埋段圍巖的穩(wěn)定性，保證施工安全。本項(xiàng)目洞口段開挖后發(fā)現(xiàn)圍巖穩(wěn)定性明顯提高，拱頂超挖較小，說明達(dá)到了預(yù)期的加固效果。