超前管棚支护技术在浅埋偏压隧道洞口施工中的应用

超前管棚支护技术在浅埋偏压隧道洞口施工中的应用

【摘要】在公路隧道洞口施工中普遍存在隧道围岩等级高、偏压、浅埋等不良地质，采用超前管棚支护能够有效的解决地表下沉和围岩变形，确保安全施工。通过工程实例，介绍浅埋偏压隧道洞口超前大管棚的施工技术。

【关键字】浅埋偏压；超前管棚支护；工程实例

1、工程概况

由中交第三公路工程局有限公司承建的“福建省莆田至永定（闽粤界）高速公路永春至永定泉州段A4合同段”路线位于福建省泉州市安溪县境内，下角溪隧道位于莆永A4合同段ZK25+757～ZK26+213、YK25+755～YK26+205段，隧道采用洞口小净距、洞身分离式形式，总长450m，净空为（宽×高）10.25×5.0m。设计时速80km/h，采用灯光照明，自然通风，属短隧道。

其中左洞出口ZK26+213～175为Ⅴ围岩，最薄覆盖层仅为2m，其余均在15-25m，该段围岩主要由粉质粘土及全-强风化砂岩组成，围岩节理裂隙发育，岩体分化强烈，此段存在埋深浅、岩体风化程度较严重、偏压、工程性质差，易在降雨、开挖等外力影响下产生局部垮塌、滑坡等危害，施工进洞难度大。

根据现场实际情况，结合施工设计、规范、施工经验，采用大管棚超前预注浆，先对洞口段进行固结处理再进行开挖，可以有效保证洞口边仰坡安全，确保顺利进洞。

2、设计参数

①边仰坡防护参数：边坡坡度为1：0.75，锚杆为Ф22药卷锚杆，锚杆长3.5m，间距1.2×1.2m, 挂单层φ6钢筋网，网眼20×20cm ，喷C20砼厚层10cm。仰坡：按实际情况确定，锚杆为Ф22药卷锚杆，锚杆长3.5m,间距1.2×1.2m，挂单层Ф6钢筋网，网眼20×20cm ，喷C20砼厚层10cm。

②导向墙设计参数：导向墙采用C25砼，导向墙内设3榀I18工字钢架，各榀钢架间焊接环向间距为1m的Ф25连接钢筋，钢架各单元由钢板+螺栓连接。导向管采用Φ127×4mm孔口管，安装时仰角设为1～2°。因左洞出口存在偏压、浅埋，设计有偏压外边墙，采用采用C25素混凝土。

③长管棚设计参数：左洞出口管棚设计长度为28m，总根数为40根，管棚钢管均采用Φ108*6mm热轧无缝钢管，节长6m、3m，环向间距40cm，接头用长15cm的丝扣直接对口连接。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于30cm，平行路面中线布置。要求管棚偏离设计位置的施工误差不大于20cm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头数至少须错

开1m。为增强钢管的刚度，注浆完成后管内应以M30水泥砂浆填充。

④注浆参数：对超前管棚注浆采用水泥水玻璃双液浆，水泥浆的配合比通过现场试验确定，以利施工，参考水泥浆水灰比为1:1，注浆压力初压0.5～1MPa，终压为2MPa；对药卷锚杆采用专用锚固剂药包锚固。

3、施工工艺

3.1截水沟施工

下角溪隧道出口，在仰坡开挖线5米以外设置一条截水沟。根据施工放样的线形，进行地表树木及植被清理。现场截水沟可根据现场实际地形进行调节，截水沟的水排向隧道两侧的自然沟。基坑开挖采用人工用铁锹和铁镐直接开挖。开挖的土方集中在安全地段进行倾倒，禁止随挖随倒，引发安全事故。在截水沟的外侧，将边坡修顺，使的坡面汇水能顺畅流入截水沟。沟体采用M7.5浆砌片石施工，要求各砌块的砌缝相互错开，砌缝饱满，沟内排水畅通，做到不渗不漏，防止地表水渗入开挖面，影响洞口边、仰坡的稳定性。

3.2边仰坡施工

首先由测量组复核洞口的控制桩点，确保无误后，进行边仰坡开挖线放样。边坡施工严格按照设计要求进行放坡开挖，仰坡采取尽量不破坏原地表植被，尽量保留坡面的稳定结构层，采用少刷或不刷的方案。边仰坡防护采用YT28的风钻钻孔，打设孔深3.5米、间距120×120cm梅花型布置的药卷锚杆。锚杆水平打入仰坡，安装Φ22mm药卷锚杆，锚杆药卷要填塞饱满，达到设计的拉拔力要求，并挂φ6mm钢筋网，网格尺寸20×20cm，喷射10cm厚的C20早强喷射砼。

3.3偏压外边墙施工

左洞出口ZK26+203～ZK26+213设计有偏压外边墙。先进行明暗洞交界处坡面加固，采用Φ22mm药卷锚杆，间距为120×120的梅花形布置，垂直坡面打入，并挂φ6mm钢筋网，网格尺寸20×20cm，喷射6cm厚的C20早强喷射砼。偏压外边墙基坑开挖，尽量减少大面积刷坡开挖，采用沿隧道中线方向，放台阶开挖。其优点为：方便模板、钢筋及拱架施工；减少明挖开挖土石方量；避免进行大开挖，引起边坡坡度过高，不利于边坡稳定。基坑开挖完成后，进行基础地基承载力试验，地基承载能力应不小于300KPa，合格后浇筑基础混凝土，然后施工墙身混凝土，预埋1～4号孔口管。混凝土浇筑具体施工图见下:

外边墙施工大样图

3.4导向墙施工

在开挖外边墙基坑时同时将另一侧的套拱基础按同样要求进行开挖，基坑开挖完成后，进行基础地基承载力试验，地基承载能力应不小于300KPa，合格后浇筑套拱基础混凝土。外边墙墙身混凝土浇筑完成后，进行套拱施工。在左幅ZK26+203～ZK26+205段设计3榀I18的工字钢混凝土套拱，间距75cm。在套拱施工时，预埋127×4㎜的孔口管，孔口管长度为2米，外插角为1～2°，孔口管与工字钢焊接成整体，并用Φ25的钢筋固定。混凝土边浇筑边捣固，捣固至混凝土表面不再泛浆、冒气泡为准，确保混凝土的密实，保证内实外光。

套拱施工大样图

3.5长管棚施工

3.5.1钻孔

（1）长管棚设计为2种，分为有孔和无孔两种，在施工中应先施工有孔钢管，注浆后在施工无孔钢管。长管棚施工采用履带式潜孔钻钻孔，其优点是不用搭设钻孔平台，成孔率高，钻孔速度快，操作方便。在钻孔中调整好钻孔角度，钻孔角度保证向上倾角为2°，确保管棚不得侵入隧道净空。

（2）先钻单号孔（钢花管），每钻完一孔便顶进一根钢管，钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。待全部完后，再钻双号孔（钢管）。

（3）钻机开孔时，要低速低压，待成孔1.0m后，再按正常钻进压力钻进。保证有足够的风量排除孔内钻粉。

（4）岩质较好或围岩注浆固结得好，可以一次成孔；围岩局部注浆效果不好的，钻进时产生坍孔、卡钻者，需补注浆后再钻进。

3.5.2安装管棚钢管、钢花管

（1）顶进钢管采用3m和6m两种长度规格，管棚钢管、钢花管节与节之间通过丝扣接头连接，丝扣长15cm。为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节管采用6m钢管，以后每节钢管采用6m长钢管，以保证同一断面上接头数不超过50%。钢管节段间接头采用企口焊接，确保连接可靠。

（2）对有孔钢管前4.5m不开孔，作为止浆段，其余部分按20cm间距交错设置10㎜的注浆孔，管头设置为圆锥形，以便入孔。

钢花管大样图

（3）安装钢管前期靠人工送管，当阻力增大，人力无法送进时，采用钻机顶进，顶进困难时，用锤击钢管或用卡钳扭转钢管，以取得较好的顶进效果。在下管前，将要顶进的钢管节搭配到设计长度并试拼接，并做好记录。

3.5.3注浆

（1）对超前管棚注浆采用水泥水玻璃双液浆，水泥浆采用42.5R优质水泥和清水配制，水灰比参考值在0.8:1～1:1，并对纯水泥浆液添加水泥重量5%的水玻璃。使用高速搅拌机搅拌水泥浆的时间应不小于3min。具体情况应在注浆前先进行注浆现场实验，注浆参数按实际情况确定，以利施工。

（2）长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计，注液扩散半径不小于0.5m。注浆前应进行压水试验，检测机械设备是否正常，管路连接是否正常，导管孔口应达到密闭标准，以防漏浆，然后采用注浆机注浆，注浆压力为0.5～1.0Mpa，当压力达到设计注浆终压并稳定10~15min，注浆量达到设计注浆量的80%以上时，可结束注浆。注浆过程中设专人做好记录，记录单孔注浆压力和单孔实际注浆量。

（3）为保证注浆质量，在钢花管安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔口管壁间的空隙，钢管自身利用孔口安装的封头将密封圈压紧，压浆管口上安装三通接头。注浆后，扫排管内胶凝浆液，用水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。

4、结语

通过对下角溪隧道洞口超前管棚施工的研究，得出长管棚施工技术能够有效地解决隧道施工的安全隐患和质量问题，同时加快了隧道进洞的速度，缩短工期，具有显著的经济效益和社会效益。从实例工程中对隧道施工工艺进行研究，总结出灵活、实用的施工工艺为以后类似地质的隧道施工提供一些经验。

参考文献：

《公路隧道施工技术规范》(JTGF60-2009).

公路工程施工工艺标准.（路基路面隧道）.北京：人民交通出版社，2008.

福建省高速公路施工标准管理指南.隧道/福建.北京：人民交通出版社，2010.