鄢澤紅

摘要：本文以寶峰隧道為工程背景，介紹了隧道超長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)的跟管導(dǎo)向原理及主要施工藝。施工監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：整個(gè)施工過程中地表沉降均勻穩(wěn)定增長(zhǎng)，數(shù)量較小，最終沉降控制在58mm以內(nèi)，此種大管棚超前預(yù)支護(hù)技術(shù)在隧道施工中遭遇軟弱圍巖時(shí)可以確保施工安全快速進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：隧道施工；大管柵超前預(yù)支護(hù)；軟弱國(guó)巖安全

中圖分類號(hào)：U455

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2013）05-0111-02

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引言

對(duì)于軟弱圍巖來說，加強(qiáng)掌子面前方圍巖預(yù)加固技術(shù)的研究和開發(fā)是當(dāng)前軟弱囤巖隧道施工技術(shù)研究的主流。管棚支護(hù)是防止圍巖坍塌及地表沉降的主要手段，經(jīng)過多年來的不斷實(shí)踐與發(fā)展，管棚施工已成為淺埋暗挖隧道控制地面下沉和加強(qiáng)隧道圍巖的主要施工方法，隨著隧道施工標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，管棚已經(jīng)向超長(zhǎng)、超大方向發(fā)展。

寶峰隧道是改建鐵路擴(kuò)能改造工程昆玉鐵路控制性工程之一，隧道全長(zhǎng)7377m，全隧均為V級(jí)圍巖，寶峰隧道出口位于玉溪市北城鎮(zhèn)刺桐關(guān)村東側(cè)坡麓緩坡地帶，線路為雙線隧道；在D2K17+615處與既有昆玉鐵路（YK18+845）相交，交角37°，隧道施工影響范圍為D2K17+635-DK17+595段，此段埋深27m；該段圍巖地層為（Pflhs）炭質(zhì)板巖夾板巖（W3-W4），深灰、灰黑色，富水，巖體呈細(xì)角礫狀，自穩(wěn)性極差。為確保安全快速通過既有昆玉鐵路，經(jīng)多方研究決定，在開挖施工前，先進(jìn)行預(yù)加固措施，即在此段拱部設(shè)一環(huán)φ159高精度定向大管棚超前支護(hù)，每根長(zhǎng)50m，環(huán)向間距0.4m。

2 高精度大管棚施工技術(shù)

2.1施工工藝流程

施作管棚工作室→搭設(shè)鉆機(jī)平臺(tái)安裝鉆機(jī)安裝導(dǎo)向鉆頭→鉆孔跟鋼花管→封堵孔口→注漿→效果檢查。

2.2高精度大管棚施工

管棚是將花管（導(dǎo)管）安插在已鉆好的孔中，沿隧道開挖輪廓外排列形成鋼管棚，管內(nèi)注漿，有時(shí)可加鋼筋籠，并采用型鋼鋼架組合成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)，以支承和加固自穩(wěn)能力極低的囤巖，對(duì)防止軟弱圍巖的下沉、松弛和坍塌等有顯著效果。

一般管棚施工存在施工距離短，工效低，支護(hù)效果差等缺點(diǎn)，寶峰隧道采用高精度大管棚施工技術(shù)，即導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)搭設(shè)管棚方法。

2.3導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)原理

導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)是借鑒水平定向鉆進(jìn)技術(shù)發(fā)展而來。要旨在：鉆進(jìn)過程中能準(zhǔn)確測(cè)定鉆頭在地下的位置和方向，據(jù)此確定鉆進(jìn)軌跡同設(shè)計(jì)軌跡的誤差，利用能進(jìn)行方向調(diào)節(jié)的導(dǎo)向鉆頭（一般軟土層中用楔型鉆頭）改變鉆進(jìn)方位，從而確保按設(shè)計(jì)軌跡精確鉆進(jìn)。

導(dǎo)向鉆頭內(nèi)裝有特制的定位傳感器，傳感器通過信號(hào)線穿過鉆桿連接孔外的顯示器。顯示器顯示導(dǎo)向鉆頭的傾角和面向角（如圖1所示，顯示器上有一角度指示鐘，導(dǎo)向板斜面朝下時(shí)為12點(diǎn)）。導(dǎo)向鉆頭鉆進(jìn)角度如果偏下，可以把導(dǎo)向鉆頭調(diào)到12點(diǎn)，即導(dǎo)向板斜面朝下，直接頂進(jìn)，此時(shí)由于導(dǎo)向板底板斜面面積大，受到一個(gè)向上的托力，導(dǎo)向鉆頭軌跡就會(huì)朝上運(yùn)移。同理，在6點(diǎn)時(shí)糾偏可以使鉆頭鉆進(jìn)軌跡朝下，9點(diǎn)、3點(diǎn)時(shí)分別為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，導(dǎo)向鉆頭的鉆進(jìn)軌跡是平直的。

2.4導(dǎo)向跟管施工

2.4.1工藝

跟管鉆進(jìn)采用單動(dòng)雙管回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，具體施工鉆具：外管由注漿套管與主動(dòng)鉆桿組合，內(nèi)管由小鉆頭與主動(dòng)鉆桿共同組合而成。鉆進(jìn)過程碴土由內(nèi)外管環(huán)空間隙通過復(fù)合接頭處排除，當(dāng)鉆進(jìn)進(jìn)尺緩慢，套管內(nèi)充填碴土較多排除不完全時(shí)，用內(nèi)管鉆具回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)排除套管內(nèi)的碴土，完畢后接上外管鉆具重新回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，注漿套管用電焊機(jī)焊接牢靠，防止因鉆具扭矩過大絲扣產(chǎn)生滑絲而脫扣現(xiàn)象，導(dǎo)致后續(xù)套管再無法接上。如此循環(huán)鉆進(jìn)直至注漿套管下至設(shè)計(jì)深度，然后退出內(nèi)管鉆具。

2.4.2注意事項(xiàng)

由于該圍巖富水，采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)作業(yè)，并在導(dǎo)向管口按編號(hào)施工，順序從低孔開始，在144°范圍內(nèi)，由中間往兩側(cè)對(duì)稱交錯(cuò)施工。

開鉆時(shí)，先低速低壓，等成孔幾米后，再加速加壓。鉆進(jìn)過程中，必須沿鉆機(jī)位確定的基線鉆孔，隨時(shí)檢查鉆孔方向的準(zhǔn)確度，由于整個(gè)隧道均為V級(jí)圍巖，富水破碎，自穩(wěn)性極差，難以成孔，故采用跟進(jìn)跟管方式成孔。

在鉆孔施工中，為減少因鉆具漂移或下垂引起的鉆孔偏差，鉆機(jī)立軸方向必須控制準(zhǔn)確，鉆進(jìn)過程中根據(jù)導(dǎo)向顯示器顯示數(shù)據(jù)和鉆孔長(zhǎng)度采用測(cè)斜儀量測(cè)鋼管鉆進(jìn)的偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計(jì)要求應(yīng)及時(shí)糾正或調(diào)整。

鉆孔過程中應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)的速度、巖土取芯、司鉆壓力等情況判斷此鉆孔管段的地質(zhì)情況，及時(shí)做好施工記錄，并根據(jù)記錄數(shù)據(jù)繪制地質(zhì)剖面圖和展開圖，為開挖施工提供參考。

2.5孔口密封

用帶連接注漿管的鋼板與管棚鋼管焊接牢固，注漿連接管可采用閥接式。將管棚鋼管與鉆孔環(huán)形空間用于硬砼料封堵密實(shí)，封堵環(huán)形空間前必須用壓力風(fēng)將孔口部位砼墻面上的泥土及浮塵清理干凈。

2.6注漿

該段大管棚采用φ159，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，每節(jié)鋼管兩端加工成外絲扣，采用中168，壁厚10mm接頭鋼管加工成內(nèi)絲扣，布置在拱頂144°范圍內(nèi)，管棚外插角為3°-5°。在光滑管上梅花形鉆設(shè)注漿孔，孔徑為100mm，間距1.5m，尾部2m范圍內(nèi)為止?jié){段，注漿采用BW-250泵對(duì)管棚進(jìn)行注漿。

由于采用間隔施工大管棚，為了避免先期注漿結(jié)石影響后期成孔（主要是滲入地層中的水泥結(jié)石極易造成鉆孔偏斜，誘發(fā)孔內(nèi)事故），大管棚第一次注漿壓力不宜過大，待周圍管棚施工完成后加大注漿壓力再次注漿。

注漿參數(shù)：水泥漿與水玻璃體積的比例為1：0.5；注漿采用0.5-0.8：1水泥漿，水玻璃濃度35°Be；水玻璃模數(shù)2.4，注漿壓力為0.5-2.5Mpa。

采用kby50/70液壓注漿機(jī)將雙液漿注入管棚鋼管內(nèi)，初壓0.5mpa-1.0mpa，終壓2.5Mpa，持壓15min后停止注漿。注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍，若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿。

注漿結(jié)束后及時(shí)清除管內(nèi)漿液，并用30#水泥砂漿充填，增強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度。

注漿完成固結(jié)后隨即采用三臺(tái)階加預(yù)留核心土的辦法進(jìn)行開挖。

3施工監(jiān)測(cè)及效果評(píng)價(jià)

施工時(shí)，在既有線路40m范圍內(nèi)對(duì)既有線路地表進(jìn)行沉降觀測(cè)，每天觀測(cè)兩次。通過對(duì)既有昆玉鐵路路基面、邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息，保證結(jié)構(gòu)物的安全。

當(dāng)既有線出現(xiàn)18m范圍內(nèi)大于4mm的三角坑、路基有沉降但小于15mm、兩股軌道高程偏差大于8mm等情況時(shí)，及時(shí)將觀測(cè)結(jié)果上報(bào)工務(wù)段以及相關(guān)單位，并同工務(wù)段配合人員共同做現(xiàn)場(chǎng)處理。同時(shí)增加監(jiān)控量測(cè)頻率，加大巡視力度，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

由上圖2可見，施工前期地表沉降穩(wěn)定在8mm以內(nèi)，施工中期增加沉降逐步增加，進(jìn)入施工期最后階段，地表沉降趨于穩(wěn)定，大約在32-57mm之間。整個(gè)施工期內(nèi)地表沉降隨施工量增加逐步增長(zhǎng)，累計(jì)沉降保持在較小的范圍內(nèi)。

此外，隧道開挖只經(jīng)歷20天即通過既有昆玉鐵路段，隧道開挖過程中沒有出現(xiàn)任何坍塌事故，以上結(jié)果表明本支護(hù)結(jié)構(gòu)效果顯著，可以確保施工快速安全進(jìn)行。

4 結(jié)語

4.1高精度大管棚優(yōu)點(diǎn)

能有效控制棚管搭設(shè)方向，精度高，外插角可調(diào)節(jié)；

管棚施作距離長(zhǎng)，工效高，一次性施作可超過100m：

將鋼管作鉆桿直接打入，不擴(kuò)大孔位，注漿后地面沉降接近零；

孔底注漿，孔口返漿，必要時(shí)封口注漿，可硬化管外土體；

能按特殊要求的軌跡鉆進(jìn)，在隧道內(nèi)搭設(shè)管棚無需預(yù)設(shè)導(dǎo)向管。

4.2對(duì)于隧道的軟弱破碎圍巖地段、淺埋地段采用長(zhǎng)大管棚施工工藝，提前發(fā)揮超前支護(hù)作用，增加了施工安全度，提高隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4.3在軟弱圍巖施工中，及時(shí)封閉斷面是極為重要的。長(zhǎng)大管棚鉆孔結(jié)束后應(yīng)立即注漿，使?jié){液有效擴(kuò)散半徑重疊，形成合理的棚架受力結(jié)構(gòu)。

4.4不能將管棚施工單純地看作一種隧道施工的超前支護(hù)手段，而應(yīng)作為超前支護(hù)、超前探測(cè)和施工監(jiān)測(cè)的綜合手段，形成新的管棚設(shè)計(jì)和施工理念。

4.5通過施工監(jiān)測(cè)驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)效果，確認(rèn)支護(hù)參數(shù)和施工方法的準(zhǔn)確性，并及時(shí)的為調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方法提供依據(jù)，以確保和優(yōu)化下一步施工參數(shù)，做好信息化施工，保證施工質(zhì)量。