張 磊

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

元綠高速公路全長57.9 km，設(shè)計速度80 km/h，第六標(biāo)段長9 980 m，主要含特長隧道1座(阿扎河1號隧道：9 885 m)、涵洞2座(2—8×6 m鋼筋混凝土箱涵59.01 m，1—3×2 m鋼筋混凝土蓋板涵67.99 m)，其中隧道超前支護(hù)施工采用超前大管棚+注漿小導(dǎo)管工藝。

2 超前支護(hù)技術(shù)優(yōu)勢

1)將圍巖松動程度控制在合理范圍內(nèi)，有效地降低了垮塌事故發(fā)生的概率。具體來說，超前支護(hù)技術(shù)使用大管棚支護(hù)在隧道內(nèi)部施工，以構(gòu)成一個圍繞隧洞輪廓的殼狀結(jié)構(gòu)，從而在梁拱效應(yīng)作用下，有效支撐起前方與后方圍巖。

2)降低爆破對圍巖造成的沖擊。一般來說，采用超前支護(hù)技術(shù)(如新奧法等)來實施隧道掘進(jìn)施工時候，其在爆破后所造成的沖擊波與氣體可以被所應(yīng)用的管棚材料形成的密集環(huán)形孔槽有效吸收，進(jìn)而降低了爆破作業(yè)的干擾性[1]。

3)能夠保證隧道開挖與掘進(jìn)的安全性。一般來說，隧道施工都會具有大支護(hù)剛度特點(diǎn)，若出現(xiàn)塌方情況則會造成很大損失。針對這一情況，使用管棚不僅能夠在發(fā)生塌方時起到一定緩沖支撐作用，而且有效確保了隧道施工作業(yè)的安全性。

3 超前大管棚支護(hù)

本項目在選擇超前長管棚時，采用的是環(huán)向間距42 cm的φ108×6 mm熱軋無縫鋼管。另外，為進(jìn)一步確保鉆孔方向準(zhǔn)確性，需于明洞襯砌外位置安裝鋼架混凝土套拱(厚度為72 cm、強(qiáng)度為C30、縱向長2 m)。

3.1 測量并定位鋼拱架

在該施工環(huán)節(jié)中，需在施工前確定的位置包括：①縱向中軸線；②拱架腳高程；③三榀拱架縱向間距。

在上述基礎(chǔ)上，可選用坐標(biāo)法來測量并定位導(dǎo)向管位置：①確定導(dǎo)向管平面位置后，按照42 cm環(huán)距來將其定位于工字鋼架外輪廓線上；②使用坡度板與水準(zhǔn)尺來確定導(dǎo)向管傾角，并運(yùn)用差距法來確認(rèn)導(dǎo)向管外插角(一般為1°～3°)。

3.2 套拱施工

明洞段上臺階開挖完成后及時清理洞口仰坡危石，對邊仰坡按設(shè)計要求進(jìn)行錨噴支護(hù)，然后開展混凝土套拱施工。C30鋼架混凝土套拱厚72 cm、縱向長2 m，內(nèi)埋設(shè)四榀I20b工字鋼，每榀間距52 cm。混凝土套拱和導(dǎo)向管安裝時精確測量定位，使鋼管位置和方向準(zhǔn)確無誤。φ14 mm固定鋼筋與φ133 mm孔口管、I20b工字鋼進(jìn)行焊接，焊縫長度不小于5 d(d為鋼筋直徑)，沒有孔口管部分的鋼拱架采用φ22 mm縱向連接鋼筋進(jìn)行連接，連接鋼筋環(huán)向間距102 cm。為便于鉆機(jī)鉆孔、注漿作業(yè)，在明洞開挖時預(yù)留平臺，作為管棚及套拱施工的作業(yè)平臺，以滿足工作高度需要。

3.3 鉆 孔

1)鉆孔前先對預(yù)埋的導(dǎo)向管進(jìn)行編號，從左到右，共51個編號，從下往上采用鉆機(jī)鉆孔，從導(dǎo)向管鉆進(jìn)，開孔時低速底壓。

2)利用全站儀有效控制鉆孔質(zhì)量，保證終孔偏斜率在1/2 000以內(nèi)和孔向正確，每鉆完一孔即頂進(jìn)一根鋼管，注一孔漿(有孔鋼管)。

3)在鉆進(jìn)過程中，為了確保鉆孔深度能夠符合設(shè)計要求，需常規(guī)性檢查鋼管鉆機(jī)偏斜度是否正確，若出現(xiàn)超過設(shè)計偏差情況則必須立即糾正。

4)左側(cè)1號孔鉆孔完畢，鉆機(jī)調(diào)至右側(cè)鉆51號孔，同時1號孔注漿，51號孔鉆眼完畢，鉆機(jī)調(diào)至左側(cè)鉆2號孔，同時右側(cè)孔注漿，依次進(jìn)行。

3.4 清 孔

為了確保鉆孔的孔徑和孔深能夠與設(shè)計要求相符，從而為后續(xù)施工提高有力保障，需使用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭來反復(fù)掃孔。與此同時，要及時清理干凈浮渣，以防止出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象。

3.5 管棚制作、安裝

1)長管棚在加工場內(nèi)分節(jié)加工，鋼管接頭用長15 cm的絲扣直接對口連接。奇數(shù)號孔為有孔注漿管，偶數(shù)號為無孔注漿管，各鉆孔均應(yīng)做好記錄。

2)無孔鋼花管可作為檢查孔注漿質(zhì)量，在每鉆完一孔后便頂進(jìn)一根長鋼管。第一節(jié)鋼管前端加工成錐形，采用鉆機(jī)頂進(jìn)，現(xiàn)場接管。

3.6 注 漿

1)注漿采用水泥漿液(添加水泥漿液體積5%的水玻璃或水泥砂漿；注漿參數(shù)為水泥漿水灰比1∶1；注漿壓力初壓1.0 MPa、終壓2.0～2.5 MPa)。

2)本項目在高壓注漿時，為了同時控制好注漿壓力與質(zhì)量，要在注漿完成后及時清除管內(nèi)遺留漿體，并充填進(jìn)M30號水泥砂漿來加以密實。

3.7 特殊情況處理

1)當(dāng)注漿時出現(xiàn)小裂漿狀況，可將水泥浸泡過麻絲填塞裂隙后，以調(diào)整注漿材料漿液配比、縮短凝膠時間等方式來處理跑漿。若注漿過程出現(xiàn)壓力瞬間升高現(xiàn)象，僅需注入水泥漿或清水即可[2]。

2)當(dāng)鉆進(jìn)過程出現(xiàn)特殊情況時，若巖土對管壁阻力較大，可分別采用φ125 mm和φ120 mm鉆頭來對前段與后段進(jìn)行鉆孔，從而更好地為后續(xù)鋼管頂入施工提供便利性；若出現(xiàn)鉆進(jìn)難以成孔情況時，要具體問題具體分析，但必須避免對松散軟弱土層使用注漿加固或加長芯管方式來完成成孔或處理塌孔；若遇到不可鉆進(jìn)的大孤石，則需使用高壓風(fēng)，不可以將其擊碎。

3)為了更有利于在便鋼管頂進(jìn)孔后的外壁與孔巖壁間隙堵塞更具有嚴(yán)密性，鋼管末端部焊設(shè)擋圈并用膠泥麻筋箍成楔形。圖1為超前大管棚的具體布置圖。

圖1 超前大管棚

4 超前小導(dǎo)管注漿施工工藝

4.1 施工要點(diǎn)

一般情況下，為了改善隧道施工圍巖周圍的力學(xué)性能，從而達(dá)到加固與堵住地下水效果，可使用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)技術(shù)；此外，還可以結(jié)合鋼架支護(hù)技術(shù)來共同構(gòu)成棚架式支護(hù)體系，從而進(jìn)一步保障隧道施工過程中軟弱圍巖領(lǐng)域的安全性和穩(wěn)定性。本項目中，施工要點(diǎn)如下。

1)在施工現(xiàn)場使用小鋼管加工，并在鑿巖機(jī)鉆孔完成后，采用人工方式來將小鋼管打入孔內(nèi)；與此同時，要通過注漿泵來注入水泥漿。

2)在材料選擇上，本項目選擇了外徑φ50 mm、壁厚5 mm、長度5.0 m的小導(dǎo)管(鋼花管)；在設(shè)置安裝位置時，以15 cm間距梅花形、φ8 mm標(biāo)準(zhǔn)鉆設(shè)壓漿孔，管口預(yù)留1 m止?jié){段。

4.2 主要施工工藝

1)布孔：為了在測量布孔時候能夠更精確，必須要在鉆孔開始前先使用噴射混凝土來使掌子面處于密封性，從而防止出現(xiàn)漏漿情況。另外，要在設(shè)計孔位置的點(diǎn)上做好標(biāo)記。

2)鉆眼：在該過程中，本項目選擇了風(fēng)動鑿巖機(jī)為鉆孔設(shè)備，并在完成鉆孔后使用了高壓風(fēng)管與掏勺，目的是排除可能造成堵塞的孔內(nèi)砂石。

3)封口、試泵：由于該工序需要有一定的精確性，因此本項目采取了人工推送鋼管入孔方式，并用麻絲和錨固劑對孔口進(jìn)行了封堵操作。完成該預(yù)備施工后，需旋上孔口閥并連接注漿管路。

4)在注漿前，要先進(jìn)行20 min左右測試來保障注漿系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的流暢性。具體來說，就是使用注漿泵來檢查是否存在漏水或設(shè)備失靈等狀況，確認(rèn)無問題后再進(jìn)行壓水試驗，即通過對巖石裂隙進(jìn)行沖洗來將漿液通路擴(kuò)大化，以進(jìn)一步提高所填充漿液密實性，從而更精確地得出關(guān)于巖石滲透性相關(guān)參數(shù)[3]。圖2為小導(dǎo)管加工圖。

圖2 小導(dǎo)管加工圖

5)漿液配制：漿液采用C30水泥漿，用臥式攪拌機(jī)拌和。在注漿前通過試驗合理確定漿液配比、注漿壓力等注漿參數(shù)。漿液配比選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液擴(kuò)散半徑，現(xiàn)場通過試驗確定。配制漿液時注意加料順序和速度，防止?jié){液結(jié)塊。漿液應(yīng)隨配隨用，用多少配多少以免造成浪費(fèi)。配制好的漿液需經(jīng)過濾后方可進(jìn)入泵體，以防雜物堵塞管路或泵體。

6)注漿施工：采用UB-3型注漿泵注漿。清孔后按由下至上的順序施工，漿液先稀后濃，如遇串漿或跑漿則隔孔灌壓。

7)注漿壓力控制：注漿壓力按分級升壓法控制，由注漿泵油壓控制調(diào)節(jié)。具體調(diào)法是：啟動注漿泵，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后關(guān)閉泵口閥門，泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)后旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)解旋扭，將油壓調(diào)在要求的油壓刻度值上。隨著注漿阻力的增大，泵壓隨之增高，當(dāng)達(dá)到調(diào)定值時自動停泵。

8)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：采用終壓和注漿量雙控制。一般以單管設(shè)計注漿量為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓不小于20 min，進(jìn)漿量仍達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時也可結(jié)束注漿[4-6]。

9)清洗注漿系統(tǒng)：達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后停止注漿，隨即卸下注漿混合器及注漿系統(tǒng)，并用清水清洗干凈，以保證下次注漿順利進(jìn)行。施工中要加強(qiáng)勞動保護(hù)，防止?jié){液沾染人體。

10)效果檢查：開挖檢查漿液滲透及固結(jié)狀況，據(jù)壓力漿量曲線分析判斷，沒達(dá)到設(shè)計要求時須補(bǔ)注處理。

5 結(jié)束語

高速公路隧道工程是一項歷時周期長、施工復(fù)雜的工程。必須從具體的地質(zhì)狀況出發(fā)，利用穩(wěn)固、安全的超前支護(hù)途徑，這樣才能使隧道工程質(zhì)量有所保障。本文全方位探究了高速公路隧道工程中的超前支護(hù)施工工藝，以期為類似工程提供有效借鑒。

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