張小麗

(山西路橋第六工程有限公司六分公司，山西 晉中 045000)

1 項目背景

1.1 工程概況

國道209線呂梁改線工程車家灣隧道位于山西省呂梁市離石區(qū)田家會鎮(zhèn)車家灣村，設計為左右線分離式，左線全長1 203 m，右線全長1 147 m，最大埋深95.1 m，隧道圍巖主要為奧陶系中統上馬家溝組強-中等風化灰?guī)r、泥質灰?guī)r構成，進出口段以第四系下更新統午城組粉質黏土及第三系靜樂組紅黏土為主。洞體進出口部位位于黃土沖溝及基巖侵蝕溝谷，交通不便。

1.2 方案比選

該隧道進口端無施工場地，故掘進方向為從出口段開始。右線出洞方式原設計為雙排小導管出洞，根據距進口方向約40 m處掌子面圍巖穩(wěn)定性判斷，洞口段圍巖穩(wěn)定性差，為確保施工安全，決定采用大管棚超前支護洞口加固處理，其中管棚的長度是30 m，采用的是熱軋無縫鋼管(直徑φ=108 mm，管壁的厚度是6 mm，節(jié)長3、6 m)，環(huán)向間距40 cm，仰角1°～3°，方向與路線中線平行，徑向誤差不大于20 cm。施工時先打奇數鋼花管，立即注漿；注漿后再打偶數鋼花管，通過偶數鋼花管鉆進時流出的液體及其顏色，檢查奇數孔的注漿質量。

2 施工技術

大管棚超前支護施工技術流程詳見圖1所示。

圖1 大管棚超前支護施工流程

2.1 測量放線

在套拱施工之前需要完成隧道仰坡的封閉防水處理，以及從洞頂設置截水溝，嚴格落實各項排水與防水措施，確保隧道洞口處于穩(wěn)定狀態(tài)后才能夠開始套拱施工。通過測量放線標識隧道的外拱頂標高與隧道中心線，同時從仰坡面位置標劃外拱弧。而外拱弧需要結合隧道暗洞開挖的輪廓線合理確定尺寸，并按照外拱弧實施套拱立模[1]。此外，套拱內模與外模的高度必須結合其里程要求才能夠確定，而且立模的高度需要重視沉降量因素。

2.2 安裝工字鋼

從導向墻中設置工字鋼架(直徑是11 mm，間隔距離是0.5 m，一共4榀)以提高管棚的強度，4榀鋼架之間在縱向選擇φ22 mm鋼筋進行有效連接。在鋼架安裝過程中必須根據設計中線與水平實施架設，同時鋼架的下端需要插入C15混凝土基礎中，以保證下沉處于可控狀態(tài)。

2.3 埋設導向管

待工字鋼架施工完成后，緊接著就要埋設導向管(選擇無縫鋼管，直徑φ127 mm，長度1.8 m，厚度4 mm)，結合管棚間隔距離合理確定環(huán)向間隔距離。從工字鋼架中進行導向管焊接，以免混凝土灌注階段導向管出現位移(中心線偏差處于±10 mm以內)[2]。導向管的具體安裝，從工字鋼架的頂面標定安裝區(qū)，根據確定的間隔距離與角度進行導向管安裝，所有外插角(除線路縱坡)的范圍是1°～3°，且導向管和線路的方向相同。此外，導向管安裝階段應采用有效措施與端模抵緊，以免混凝土澆筑過程中流入導向管，從而引發(fā)導向管堵塞。

2.4 鉆 孔

1)結合管棚鉆機實際調控范圍合理確定鉆機平臺具體高度，按照由高至低的鉆孔施工順序減小高度，確保平臺位置和鉆孔順序相適合。

2)待鉆機就位過后需要合理調整其位置，以保證鉆桿的軸線和導向的軸相契合。同時鉆機平臺架設必須安全、穩(wěn)定，承重及沉降量應達標，以免影響鉆孔施工效果。按照要求采用專業(yè)設備測量鉆孔斜度，若是誤差大于規(guī)定則必須及時糾正。此外，需要詳細記錄鉆孔的深度與方位角等相關數據信息，認真觀察鉆孔取芯，準確判斷隧道圍巖級別與性質，從而完成隧道圍巖的超前探測。

2.5 管棚制安

1)為了能夠有效控制成孔之后的塌孔、堵塞等現象，需要成孔之后及時地實施清孔處理，同時通過建立腳手架平臺實施下管操作。而在下管階段主要選擇人工推拉頂進的施工模式，需要配置8位技術人員，也可以根據實際情況通過挖機推進輔助下管。

2)管棚施工首先需要打鋼花管，向管中灌注水泥漿液，并檢查灌漿效果，緊接著打鋼管。其中鋼花管和鋼管均選擇的是無縫鋼管(直徑φ=108 mm，管壁的厚度是4 mm)。管壁的周圍鉆壓漿孔(直徑φ=12 mm，一共是4排)，間隔距離是15 cm，采用梅花形進行布設，而管尾40 cm以下無需進行鉆孔，此段設計成止?jié){段[3]。首節(jié)鋼管選擇3 m鋼管和6 m鋼管進行交錯布設，后續(xù)鋼管都選擇6 m鋼管，但是鋼管的接頭需要錯開。同界面內鋼管接頭數≤鋼管數量的50%。

3)管棚安裝前必須將孔中的雜質清理干凈，保證孔深和孔徑滿足設計規(guī)定的基本要求，其中孔徑需要超過125 cm，以防止出現堵孔現象。選擇頂進安裝技術進行鋼管連接，從鋼管接口部位設置絲扣(長度是15 cm)，內車和外車絲扣的長度是30 cm與15 cm[4]。按照設計規(guī)定要求嚴格控制管棚的精度，以提高管的密封性。

4)在管棚中安裝鋼筋籠，以提高其抗壓與抗彎性能。其中鋼筋籠選擇的材料是螺紋管，以焊接方式制作而成，主筋是4根螺紋鋼，并布設加固筋(直徑φ=6.5 mm，間隔距離是20 cm)。

5)安裝套拱內模板與外模板，并澆筑混凝土。此隧道的進口端選擇的是常規(guī)式套拱技術(采用的是木模)，同時認真記錄相關檢測指標，隧道出口端選擇的是預壓與套拱拱腳基礎換填一系列措施(采用的是鋼模)，把兩者實施試驗對比。此隧道的出口端與沖溝相接近，容易被積水浸泡，且導向墻和套拱基礎表現比較軟弱，基地的承載強度低于150 kPa，所以套拱立模之前需要對套拱基礎實施翻挖加深處治，把初期M10漿砌片石調整成鋼筋混凝土基礎。為了保證模板與地基不會出現沉降現象，以及支架、模板與拱架發(fā)生彈性與非彈性變形，隧道的出口端套拱模板應選擇砂袋預壓方法。采取上述一系列措施后，有效保證了隧道套拱質量。通過分析檢測結果可知，隧道出口端的混凝土厚度≥設計數值，平整度低于10 mm；隧道進口端的混凝土厚度相對偏厚，符合設計規(guī)定要求，但是整體厚度表現不均勻，平整度范圍處于10～20 mm。

2.6 漿液灌注

1)待管棚、鋼筋籠安裝施工完成后，緊接著就要實施水泥漿液灌注(其中漿液水灰比是1∶1)，根據從高至低順序進行孔位注漿。而鋼花管注漿需要結合具體狀況與實踐經驗合理控制注漿壓力(注漿壓力處于0.5～2.0 MPa)，且完成鋼花管注漿之后要及時對鋼管填充M30砂漿。

2)注漿施工階段，由于管棚間隔距離相對偏小，因此，需要盡可能在成孔后立即注漿，以防止多孔注漿出現漿液串孔現象，從而引發(fā)相鄰鋼花管的堵塞問題。此外，成孔之后及時注漿可以實現破碎巖層的有效固結，避免發(fā)生鉆孔卡鉆與掉塊等現象，從而提升施工效率與效果。

3)在注漿之前必須對工作面進行封閉處理，選擇混凝土噴注方法建立止?jié){墻，防止發(fā)生漿液回流現象。在具體注漿操作時首先需要完成單號鋼管注漿，等到注漿結束之后，再實施雙號孔位注漿，這樣能夠有效檢查注漿效果。注漿施工選擇的是逐孔注漿方式，操作順序是從低至高。結合注漿材料及施工條件合理確定注漿壓力(正常處于1.0～2.0 MPa)[5]。以單孔注漿為例，必須對注漿量與壓力進行有效控制，若是注漿壓力低于設計規(guī)定要求，應選擇間隙注漿方法，合理控制注漿量。把注漿管插入管棚內0.2～0.5 m實施注漿，按照要求詳細編號注漿管，認真記錄各注漿管孔口、壓力、用量以及水泥等相關信息，從而為項目驗收提供依據。此外，注漿時必須嚴格檢查灌漿質量是否達到設計規(guī)定基本要求，確保密實度與飽滿度達標，以及確保管棚剛度符合支護要求。等到管棚注漿結束之后，采用鋼板焊接至鋼管口實施注漿孔的有效封堵，并從注漿管位置設置閥門。

3 總 結

以實際隧道工程項目為例，重點分析了隧道大管棚超前支護施工技術，基本包含了測量放線、工字鋼安裝、埋設導向管以及漿液灌注等方面。研究表明，此隧道項目采用大管棚超前支護技術有效保證了施工質量及安全，同時為類似隧道項目施工提供了參考與借鑒。

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