摘要 隧道工程是公路交通系統(tǒng)中重要的組成部分，由于施工環(huán)境比較復(fù)雜，對(duì)工程施工單位的要求和標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，尤其是隧道工程施工中的支護(hù)工作更是重中之重?；诖耍恼陆Y(jié)合某隧道工程施工案例，對(duì)大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用及其施工質(zhì)量控制措施進(jìn)行深入分析，在保證隧道工程施工質(zhì)量和效率的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道工程的施工安全性進(jìn)行全面控制，保證隧道工程施工的順利完成，為后續(xù)類似工程項(xiàng)目的順利實(shí)施提供借鑒。

關(guān)鍵詞 隧道；大管棚；超前支護(hù)；支護(hù)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào) U455.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）05-0144-03

0 引言

隧道施工經(jīng)常會(huì)遇到施工區(qū)域圍巖情況不明，開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)斷面發(fā)生變化等問(wèn)題，為了避免在開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生危險(xiǎn)現(xiàn)象，需要在施工過(guò)程中對(duì)前方隧洞進(jìn)行超前支護(hù)。但超前支護(hù)對(duì)圍巖變形的要求較高，當(dāng)隧道開(kāi)挖后出現(xiàn)圍巖大變形情況時(shí)，需要實(shí)施超前支護(hù)施工來(lái)保證掌子面及周圍地層的安全。通過(guò)大管棚進(jìn)行支護(hù)可以有效地解決圍巖變形問(wèn)題，使初期支護(hù)受力更加均勻與合理。該文結(jié)合在建鐵路某區(qū)間正洞施工的大管棚工程來(lái)介紹隧道大管棚超前支護(hù)技術(shù)，保證隧道工程建設(shè)施工質(zhì)量和安全性。

1 隧道大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)及使用優(yōu)勢(shì)分析

隧道大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)是一種隧道施工新技術(shù)，通過(guò)將大管棚與支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，不會(huì)對(duì)周圍的巖體結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，就能實(shí)現(xiàn)良好的加固效果，提高隧道結(jié)構(gòu)的安全性。大管棚為地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)形式，大管棚的長(zhǎng)度根據(jù)隧道的規(guī)模與地質(zhì)條件確定。根據(jù)斷面與地層條件選用不同口徑的長(zhǎng)螺旋鋼絞線（φ600 mm、φ800 mm）。大管棚超前支護(hù)結(jié)構(gòu)主要包含基礎(chǔ)、立柱以及鋼架等結(jié)構(gòu)部分?；A(chǔ)由鋼管支撐管、鋼軌支撐桿、錨索及支護(hù)桿等組成。鋼管支撐管通過(guò)焊接方式將其連接成一個(gè)整體，形成支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。鋼管外壁涂以防腐漆或涂料，也可以采用環(huán)氧樹(shù)脂粉末涂裝。支柱選用鋼管或鋼纖維混凝土支柱，通常采用螺旋形鋼管焊接在一起形成框架支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。支柱由鋼管制成，并通過(guò)不同高度、形狀及截面方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。鋼架為工字鋼或角鋼管焊接而成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)體系，通常采用雙跨布置形式（跨度為10 m、20 m）和正交多跨布置形式（8～12跨）。鋼架用于支撐和固定支護(hù)設(shè)備及材料，支撐鋼架的數(shù)量需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。鋼結(jié)構(gòu)包含工字鋼、槽鋼柱及桁架柱組合等不同種類。錨索采用不同直徑的圓鋼和螺旋鋼絞線制成并與鋼絲或鋼筋焊接而成。當(dāng)前各類隧道施工中采用的是注漿灌漿、超前小導(dǎo)管、錨桿等方式進(jìn)行加固，上述施工方法存在一定的局限性，無(wú)法完全滿足實(shí)際施工需求，需要結(jié)合隧道工程施工情況，結(jié)合大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)方法，對(duì)隧道支護(hù)工作中存在的各種問(wèn)題進(jìn)行有效處理。通過(guò)大管棚支護(hù)方法的使用，可以有效控制隧道基礎(chǔ)沉降帶來(lái)的影響，保證隧道主體結(jié)構(gòu)的安全性。其支護(hù)結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

根據(jù)以往的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，大管棚超前支護(hù)在隧道工程施工中的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，對(duì)于復(fù)雜地形以及特殊地質(zhì)條件具有良好的適應(yīng)性效果；第二，可以在很大程度上提升施工效率；第三，能夠降低施工成本負(fù)擔(dān)并保證施工質(zhì)量；第四，大管棚支護(hù)施工還具有安全性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，受到了各大工程施工單位的廣泛關(guān)注和重視[1]。

2 工程概況

該次隧道位于喀斯特地區(qū)，由于隧道穿過(guò)的山勢(shì)陡峭，坑壁之間的凹陷地勢(shì)較為平緩，且多為平鍋底部，而隧洞入口位于較為松散的地層中，地層之間的黏附力不強(qiáng)，工程機(jī)械性能也不佳，容易發(fā)生變形、坍塌等危險(xiǎn)。為了保證施工安全，需要對(duì)隧洞的變形問(wèn)題進(jìn)行有效控制?；诖丝剂浚F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)研究，決定采取階梯式和管棚式灌漿預(yù)支護(hù)技術(shù)，對(duì)工作面的前部巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行強(qiáng)化。在入口處用Φ108 mm的大管棚進(jìn)行預(yù)支，在134°的范圍內(nèi)進(jìn)行了超前支擋，管棚用Φ108 mm×6 mm的無(wú)縫鋼管制造，環(huán)形間隔40 cm，大管棚末端與超前小管子搭接。該次隧道工程施工中，對(duì)于大管棚施工質(zhì)量和安全性要求標(biāo)準(zhǔn)較高，因此要求工程施工單位需要充分做好控制工作，確保施工質(zhì)量、安全性和周期達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3 隧道大管棚超前支護(hù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 大管棚超前支護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

該次隧道工程施工區(qū)域地勢(shì)較為陡峭，地形起伏較大，地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，屬于軟弱地層。在大管棚的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，需要結(jié)合實(shí)際條件，采用大管棚超前支護(hù)方式對(duì)施工作業(yè)面進(jìn)行保護(hù)，主要由鋼架構(gòu)成管棚結(jié)構(gòu)體系，分為主梁、水平支撐和豎向拉桿等組成，如圖2。在施工設(shè)計(jì)及計(jì)算軟件方面，大管棚區(qū)間超前支護(hù)施工過(guò)程中主要通過(guò)采用三維數(shù)值模擬軟件進(jìn)行計(jì)算處理，根據(jù)超前支護(hù)的設(shè)計(jì)要求及原則制定出合理的支護(hù)方案，對(duì)超前支護(hù)的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算和校核。在監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)工作中，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究不同斷面形式及支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的安全性和可靠性情況。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，預(yù)先對(duì)掌子面前方的土體進(jìn)行加固處理，確保開(kāi)挖工作安全有效地進(jìn)行，防止開(kāi)挖變形過(guò)大而對(duì)周圍環(huán)境造成影響。

3.2 套拱施工

3.2.1 工字鋼安裝

工字鋼按一定間距安裝在墻內(nèi)，不設(shè)門洞，將鋼桁梁、支撐橫梁等與墻連接，構(gòu)成墻體。其結(jié)構(gòu)形式和作用均與墻、柱相同。隧道大管棚超前支護(hù)施工中，工字鋼安裝需要將工字鋼布置在墻上或立柱上，工字鋼鋼料經(jīng)加工處理之后，可采用電焊等多種方法連接成組，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工和安裝。

3.2.2 導(dǎo)向管安裝

工字鋼架架設(shè)完成后，需要及時(shí)安裝管棚導(dǎo)向管。超前注漿是一種以泥漿作為充填材料，以高壓水為動(dòng)力進(jìn)行固結(jié)圍巖的一種超前支護(hù)方法。該方法通過(guò)泥漿對(duì)土體進(jìn)行加固、固化和補(bǔ)強(qiáng)，從而達(dá)到支護(hù)的目的，主要應(yīng)用在隧道大管棚穿越時(shí)，根據(jù)大管棚的位置布置以及大管棚在隧道中安裝的位置來(lái)決定隧道的成洞率，同時(shí)采用高強(qiáng)度耐磨損耐腐蝕材質(zhì)保證工程施工質(zhì)量[2]。

3.3 鉆孔工作

（1）鉆進(jìn)設(shè)備就位。按鉆頭本身的高度來(lái)決定掘進(jìn)的深度，當(dāng)掘進(jìn)到梯級(jí)的情況下，可以用管棚式的鉆具來(lái)作為工作臺(tái)。在鉆具到位后，按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，將鉆具安裝固定好并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效調(diào)試。在鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)按照實(shí)測(cè)資料對(duì)鉆頭位置和傾斜方向進(jìn)行精確控制，以確保進(jìn)入的管棚角達(dá)到規(guī)定角度。將鉆頭尖端精確地放置在測(cè)樣點(diǎn)位上，在鉆頭后端通過(guò)對(duì)三軸的測(cè)量資料，對(duì)鉆眼橫向和豎直分角進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，以確保眼孔角度滿足需要?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)和井眼狀況，適時(shí)調(diào)整鉆頭角，并使用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量。

（2）鉆孔。在鉆進(jìn)時(shí)，需要合理控制鉆進(jìn)速度，并注意觀察鉆頭與導(dǎo)孔之間的摩阻，以便判斷出鉆頭的行進(jìn)方位，在鉆入2 m左右時(shí)需要控制鉆頭，使其保持勻速鉆進(jìn)。鉆孔時(shí)高壓空氣持續(xù)噴入，將鉆孔中的鉆渣從鉆孔中噴出。為了確保鉆進(jìn)的準(zhǔn)確性，在鉆進(jìn)過(guò)程中，必須根據(jù)地層的不同而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在鉆完一定的深度后，從鉆孔中抽出鉆柱，用高壓空氣對(duì)其進(jìn)行吹掃，將鉆頭內(nèi)的殘留物清理干凈。

3.4 大管棚安裝施工流程

（1）預(yù)先進(jìn)行大管棚的安裝。大管棚由塔架（或支架）和大橫梁組成，采用吊點(diǎn)定位方法，將大橫梁放置在所需的位置上，通過(guò)拉、壓結(jié)合的方法將吊點(diǎn)固定于塔架（或支架）上，利用施工現(xiàn)場(chǎng)提供的導(dǎo)向樁和地錨來(lái)定位。在基礎(chǔ)處理工作中需要對(duì)地面進(jìn)行清理，保證地面平整和堅(jiān)實(shí)，達(dá)到規(guī)定的標(biāo)高和高程。

（2）放樣工作。在地面放好標(biāo)高控制線后進(jìn)行放樣工作，主要是對(duì)管道和設(shè)備以及構(gòu)筑物的位置線進(jìn)行復(fù)核，安裝大橫梁，按設(shè)計(jì)要求將大橫梁與基礎(chǔ)之間用支撐梁連接成一個(gè)整體，就位后進(jìn)行校核及調(diào)整后使用地錨與大管棚固定[3]。調(diào)整及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)方面。采用吊點(diǎn)法將大管棚及大橫梁同時(shí)吊起（或放低）。按驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)合格后用吊索連接各桿件，使大橫梁保持垂直狀態(tài)。

（3）管道安裝。按照所安裝大管棚和大橫梁安裝順序，依次安裝管道（包括支架和其他設(shè)備），并及時(shí)清理現(xiàn)場(chǎng)工作面以免影響操作和造成危險(xiǎn)。

（4）試壓及驗(yàn)收。這也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對(duì)管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)，壓力為0.4 MPa，待無(wú)滲漏現(xiàn)象后（24 h）進(jìn)行下道工序施工。在所有管道都合格后方可對(duì)大管棚進(jìn)行試壓，并檢查各部件是否正常。

（5）按規(guī)范要求對(duì)大管棚進(jìn)行封頭防腐處理，如圖3所示。

3.5 注漿施工

3.5.1 泥漿調(diào)配

在水泥攪拌器中進(jìn)行混凝土漿的混合。該項(xiàng)目所使用的泥漿為1∶1的水灰比例，并按照混合器的體積，按照規(guī)定的比例加入。在調(diào)配漿液時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)料的先后次序和快慢，并在灌漿期間不斷地進(jìn)行混合。漿料必須是流動(dòng)性和可注性的，混合后的漿料必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理，然后才能流入儲(chǔ)料箱和注漿機(jī)。

3.5.2 灌漿工程

在灌漿之前需要在洞口管棚的起始端、套拱式輪廓線及外輪廓線上噴入一次水泥砂漿，將其封住，以避免灌漿過(guò)程中出現(xiàn)滲漏[4]。在灌漿之前，對(duì)管棚內(nèi)的鋼管進(jìn)行高壓空氣吹掃，以避免雜物阻塞灌漿口。在注漿之前，應(yīng)對(duì)管道是否通暢和機(jī)器運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，確保機(jī)器運(yùn)行良好，然后對(duì)漿料進(jìn)行各種檢測(cè)，以決定最佳灌漿工藝參數(shù)。該工序采用 BW—250/50灌漿機(jī)，按先低孔后高孔的灌漿方式，由拱腳處開(kāi)始向圓筒進(jìn)行灌漿。注漿方式是分層注漿，其泥漿從稀到稠，通常是從高到低，從0.5～1.0～5.0 MPa，要嚴(yán)格控制注漿率，以保證鉆孔周邊巖石和鋼管周邊的空洞充分填充。在灌漿過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)檢查孔口、鄰孔和覆蓋層較細(xì)的部分是否存在串漿，并在出現(xiàn)串漿孔的情況下，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行有效堵漏。灌漿完成后，應(yīng)及時(shí)將堵漿閥門關(guān)閉，同時(shí)徹底清理管道，清理完成后用M30水泥漿填充鋼管。灌漿管的灌漿深度為30 cm，以提高鋼管的抗壓能力[5]。

4 隧道大管棚超前支護(hù)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

第一，在施工過(guò)程中要注重對(duì)大管棚區(qū)間進(jìn)行及時(shí)有效的注漿加固工作，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。第二，在隧道工程建設(shè)過(guò)程中必須做好全斷面注漿量測(cè)、注漿孔布置等工作；第三，加強(qiáng)圍巖壓力監(jiān)測(cè)控制工作。第四，做好大管棚的質(zhì)量控制措施，保證隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠滿足工程質(zhì)量要求；第五，提高大管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等性能。

大管棚超前支護(hù)施工質(zhì)量控制工作的主要依據(jù)為大管棚應(yīng)用效果圖，以及隧道開(kāi)挖后的效果示意圖、超前支護(hù)施工效果示意圖以及隧道開(kāi)挖后的結(jié)果示意圖。在該項(xiàng)目中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)情況及數(shù)據(jù)資料分析得出結(jié)論：大管棚應(yīng)用能夠有效提高掌子面前方區(qū)域圍巖承壓力，并且能夠?qū)χ車鷩鷰r進(jìn)行加固和錨固作用，支護(hù)效果非常理想，值得在隧道支護(hù)施工中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

在該次隧道工程支護(hù)施工中，通過(guò)大管棚支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用，整體表現(xiàn)出的施工優(yōu)勢(shì)非常明顯，并且由于在工程施工中采用了科學(xué)合理的施工管理措施，使大管棚具有更高的精確性，從而加速了施工的進(jìn)程，并能有效地抑制地面沉降，降低了超開(kāi)挖和回填，縮短了工期，取得良好效果。

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