洞湾隧道超前支护施工技术分析

宋公仆

（福建省第一公路工程公司，福建 泉州 362000）

隧道施工中，软弱围岩的施工是施工中的重点、难点。软弱围岩自支护能力较弱，在软弱围岩施工中最重要的是提高围岩的自支护能力，保证掌子面的稳定，确保开挖及后续施工的顺利进行。

提高围岩的自支护能力主要是控制围岩的松弛、坍塌。施工中采取的措施很多，可以归纳为稳定掌子面、及时闭合、加固围岩。其中，超前支护对稳定掌子面及加固围岩均具有不可替代的作用，是软弱围岩施工中常用的施工措施。

超前支护是使用锚杆、钢管、钢筋等，沿隧道外轮廓以低角度打设的方式防止掉块，并予以注浆处理，是加固掌子面前方围岩的方法。

施工中，超前支护最常见的施工措施为超前管棚、超前注浆小导管等技术。

现结合洞湾隧道工程施工情况对超前支护施工技术进行探讨。

1 工程概况

洞湾隧道为分离式隧道，隧道长405 m。隧址区地层主要为：志留系下统龙马系组粉质页岩，沟底分布有0.5～3.0m 厚的第四系残坡积层粘性土层。隧道区地质构造单一，岩层微有扭转，岩体中裂隙发育。

隧道围岩主要为Ⅳ级围岩及Ⅴ级围岩，围岩较软弱，为确保围岩稳定及施工安全，需对围岩进行加固，在进洞及软弱带处理时，均采取了超前支护。主要措施为超前管棚及超前注浆小导管。

2 施工技术分析

2.1 超前管棚

洞湾隧道进口设计有长管棚。洞口长管棚钢管长35m，每个洞口均设置35根。钢管采用外径Φ108mm，壁厚6mm 的热轧无缝钢尖管，钢管前端呈尖椎状，尾部焊接Φ10加劲箍，管壁四周钻两排20mm 压浆孔。

洞湾隧道出口端左洞从开挖的隧道明暗交界拱部断面上看，隧道开挖轮廓线拱顶覆盖层较薄，厚度约1.5m，左侧厚度约为1.9～2.5m，属浅覆盖层，已揭露的岩层为松散的强风化页岩，且岩层走向大致与隧道轴向相平行且为针片状，开挖后易发生坍塌现象。

洞湾隧道出口端右洞从已开挖的仰坡坡面上看，已揭露的岩层为松散的强风化页岩，且岩层走向大致与隧道轴向相平行且为针片状，开挖后易发生坍塌现象。

为了确保工程结构安全和施工安全，围岩需进行加固处理，经设计、业主、监理、施工四方会勘，采取超前管棚进行处理，以确保围岩稳定，进洞安全。其结构形式与进洞口管棚一致。

2.1.1 套拱

套拱作为管棚的固定端，拱内设3榀20b工字钢，在钢支撑上安装Φ150×5mm 孔口管，孔口管沿拱圈环向布设35 根，环距50cm，孔口管采用Φ16钢筋焊接在工字钢上，方向与管棚位置方向一致，Φ16 钢筋与工字钢、孔口管相接处采用双面焊接，焊接宽度不小于5d。然后浇注100cm 厚的C30砼包裹钢支撑和孔口管。混凝土由拌合站统一拌制，混凝土浇筑采用混凝土运输车运输，吊机吊运方法施工。施工时注意对混凝土进行振捣。施工时对四周土体进行喷射C20砼封闭周围坡面，作为注浆时的临时止浆墙作用。

2.1.2 钻孔

1）钻孔顺序按从拱顶开始往两边对称开钻，钻孔时钻杆分次接杆。随着孔深的增长，应对回转扭矩、冲击力和推力进行协调，推力应严格控制，不能过大。

2）钻机开孔时，钻速宜慢，钻深20～30cm 后转入正常速度。施钻时台车大臂应顶紧在掌子面上，防止过大颤动，引起施钻精度下降。

3）钻孔达到设计深度（本隧道较管棚钢管超钻约50cm）后，拆卸钻杆，钻机退回原位。

2.1.3 顶管

1）管棚钢管制作：按照管棚长度一般每节钢管按3m 和6m 下料。管棚接长时，应将第一根长管顶入孔内，再逐根以丝扣连接，且相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一截面上。

2）顶管：将钢管安放在工作台车大臂上，工作台车对准孔口钻，低速顶进钢管，当第一根钢管顶进孔内，孔内剩余30～40cm 时，凿岩工作台车退回原位，人工装上第二节钢管，凿岩工作台车再以低速顶进钢管，并按同样方法继续顶进其它钢管。

2.1.4 注浆补强

按设计将管棚钢管顶进后，用钻头掏净钢管内的残碴，接着安装管棚钢筋笼，最后进行管棚注浆。注浆前，先将钢管口外径与孔口周边的岩石用水泥密封，并留一排气孔排除钢管与孔壁空隙内的空气。然后往钢管内注浆，注浆初压力0.5～1.0 MPa，终压力2～2.5 MPa，直至浆液从排气孔冒出。

2.1.5 施工工艺流程

制作管棚工字钢拱架→测设中线及水平基点→检查已开挖的断面尺寸及形状→安设管棚工字钢拱架→安装套拱模板→浇筑套拱砼→钻管棚钢管孔眼→打设管棚钢管→安装钢筋笼→孔口处理→浆液制备→注浆。

2.2 超前注浆小导管

隧道洞口加强段设计采用拱部超前小导管注浆的方法预支护。小导管采用外径42mm，壁厚为4mm的无缝钢管，每排33根，每根长度为5 m，环距40cm。管壁四周钻四排Φ6mm 压浆孔，施工时钢管沿隧道周边以15°外插角打入围岩。

施工过程中，部分围岩由于围岩极破碎，岩层近于水平，块状结构，页理、节理裂隙发育，容易导致拱顶塌方，对工程施工带来极大的安全隐患，经设计、业主、监理、施工四方会勘，对出现以上情况的围岩采取超前注浆小导管对围岩进行固结，并加密工字钢间距。

施工前，应注意控制超欠挖，并及时对掌子面进行初喷混凝土。

1）小导管制作。钢管按设计尺寸钻Φ6mm 注浆孔，同时为便于小导管插入围岩，前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋。

2）采用钻孔打入法，即先按设计要求采用隧道掘进台架配合人工钻孔，钻孔直径比钢管直径3～5mm，然后将钢管穿过钢架，用钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出。钢管尾端与工字钢钢架焊接在一起。

3）小导管安装后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射砼，以防止工作面漏浆、坍塌。

4）注浆前应对注浆机进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确。

5）注浆材料采用42.5等级水泥制作的30号水泥净浆或掺入一定比例水玻璃（由试验确定），注浆压力控制在0.5～1.0 MPa，为加快注浆速度，采用群管注浆（每次3～5根），同时，注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆，并做好记录。

6）注浆采用一次升压法施工，即从注浆一开始在短时间内将压力升高至设计规定值，并一直保持到注浆结束。在规定的压力下，根据进浆量情况分级调整浆液浓度，直到裂隙逐渐被填实，单位吸浆量逐渐减少，达到结束标准时结束注浆。

7）注浆顺序根据降水漏斗原理，从拱部开始由上而下压注，先压注无水孔，后压注有水孔。如遇串浆或跑浆，可间隔一孔或几孔灌压。

8）隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一次循环的止浆墙。

9）施工工艺流程：测量放线→钻孔→掏孔检查→导管安装→孔口处理→浆液制备→注浆。

3 施工效果

洞湾隧道由于采取了超前管棚及超前小导管注浆的超前支护措施，软弱围岩得到了明显的加固。施工中，除出现小规模的坍塌、掉块现象外（出现后均及时进行了处理），围岩基本保持稳定状态。通过监控量测，周边位移、拱顶下沉等均符合设计要求，未出现较大规模的塌方、变形等情况，施工安全得到了保障。由于围岩稳定，初期支护及二次衬砌均未产生裂缝、变形等质量问题，施工质量得到了保证。

4 结束语

根据施工实践，超前管棚及超前小导管对稳定掌子面、加固围岩均起到了明显的作用，是两种有效的超前支护措施。

其中，超前管棚钢管长度长、管径大、刚度大，承载力强，支护效果明显，可靠性强。并且可一次支护较长地段，有效减少超前支护循环次数，加快施工进度。缺点是需要专业设备，施工作业面大，施工难度大，且施工费用较高。并且一次施工距离较长，不易根据围岩实际情况调整支护方式，有时会造成浪费。一般用于洞口的加固处理，以及较大规模塌方的处理。超前小导管的优点是施工设备简单，施工难度小，并且可根据围岩情况随时调整支护方式，经济效益较高。缺点是钢管较短，加固范围较小，支护效果也比不上管棚。一般用于可能发生小规模塌方、变形的地段。

施工中应结合设计要求及现场围岩情况，参考监控量测数据，采取合适的支护方法，确保围岩稳定，施工安全。

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