洞内大管棚在复杂环境下隧道洞口段施工的应用

唐 海 斌

(中铁隧道集团有限公司杭州公司，浙江 杭州 310000)



洞内大管棚在复杂环境下隧道洞口段施工的应用

唐 海 斌

(中铁隧道集团有限公司杭州公司，浙江 杭州 310000)

对金温扩能铁路油竹隧道、龙须岩隧道、荣林隧道处于复杂环境洞口段无法施作超前大管棚的问题进行了分析，提出了出洞采用洞内大管棚加洞外防护施工相结合的方式，并阐述了施工工艺流程及施工具体措施，为其他类似工程提供借鉴。

隧道洞口段，管棚，钻机，导向管

管棚超前支护是为了在特殊的地质条件下确保进行安全开挖，预先提供增强地层承载力的支护方法。主要适用于软弱地层、软岩、岩堆和破碎地段。隧道进、出口及浅埋段应用较多。但是有些隧道口由于各种原因，洞口无法具备施工条件或无法具备洞口管棚施工技术，本文根据金温扩能铁路多个隧道的复杂环境下的洞口段，重点介绍采用洞内施工管棚工作室，洞内施作大管棚超前支护，辅助洞口外的临时防护相结合的方式，安全顺利出洞的施工应用。

1 工程概况

油竹隧道进口里程为DK149+560.72，出口里程为DK154+396.27，全长4 835.55m；起于浙江省青田县飞鹤山庄内，止于青田县山口镇油竹上村，洞口下方紧临S57省道，进口由于征迁难度极大且紧靠飞鹤山庄无法进场施工，出洞下方地形陡峭，且紧临S57省道，不具备施工条件。

荣林隧道进口由于地形陡峭，且洞口前方20m为一栋民国期间的民房，如洞口爆破施工无疑对房屋产生巨大影响，采用迂回施工横洞的方式从洞内往外贯通，顺利解决洞口房屋的爆破影响问题。

2 施工方案及施工机械的比选

2.1 洞内管棚施工方案比选

洞内施作大管棚施工方案的选择主要根据隧道断面的设计大小及管棚机械的选择而定，本文针对是否施作管棚工作室和管棚钻机的选型做了详细的对比，并结合金温线的设计情况，最终选择了施作洞内大管棚，地质潜孔地质钻机施作，既能充分发挥超前大管棚的支护作用，又能加快管棚施作时间和安全操作。

方案一：采取不进行扩挖断面，不设导向管，会导致管棚钻设难度很大和外插角会偏大，管棚长度较长时需多次分段施作。优点是无需扩大断面，不会造成二衬混凝土增加。缺点是钻设难度很大，外插角过大，超前支护的效果较差，工序复杂。

方案二：采取洞内施作管棚工作室，管棚工作室长5m，扩挖50cm净空，给管棚施工创造空间，一次性施作超前大管棚。缺点是需要扩大断面，增加二衬回填混凝土。优点是能控制好管棚的外插角，管棚起到的超前支护效果较好，能一次性施作完毕。

2.2 管棚钻机的比选

管棚钻机主要分为两种类型，一种为简易的水平钻机，一种为潜孔地质钻机。水平钻机自身无法调整钻杆外插角，无动力装置，无法自行行走，须搭设操作平台行走和控制钻杆外插角，钻孔动力系统靠高压风，一般用于洞口大管棚的施工。

潜孔钻机配有履带，自身可行走(电力)，自身通过液压系统可调钻杆的竖向角度和侧向角度，钻孔动力系统靠高压风，可用于洞口和洞身管棚施工。

两种管棚钻机优缺点比较：

水平钻机优点：钻机价格便宜。缺点：1)搭设平台耗时长施工效率低；2)管棚工作室较大。

潜孔钻机优点：1)钻杆可调竖向角和侧向角，可以提高工作效率；2)不需要搭设钢平台，只需将洞碴扒平整，管棚准备时间短，节约施工时间；3)管棚工作室较小，节约成本，提高功效；4)钻机机动性强，出现紧急情况，钻机可及时撤离。缺点：价格相对昂贵。

考虑在尽量减小管棚工作室的情况下，满足设计管棚外插角8°的需要，我们采用了水平钻机和潜孔钻机进行了施工对比。潜孔钻机型号KQ90D，潜孔钻外形尺寸长2.5m，宽1.95m，高1.6m，整机重1 640kg，潜孔钻机机械性能：可钻孔长30m，孔径90mm～130mm,竖向角上仰25°、下俯25°，侧向摆角左30°、右30°，回转扭矩800N·m，推进轴压力10 000N以上，操作性能可以满足设计要求。

3 洞内大管棚施工工艺流程

洞内大管棚施工工艺流程为：

施工准备工作→上台阶施作管棚工作室→导向管安装施作止浆墙→搭设管棚施工平台→钻机钻孔→清孔→顶进钢管棚→注浆及效果检查→出洞施工。

3.1 施工准备工作

根据现场的实际情况，提前进行异型加大型号拱架的加工，对每榀拱架进行编号，现场分开堆放，共加工8榀异型加大型号拱架用于管棚工作室的初支支护。同时准备好φ140(5mm壁厚)热轧无缝导向钢管、φ108(6mm壁厚)热轧无缝钢管、足够的15cm×15cm的方木和5cm厚的木板。

3.2 施作管棚工作室

正常施工到管棚设计尾端前5m时，上台阶开挖逐步向外挑顶，每施工开挖60cm向外挑顶9cm，及时进行初喷架设一榀异型加大型号拱架，并按照设计要求施作Ⅲ型超前小导管，共挑顶净高50cm，长5m。纵断面图见图1。

加工异型拱架时必须对每榀拱架进行编号，避免不同尺寸型号的拱架混架，也必须进行分编号运输和堆放。挑顶支护时，必须按照顺序一榀一榀施作。

3.3 导向管安装

管棚工作室施工到计划长度时，开挖轮廓线收回按照正常断面进行开挖，架设2榀正常拱架，导向钢管的安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响到管棚的质量，采用全站仪以坐标法在正常的工字钢上定出平面位置，在拱架上进行划线标示40cm一处，用水准尺配合坡度板设定导向管的倾角，用前后差距法设定导向管的外插角，将1m长的φ140(5mm壁厚)热轧无缝导向钢管焊接固定在这2榀拱架上，同时用胶带封住两侧的管口，防止喷射混凝土进入到管内。

3.4 止浆墙施作

导向管安装完毕后，对掌子面进行喷射C25混凝土10cm厚封闭掌子面作为注浆时的止浆墙，喷射完毕后对导向管进行统一编号。

3.5 搭设管棚施工平台

搭设平台前对上台阶平台进行虚碴清理，架设临时仰拱进行支护，使平台底平整密实，采用15cm×15cm的方木和5cm的木板进行搭设平台，防止钻机在施钻时左右摆动、位移影响钻孔质量和人身安全。

3.6 钻孔

平台搭设好之后，进行钻机就位，用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，定位钻机,使钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合，并用仪器、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，精确核定钻机位置，采用2台钻机由高孔位向低孔位进行。钻机开钻时，应低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。

现场技术人员认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，并留好影像资料，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。同时钻孔时必须安排技术人员观察围岩情况，如发现围岩异常及时进行处理。

3.7 安装管棚钢管

钢管采用φ108(6mm壁厚)无缝钢管，钢管采用丝扣连接，丝扣长15cm，在专用的管床上加工好丝扣，钢花管管壁设φ15mm溢浆孔(靠孔口1.0m处的棚管不钻孔)，孔间距15cm，呈梅花形布置。管头焊成圆锥形，便于入孔；连接钢管采用φ114无缝钢管，钢管采用内车丝扣，丝扣长30cm，在专用的管床上加工好丝扣。

棚管顶进采用机械顶进，为防止塌孔保证孔向正确，每钻完一孔即顶进一根钢管，并及时注一孔浆，下一个孔作为对前一个孔的效果检查。钢管就位后加以固定，尾部预留一定长度，以方便连接注浆管为准，管口处设置排气管，钢管与孔口处的间隙用水泥砂浆堵塞紧密，保证注浆时浆液不溢出。

3.8 注浆

安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，浆液由高速制浆机拌制。注浆材料采用水泥浆液，水灰比为1∶1(重量比)。注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。采用液压式注浆机注浆，按钻一孔注一孔浆进行，全孔一次压入，注浆浆液的参数(水灰比1∶1)由现场实验确定，注浆压力0.5MPa～2MPa，可根据注浆效果进行适当调整。浆液扩散半径不小于0.5m。注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况进行调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验，注浆结束后采用M10水泥砂浆进行充填钢管，以增强管棚强度。注浆结束后用砂浆将管口封堵密实。注浆由下而上，由底而高进行，同时现场技术人员要做好注浆记录。

4 结语

针对金温线各隧道洞口周边环境的特殊性，采用洞内施工管棚工作室，洞内反向施工超前大管棚，较好的解决了在洞口周边特殊环境下无法施作洞口超前大管棚和在洞口软弱围岩段条件下安全出洞。

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TangHaibin

(Hangzhou Company, China Railway Tunnel Group Limited Company, Hangzhou 310000, China)

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1009-6825(2015)01-0167-02

2014-10-25

唐海斌(1981- )，男

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