超前大管棚在龙池山隧道中的成功应用

刘丽配 刘春银 王金文

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066002)

超前大管棚在龙池山隧道中的成功应用

刘丽配 刘春银 王金文

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066002)

针对龙池山隧道的地形条件、洞口处围岩情况及水文地质情况，对工程采用的超前大管棚施工技术原理作了介绍，主要论述了管棚施工设计参数、施工步骤、技术质控要点等，以成功完成隧道进洞施工。

管棚，隧道洞口，施工步骤，钻孔，注浆

1 工程概况

1)地形条件。龙池山隧道为新建兰渝铁路兰州至广元段LYS-6标的一条特长双线隧道，全长11 259.718 m，隧道所通过地区，属高中山地貌，地形起伏较大，隧道进出口端坡度较陡，地面高程介于600 m～1 620 m。

2)洞口处围岩情况。隧道通过区出露的地层为第四系全新统坡积粉质黏土。上部为腐殖土，土质松散，隧道进出洞口处于Ⅴ级围岩区，以千枚岩为主，夹有薄层片岩，节理较发育，岩质较软，易风化，岩石较破碎，围岩的开挖稳定性极差。

3)水文地质情况。隧道洞口处基岩裂隙水弱富水段，千枚岩、千枚岩夹变砂岩，节理裂隙较发育，预测主要出水段在岩层接触带，节理密集带。洞口30 m为Ⅴ级围岩，千枚岩风化现象严重，风化作用改变了原岩结构，岩体破碎，形成较厚的全～强风化层松散体，遇水极易成泥，围岩很不稳定，直接降低了岩体的强度，工程稳定性较差，易产生崩塌或滑落，增加了进洞施工支护难度。

2 管棚施工工艺及原理

1)管棚施工工艺流程。

洞口大管棚施工工艺流程见图1。

2)管棚作用原理。

钢管内插入钢筋，并在管内注入水泥浆，增强了管棚的刚度，因而也就增强了管棚的支护强度，同时，通管注浆，使水泥浆压入破碎围岩，通过水泥浆的胶结作用以及对孔隙的充填压密，提高了围岩的c,φ值，从而提高了围岩的整体强度，增强了开挖的稳定性。

3)设计参数。

a.原材料：热轧无缝钢管，外径108 mm，壁厚6 mm。

b.管身要求：管身设注浆孔,孔径10 mm～16 mm，孔间距15 cm,呈梅花形布置,前端加工成长约20 cm的锥形,尾部长度不小于1 m，作为不钻孔的预留止浆段；在大管棚尾端设置φ8加劲箍。

c.长度：施工总长度为30 m，每节管棚应按照单序孔第一节长6 m(或9 m)，双序孔第一节长3 m(或4.5 m)，其余管节长度均为6 m(或9 m)的尺寸来加工。

d.设置范围：拱顶120°范围以内，可根据实际情况拓宽范围。

e.环向间距：40 cm。

f.倾角：外插角1°,可根据实际情况适当调整。

g.注浆材料：1∶1水泥浆液，封孔材料用M10水泥砂浆，注浆压力为1 MPa～2 MPa。

超前洞口大管棚构造示意图如图2所示。

4)施工步骤。

a.施工准备。

洞口开挖并预留管棚施工台阶，搭设管棚操作平台，将钻机脚手架平台支撑在稳固的地基上。

b.套拱施作。

测量放样：由测量员在坡面上定出隧道中线拱顶高度、套拱位置线、横向十字线。

套拱轮廓开挖：按照测量放样结果进行套拱轮廓开挖，开挖两侧套拱位置的土体时，应当边开挖边支护，待支护到边墙底高度时，浆砌套拱基础。

套拱钢架及导向管施作：按照要求架立2榀Ⅰ20b工字钢，间距50 cm，每榀钢架用拉杆拉紧，防止倾倒，并在拱顶拱腰两侧打锚杆，将最前面一榀拱架焊在锚杆上，保证钢架支立牢固。在钢架上缘牢固焊接直径为140 mm、厚度为5 mm、长1 m的孔口导向钢管，如图3所示。

套拱支模：套拱模板采用木模板。侧模安装前先用塑料布封闭导向管口，并使导向管口紧贴侧模。侧模通过脚手杆进行支撑，模板之间的接缝为平缝，双面止浆条止浆，模板支立必须牢固可靠，使其在浇筑混凝土过程中不发生位移，如图4所示。

套拱混凝土浇筑：检查模板支立情况符合要求后，浇筑C20套拱混凝土，尺寸为1 m×1 m(高×厚)；混凝土浇筑由两侧向拱顶进行，控制浇筑速度，防止混凝土跑模。混凝土振捣使用插入式振捣棒。混凝土达到一定强度后要及时养护。模板拆除后进行导向墙周围的边仰坡喷射混凝土，防止注浆过程中浆液从周围的仰坡渗漏。

封闭掌子面：套拱混凝土终凝后拆除模板，套拱施工完成后喷射C25混凝土封闭掌子面，作为注浆时的止浆墙，以防漏浆。

c.管棚安装。

测量布孔：由测量员按照施工图要求用全站仪精确测定钻孔孔位，并用红色油漆标记，然后对管棚孔口导向管依次进行标号。

搭建施钻平台：施钻平台用钢管脚手架，要求钻机平台搭建必须牢固，支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固，如图5所示。

钻孔：钻孔采用螺旋钻杆配三翼钻头，1台～2台钻机，干式钻进成孔，由高孔位向低孔位进行，钻孔直径127 mm；钻进中用测斜仪量测钻孔方向,发现偏斜超过设计要求,及时纠正，并确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进，如图6所示。

清孔：用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，用高压风吹管或掏勺将孔内浮渣清出。

管棚安装：成孔检查合格后,将大管棚穿过导向墙孔口引导管，用潜孔钻顶进并安装大管棚，管棚间为丝扣连接，用自由钳钻转拧紧，相邻两孔的管棚接头要互相错开。顶进钢管时要保证导管的倾角和方位角与钻孔钻杆前进的倾角和方位角一致；管棚安装到位后，采用同样的方法顶进钢筋笼，钢筋笼连接采用焊接，焊接位置应避免与钢管连接位置在同一断面。

管棚堵孔：采用麻丝和锚固剂封堵管口。

d.管棚注浆。

注浆准备:管棚安装完成后,旋上孔口阀,连接注浆管路，并进行浆液配制。

注浆施工：清孔后,采用后退式注浆,按由下至上的顺序进行，隔孔灌压以防串浆或跑浆；注浆要确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。

结束标准:注浆初压为0.5 MPa～1.0 MPa，终压2 MPa，当注浆压力达到设计终压超过20 min，可结束注浆。对于单孔在注浆结束后，迅速拔除注浆管，并立即用M10砂浆封闭孔口止浆，完成注浆作业。

封堵孔口：孔口用厚3 mm～5 mm钢板凿孔焊接与注浆管等直径的小导管来封堵，超前洞口大管棚施工完成，如图7所示。

5)控制要点。

a.钻进过程中认真作好原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，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。

b.钻孔过程中若钻进过程阻力较大，可退回1 m左右，多次反复，阻力减小后继续钻进。

c.在开挖工作面有小裂隙漏浆，先用水泥浸泡过的麻丝填塞裂隙，并在设计范围内调整浆液配比，缩短凝胶时间，若仍跑浆，在漏浆处用风钻钻浅孔注浆固结。

d.为了保证两节管棚之间连接牢固，采用外接φ114 mm×6 mm接头钢管连接，接头钢管长300 mm，内侧全部加工成内车丝扣，丝扣牙距5 mm，每节φ108大管棚两端均预加工成外车丝扣，丝扣长150 mm，丝扣牙距5 mm，如图8所示。

e.为了加强管棚刚度，在管棚内插加劲钢筋笼，主筋4根，直径18 mm，固定环采用φ42 mm热轧无缝钢管制作，每段长5 cm，间距150 cm，与主筋之间焊接，如图9所示。

f.注浆发生堵管时，先打开孔口泄压阀，再关闭孔口进浆阀，迅速进行处理；串浆时及时堵塞串浆孔，防止注浆过程中发生串浆，每钻完一个孔，随即安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工。

g.注浆结束时，应先打开泄压管阀门，再关闭进浆管阀门并用清水将注浆管冲洗干净后方可停机。

h.管棚采用仪器或尺量进行检查。

6)工效分析及资源配置。超前洞口大管棚施工工效分析及资源配置如表1所示。

表1 工效分析及资源配置表

3 结语

龙池山隧道进出口采用大管棚技术，成功地完成了隧道进洞的施工，管棚施工能够有效防止洞口仰坡失稳，并对松散岩体具有固结作用；管棚内加入钢筋笼并注浆，使得管棚支护具有刚度大、结构强度高、承载能力强等优点，并可依据实际情况，局部穿插超前小导管或超前锚杆支护，施工灵活方便，能够随时应对地质条件的变化，既确保了施工安全，又节省了工期，提高了施工效率，创造了良好的经济效益，值得类似工程借鉴。

[1] TZ 204—2008，铁路隧道工程施工技术指南[S].

[2] TB 10417—2003，J287—2004，铁路隧道工程施工质量验收标准[S].

[3] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.兰渝施隧参I-102[Z].2009.

[4] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.兰渝施隧I-60(I)[Z].2009.

The successful application of pioneer pipe-roof protection technology in the Longchishan tunnel

Liu Lipei Liu Chunyin Wang Jinwen

(No.5EngineeringCompanyLtd.ofCCCCFirstHarborEngineering，Qinhuangdao066002,China)

In light of geological conditions, tunnel entrance surrounding conditions and hydrological conditions of Longchishan tunnel, the paper introduces advance large shed-pipe construction technologies, and mainly discusses the shed-pipe construction design parameters, construction procedures and technological quality control points and so on, with a view to accomplish tunnel entrance construction.

shed-pipe, tunnel entrance, construction procedure, drilling, grouting

2014-11-30

刘丽配(1983- )，女，工程师； 刘春银(1986- )，男，工程师； 王金文(1988- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)04-0177-03

U455.49

A