长管棚预注浆超前支护技术在浅埋偏压大跨隧道洞口施工中的应用

谢 飞

（达州机场建设有限责任公司， 四川 达州 635000）

1 工程案例分析

某高速公路隧道设计形式为双洞四车道，单洞净高48m，净宽9.14m。左边洞出口桩号为 MN128+773，设计标高为 398.18m。隧道洞口出口段位于浅埋层，埋深在8m左右，属于第四系崩坡积层，褐红色，岩性为低液限黏土，为软塑状，具有较强黏性。工程局部为粉砂质泥岩和砂岩碎石。在隧道明洞开挖之后，清除表土并形成开挖工作面。按照工程所在地实况，结合长期隧道工程施工经验，决定采用长管棚预注浆超前支护技术，保证施工顺利进洞。

2 管棚施工设计

2.1 设施原则

在施工前将管棚位置设置在进出洞口，此种位置设置方式能够确保地层稳定性，避免由于施工操作产生地表沉降问题，主要应用导管直接打入法和钻孔引入法控制地表沉降。按照地层成孔的难易程度合理选择成孔器械，如果地层允许先钻孔后排桩，此时就可以应用锚杆钻机和地质钻机等设备。在施工期间若遇到成孔困难，则应当使用一边钻孔一边打入导管施工方法。开挖轮廓周线钻设基本平行于隧道周线，为了确保钻孔方向，通常需要在管棚设置2°外插角，之后插入直径不同的钢管，并且向钢管内注浆，与管周边围岩固结在一起，在预设范围内设置棚架支护体系。施工期间应用管棚的作用在于加强管周边的抗剪强度，因此在施工期间应当做好支护围岩，这样能够有效控制开挖施工所引起的松弛问题。

除了对地表沉降进行观测以外，还应当注重检测洞口开挖后洞内收敛情况。通过工程实践能够看出，利用收敛仪能够获取洞内的收敛数据，然而对于大隧道工程来说需要在平台车上进行施工，此时就需要投入非测量辅助设备，相应增加了建设成本。相对位移观测方法只需要采用一台全站仪就能够完成监测人物，确保精度满足要求，然而却不能反映出监测点的实际变形情况。通过对洞内收敛情况的观测，能够为后期施工提供重要依据。在此期间需要注意的是，在选择监测方法时需要综合考虑实际施工内容。

2.2 管棚参数设定

在选择施工钢管时应当充分考虑技术经济因素和计算结果，按照施工地层和支护条件选择管棚钢管。如果施工地区土体具有较高的凝聚力，可以选择O89钢管；针对支护要求比较高的松软地层应当选择O127钢管。在该隧道施工过程中，由于隧道工程洞口处于浅埋段，岩体比较松散，存在严重渗水和失稳问题，因此决定采用ø108×6mm热轧无缝钢管，节长为3m和6m。

2.3 注浆参数设计

第一，使用水泥水玻璃浆作为注浆浆液，硅酸盐水泥作为施工用水泥，水泥浆液水灰比设定为1:1，水玻璃使用量控制在水泥使用量的5%，模数为2.4。第二，注浆压力设定在0.5MPa至2MPa。第三：浆液扩散半径大于50cm。

该工程管棚使用水玻璃注浆处理，环向间距控制在50cm，仰角控制在2°以内。

3 管棚施工工艺

3.1 测量放线

按照设计参数要求，利用现场测量和计算，放样出衬砌中线，边线和水平基线，测量所选择的桩点必须具备可靠性和稳定性，并且通视性良好。

3.2 管棚施工

按照测量放线数据，进行边仰坡和明洞开挖，在开挖期间应当使用挖掘机开挖，并且实现边仰坡刷坡。在开挖期间需要确保仰坡和边坡的稳定性，并且注重地质变化情况。洞口和成洞临时支护好之后就可以进行大管棚超前施工，管棚施工主要采用潜孔钻钻孔顶管，选择 BW-250型注浆泵注浆。在施工期间先施钻，并且注浆所有有孔钢管，之后再进行无孔钢化管。

（1）钻孔施工：第一，以套拱中预埋的钢套管作为导向管，并且使用钻机实施钻孔施工，在到达预设深度之后清理孔内残留物，并且将钻具钻孔撤掉。在进行掌子面施工时应当按照相关要求喷涂素混凝土当作止浆墙，这样可以保证掌子面在实行压力注浆时不会产生漏浆和坍落问题。第二，钻孔施工期间应当按照实际情况确定水泥浆钻进施工，如果遇到易塌孔的砂层时，则需要使用泥浆护壁之后才能继续钻进。如果无法成孔，可以选择加套筒等方式钻进。

（2）管棚安设施工：在完成钻孔之后需要及时安装管棚钢管，防止发生塌孔问题。在安装期间如果遇到问题，可以使用卷扬机反压顶将钢管顶到设计位置。在施工期间应当逐节顶入钢管，通过丝扣方式实现对口连接。将钢管设置在衬砌拱部，将衬砌设计外轮廓线和管芯距离控制在50cm左右。对于管棚钢管外插管设置问题来说，应当遵循不侵入隧道开挖轮廓线原则，将外插角设定在2°，使隧道中线与外插角方向平行，沿着隧道纵向内的钢管接头应当控制 50%以下，邻近钢管接头应当错开1m。在施工期间应当将钻孔壁和钢管间缝隙填满，并且将止浆阀和法兰盘焊接在钢管外露端，并且详细检查焊接密实度和强度。

（3）套拱施工：套拱施工采用输送泵将混凝土运输到套拱内，输送泵管口应当避免触碰管棚定位钢管，降低管棚施工难度。

3.3 管棚注浆施工

（1）施工程序和注意事项。第一，在施工之前需要对机械设备和管路状态进行详细检查，在确认无误之后需要进行压浆实验，注浆时采用水泥单液浆，水泥浆强度为 M30。第二，注浆施工期间需要采用低压力中液量注入，注浆初压控制在1MPa左右，在注浆施工期间压力逐渐增大，流量持续减少，注浆终压满足2MPa标准之后，持续压注五分钟。第三，在注浆期间需要对孔口邻孔进行观察，查看覆盖层薄弱区是否出现串浆情况，一旦出现串浆问题则应当及时停止注浆，也可以使用快速硬化水泥沙叫进校封堵，直至不再出现串浆情况之后才能够继续注浆。在注浆施工期间如果压力突然升高，有可能是出现堵管问题，此时应当停机检查。第四，在注浆施工期间应当派遣专人负责填写注浆记录表，详细记录注浆时间，注浆压力和浆液使用情况。与此同时，还应当密切观察压力值，实时监控连通装置，防止由于压力过猛而产生异常情况。第五，在完成注浆之后需要做好养护工作，确保浆液强度满足设计标准之后，开始开挖洞身。第六，在完成所有有孔钢管注浆之后，开始进行无孔钢管安装施工。在施工期间应当注重物控钢管对对周围岩体的加固作用，在确保钢管强度的前提下进行打孔处理。

（2）评价注浆效果。在对注浆加固区进行钻孔取芯时，应当对注浆充填效果进行观察。其次，在进行无孔钢管钻孔施工过程中，需要对孔内涌水量和颜色进行观察，如果涌出水比较清澈，并且涌水量小于每分钟0.4L，则表明注浆效果好。如果涌水为泥浆颜色，并且涌水量比较大，则应当考虑补浆或者重新注浆。

为了全面确保施工安全，需要全面检查管棚施工效果。所以施工企业应当组织检测人员全面量测隧道洞口位移下沉情况。按照工程的表下沉位移情况来看，进口右洞在开挖15天之前出现15mm左右下沉情况，在工程后期逐渐趋于稳定，比较满足工程规范要求。

4 结束语

综上所述，长管棚预注浆超前支护技术在浅埋偏压大跨隧道洞口施工中具有明显加固效果，可以提升进洞速度，减少施工工期，全面提升施工企业的经济效益和社会效益。