隧道超前管棚施工技术探讨

郝 劲 鑫

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

1 工程概况

某高速公路隧道设计左洞总长度为1 540.36 m，设计起讫点桩号为K25+325.5～K26+865.86；右洞总长度为1 538.25 m，设计起讫点桩号为K25+323.2～K26+861.45。隧道施工洞口段为软弱围岩，稳定性差，为Ⅴ级围岩。洞口段覆盖层较薄，仅为4 m～5 m，属于超浅埋隧道，施工难度大，成洞条件极差。

隧道洞口上部覆盖层主要为堆积土，松散破碎，不易成洞。为了保证隧道施工安全，防止隧道拱顶坍塌，保证施工的正常进行，采用超前管棚支护。设计管棚直径为108 mm，壁厚为6 mm，管棚设计长度为30 m。为了保证隧道洞口段施工安全，施工前制定专项施工方案，严格进行超前管棚施工质量控制。

2 超前长管棚结构设计

2.1 套拱设计

为了保证超前管棚施工的钻孔精度和安装位置准确，设置2 m套拱。套拱采用C25混凝土，厚度为600 mm，内部设置钢筋和工字钢。套拱内工字钢为20号工字钢拱架，间距为600 mm。为了保证钻孔精度，在工字钢拱架上焊接长2 m的Ф127×5 mm无缝钢管作为导向管。导向管焊接在钢拱架上必须保证稳固，以保证施工过程中不移位。考虑到管棚长度较长，防止侵入开挖界限，导向管设置2°的外插角。套拱混凝土施工可采用浇筑混凝土，特殊情况下也可以采用喷射混凝土。

2.2 管棚主要技术参数

根据隧道洞口的围岩情况，设置超前长管棚的长度为30 m。管棚钢管采用直径为108 mm的Q235无缝钢管，管壁厚度为6 mm。

管节设计长度为3 m和6 m两种，管壁上设置注浆孔，孔径尺寸为10 mm～15 mm，孔位间距300 mm，采用梅花形布置。为了考虑防止注浆漏浆，最后一节钢管尾部2 m不设置注浆孔。

超前长管棚设计中心距为500 mm，管棚总根数为31根，设计总长度为930 m。

2.3 钢拱架

为了提高导向管的刚度，在套拱内设置4根20号钢拱架，间距为600 mm，并采用Ф22钢筋连接，可保证导向管的稳固。

2.4 注浆

为了提高围岩稳定性，采用注浆的方式对管棚周边的围岩进行加固。管棚钢管上设置有注浆孔，采用注浆机进行注浆。注浆采用水泥—水玻璃双液注浆，注浆过程中对浆液制备的配合比、注浆量和注浆压力进行严格控制，保证注浆加固质量。

3 超前长管棚施工技术要点

3.1 准备工作

开工前，首先组织施工技术人员和施工管理人员对设计图纸进行审核，并对发现的问题进行上报。根据设计资料熟悉施工现场，对施工现场的地形、工程地质和水文地质情况进行调查。根据施工现场的地形地貌确定施工现场临建、原材料堆放、施工便道的位置和走向，对施工现场进行布置。根据施工现场和设计资料，制定超前长管棚施工方案，并报现场监理工程师审批。

根据设计资料和施工现场实际情况，确定超前管棚施工工程量、工期、所使用的施工机械和人员数量等，进行现场施工组织。管棚钻孔施工采用YG-50工程钻机配合施工，管棚钢管安装采用挖掘机配合施工。

3.2 边仰坡防护

隧道超前管棚施工过程中，如发现边仰坡不稳定，则必须首先对边仰坡进行防护，然后再进行超前管棚施作。

1)该隧道边仰坡施工中采用锚杆钢筋网喷射混凝土联合支护的方式，锚杆采用Ф22螺纹钢筋，长度为3 m；钢筋网片采用Ф8盘条，网格尺寸为200 mm×200 mm，喷射混凝土强度为C25。

2)隧道边仰坡边开挖边防护，并尽量避免大挖大刷。当开挖至套拱顶标高时，注意将套拱位置留出，并开挖出套拱施工工作面。

3)根据设计标高，对套拱拱脚基底进行平整。如套拱拱脚基底为软弱土壤，应检测其承载能力。如基底承载力不足，可采用浆砌片石进行加固，厚度不少于50 cm。

3.3 套拱施工

3.3.1套拱拱架与内模安装

1)安装套拱钢拱架，并用Ф22钢筋连接，连接间距为1 m。本项目套拱施工采用4榀20号工字钢，钢架垂直度偏差不能超过2°，采用5 mm厚钢板连接拱架，每块连接钢板上设置6个螺栓。

2)套拱施工模板采用木模板，模板铺设应平整，并保证接缝平顺。

3)为了防止由于各种外界荷载作用造成套拱变形与沉降，套拱尺寸较设计尺寸增大5 cm。

3.3.2导向管安装

1)为了保证管棚钻孔精度，本项目施工采用的导向管为Ф127×5 mm无缝钢管，长度为2 m。

2)导向管必须与钢拱架焊接牢固，导向管设置2°的外插角，以防止由于钻机钻孔时钻头下垂侵限。

3)施工中采用坐标法进行导向管的安装定位，可在贴近开挖工作面处设置小钢管，垫高保证导向管的倾角。

3.3.3外模安装

1)模板安装必须保证稳固，必须采用木桩对模板底部进行支撑，以防止在浇筑混凝土施工中跑模。

2)套拱外模采用木模板，用钢筋作为加强箍筋，并采用木桩、钢管进行辅助固定。

3)套拱外模安装必须保证拼装严密，尽量做到接缝处不漏浆，拱顶3 m范围可不安装模板，作为混凝土浇筑入口。

4)导向管采用塑料编织袋或土工布等进行封堵，防止进入混凝土堵塞。

3.3.4混凝土浇筑

1)套拱钢拱架、导向管、模板安装完成后，即进行现浇混凝土施工。

2)本项目采用C25混凝土，施工过程中严格控制其坍落度和水灰比。

3)混凝土浇筑采用对称浇筑的方式，并采用挖掘机配合作业，两侧浇筑高度差不宜超过50 cm。

4)混凝土浇筑过程中严禁加水，并采用插入式振动棒进行充分振捣。

5)混凝土浇筑完成后即开始养生，养生期应保水保湿，并采用土工布或保鲜膜覆盖，养生期不少于5 d。

3.4 钻孔

钻机钻孔必须停放在稳固的地基上，钻孔过程中应保证钻孔精度，钻孔孔径应略大于钢管孔径，深度不低于设计深度，并防止出现塌孔。钻机钻进过程中出现卡钻、跳钻现象，应分析原因，做好应对。钻孔达到设计深度后，必须进行清孔，并尽快进行钢管安装，防止塌孔。

3.5 钢管安装

管棚钢管安装采用挖掘机配合安装，安装过程中必须保证钢管的轴线与钻孔一致，防止将钢管打弯。为了方便管棚钢管安装，第一节加工成尖锥状。管棚节段处采用螺纹丝扣连接，安装时先安装带有注浆孔的节段，最后安装尾部没有注浆孔的节段。

相邻的管棚钢管的接缝在横断面上的接头应相互错开，如奇数段第一段采用3 m长钢管节段，则偶数孔采用6 m长钢管节段作为第一段进行施工。

3.6 注浆

注浆前将导向管和钢管间的空隙用锚固剂封堵，并在钢管端部安装注浆口。管棚注浆压力不小于0.5 MPa，施工中严格控制注浆量和注浆压力。注浆过程中如出现漏浆，可停止30 min后，添加水玻璃后继续注浆。

4 结语

隧道洞口段通常位于软弱围岩地段，施工前必须采取有效的超前支护方法进行加固。文章基于对隧道洞口超前管棚施工实践，对管棚的设计与施工进行全面阐述，并列举了质量控制要点。通过对超前管棚设计参数进行仔细分析，并在施工过程中加强质量控制，可有效保证施工质量与施工安全。

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