公路隧道中管棚支护施工技术探讨

宋志红

(山西交通控股集团晋城高速公路分公司，山西晋城 048000)

0 引言

现代化的公路隧道工程在施工阶段，一般都是使用地下暗挖来进行的。施工之前，应该进行全面的地质勘察，对于不稳定的区域要采取措施来进行预加固和预支护处理，以满足施工的要求。管棚法的施工方式是一种非常先进的方式。采用管棚超前支护的方式来进行施工，可以加强进、出洞口的围岩稳定性，很好地控制开挖轮廓线，防止在施工中出现塌陷等事故。

1 工程实例

我国某地区中的隧道工程中，其为双洞四车道的形式，设计总长度为1 138 m，单洞净宽度尺寸为 10.5 m，净高尺寸为7.03 m，整个工程的纵坡为2%。从地质资料中可以发现，右侧位置上的洞口进口部分40 m为Ⅴ类软岩，施工范围内地下水含量比较高，最下埋深深度为5 m;表层中含有大量的松散砂土，下层则主要为强风化岩石，力学性能比较差，在开挖施工中也会出现严重的坍塌问题，施工难度非常高。

2 施工方案

2.1 施工方案的选择

从当前地质勘探资料中可以准确的了解当地的水文条件等信息，从各个方面进行分析和研究之后，决定先对浅埋段进行固结处理，再进行开挖保证安全。本次施工方案中采用的是大管棚超前支护的方式，同时在施工范围内布置防、排、截水的基础设施，然后应用小导管超前注浆加固施工技术开展开挖施工。根据施工方案的要求，管棚部分的设计长度为51 m。为了可以全面的提升工程的质量，采用的是两环设计方案，分别为27 m，24 m。超前大管棚布设于隧道拱部中心线150°范围内，边墙与仰拱都是使用深孔长套管挤压劈裂注浆支护辅助施工。具体的结构部分如图1 所示［1］。

图1 管棚布置示意图

2.2 管棚结构的组成和位置

管棚的主要组成结构部分就是钢管与钢架栅拱架。管棚结构为Ⅰ20型工字钢架，钢管使用的是108×8 mm的热轧无缝钢管，两环的连接位置上采用搭接的形式，长度为5 m。钻孔孔口位于沿洞口拱部开挖轮廓线外200 mm处，环向内部的结构设置距离为300 mm，沿着结构内部设置插角2°。纵向接头连接中选择使用的是厚壁管箍，螺纹稳固连接。钢管结构上需要设置注浆孔，直径为10 mm、孔间距150 mm，采取梅花形布置的方式，同时在管路的端部预留1 m不钻孔。钢管内增设小钢筋笼作加筋处理，使用的是4根22 mm螺纹筋制作成为环状的形式，全面提升管棚的刚性和强度参数。

3 大管棚的施工工艺流程

3.1 测量放线

根据设计方案的要求，本次施工采用的是两环管棚搭接的形式，第一环和第二环测量放线的方式有所不同，主要体现在:第一环主要采用的是测设开挖中线，进行钢格栅的合理布置，同时应该保证钢管中心位置与桩点达到要求，并且应该严格控制格栅落点，以保证位置的精确度达标;沿每个导管中心线方向测设至少两个点，进行方向控制，通过测量孔口高程和钻机中心高程，配合精密水平陀螺仪控制内、外倾斜度。第二环在放样的过程中，除了需要进行上述步骤之外，还应该在开挖完成之后要进行钢拱喷锚的方式来完成初期支护施工，此时应该确保各点位置合理的设置，同时要做好详细的记录［2］。

3.2 钻孔精度

首先严格控制人员、材料、机械的误差。其次为避免施工环境造成的偏差，施工前对钻进影响范围内的岩体注浆固结确保强度，施工中监控量测，及时反馈，及时处理;钻机安装之前应该合理的进行位置的确定，保证偏差尺寸达标。钢架安装垂直度偏差要控制在±2°之内，中线与高程偏差也要控制在5 cm以内。套管的设置应该保证其各个方面的尺寸精度达标，以满足设计方案的需要。

3.3 钢管安装

钢管结构应该布置在拱架结构上，为了避免钻机在工作中存在振动的问题，钢管用U形螺栓与拱架稍加固定。开孔作业应该使用两台钻机同时进行，钻机的打孔顺序应该从拱顶中心线开始，要保证两侧对称、同时进行。钢管按设计要求接长，此时应该保证外插角为2°，并且呈现出扇形的形式;钢管接头应用的是套管法来完成，使用螺纹稳固连接，连接位置长度不能小于200 mm，相邻的钢管接头位置要交错布置，距离不能少于2 m;在送管施工中，要利用卷扬机来进行;两环管棚搭接5 m，隧道初衬应设置在搭接钢管之间;在钢管内下钢筋笼，钢筋笼内设置导管环，间距1 m左右，方便注浆;钢管安装完成后，在管口位置焊上法兰盘、止浆阀进行封闭，焊接参数符合注浆要求［3］。

3.4 注浆控制

注浆参数的确定:最为常见的注浆施工材料即为改性玻璃、普通水泥浆等等，根据材料的不同选择合适的注浆方式与技术参数。本工程结合地质条件与水文状况等因素，确定使用P.O42.5级硅酸盐单浆液，此时将水灰比参数控制在1∶1，此时应该将孔口压力与终压设置在0.5 MPa～2.2 MPa范围内。注浆施工阶段需要严格控制施工压力，避免出现压裂的问题，相邻位置注浆效果不达标的情况要采用小导管补充的方式，确保压力处于0.2 MPa～0.5 MPa之间，完成之后要使用M10水泥砂浆填充完毕，以保证刚度符合要求。

3.5 防排水与开挖、衬彻

本次施工位于江河地区中，在施工阶段中雨量异常丰富，因此，地下水含量非常多，这就需要在施工中采取有效的处理措施，避免水量过大而导致施工出现严重的事故。根据结构形式可采取衬彻背后设置排水暗沟盲管，隧道底设置中心排水沟等措施。在注浆结束后的8 h，就能够开始开挖施工;根据隧道断面形式和地质条件，采用单侧壁导坑法，循环进尺为0.7 m，开挖一部分就要封闭一部分，逐渐成为封闭结构形式，有效的提升结构的安全性。

3.6 监控量测

施工的过程中要全面的进行数据的监控量测，从而可以及时的发现可能存在的安全隐患问题，并且采取措施消除这些问题。洞口浅埋部分主要监控的就是拱顶下沉、地表下沉、围岩压力、渗水压力等等。此时应该在该位置上间隔2 m～5 m设置沉降观测点。隧道中线位置上应该增加观测点的密度，以保证量测参数能够满足使用的需要。经过详细的分析地表下沉位移曲线，确定最大沉降量满足工程的需要，确保沉降参数已经达标，工程质量最终满足要求。

4 结语

通过该项目的管棚支护施工，让我们得到了很好的隧道施工成果。采用超前管棚支护技术可以更好的提升工程的质量，保证隧道工程在安全的条件下进行，可以大大提升隧道工程部分的强度和刚性，使得施工位置更具牢固和稳定性，是当前隧道工程中最为关键的施工技术，其施工效率也更高。