高速公路隧道建设中的超前长管棚施工技术

刘国庆

（中交二航局第二工程有限公司， 重庆 401120）

1 工程概况

文山至麻栗坡高速公路中的大法郞隧道是全线控制性工程，并且是整个项目的重点难点部分。该隧道属于特长公路隧道，左线长3390m，右线长3375m，最大埋深206.5m，设计为分离式单向两车道，设计速度80km/h。该隧道很大部分的地质属于较为破碎松散的岩体，容易发生滑坡、崩塌等事故，且岩溶、破碎带、断层等地层也比较常见。补勘资料显示蓝色段为破碎松散堆积体，存在一定的裂隙，虽然具有丰富的地下水资源，但是也具有较多的破碎堆积体。

钻探结果显示：取出完整的芯样较难实现；堆积体以板岩、炭质页岩风化残留形成的粉质黏土、含砾粉质黏土、碎石、块石为主，土中粗颗粒大约占到55%；大法郎隧道进洞段的围岩相对软弱易破碎，但地下水丰富，在施工时往往会产生初支大变形、掌子面溜塌等问题，另外突水突泥、坍塌、地表塌陷等灾害发生的风险也较高。

本文以上述工程为背景，围绕超前长管棚施工技术展开详细探讨，以保证该工程的整体质量。

2 超前长管棚加固原理

超前长管棚支护适用于地质条件较差、浅埋偏压且属于塌方体或断裂破碎带的各种隧道工程，并且该方式不需要大型的机械设备进行作业，工艺成熟，因此具有较高的经济适用性。

超前长管棚是按照松驰荷载的理论进行相关设计的，在洞口处通过套拱进行环向后支撑，钢管进行纵向预支撑，在隧道开挖轮廓线外进行环向排列从而形成钢管棚，然后向其内部注浆对周围岩体进行加固，最后与初期的支护结构共同构成一个稳定可靠的支护系统[1]。超前长管棚广泛应用于易发生破碎的地层、塌方体、岩堆等地段，能够明显缓解软弱危险变形、松弛、沉降等现象，避免围岩发生塌方、冒顶等不安全事故。超前长管棚具有较强的支护能力，能够形成良好的支护结构，对提高围岩的稳定性发挥重要作用，有效避免各类事故的发生，保证项目建设的安全性。

3 超前长管棚结构设计

3.1 套拱设计

本隧道的套拱设计长度为2m，内部厚度为600mm 并设置工字钢和钢筋骨架，采用的混凝土标号为C25。套拱能够在一定程度上确保超前长管棚钻孔的精度，同时在套拱内安装长2m 的导向管，由规格为φ127×5mm 无缝钢管制成，导向管应牢固的焊接于钢拱架上。为避免在钻孔过程中管棚超出隧道开挖界限，应保证导向管具有2°的外插角。一般情况下，套拱混凝土进行模筑施工，特殊时可以进行喷射施工。

3.2 管棚主要技术参数

本项目隧道洞口段的围岩强度较小，稳定性较差，因此将超前长管棚的长度确定为40m。管棚钢管是由规格为φ108mm×6mm 的Q235 无缝钢管制成。管棚管节分别加工成3m 和6m 两种类型的长度，在管壁上设置注浆孔，相邻孔的距离为300mm 并呈梅花形分布。每节管棚的第一节头部应加工为尖锥形，能够防止施工时混入钻渣影响施工质量。为了避免在管棚注浆过程中发生漏浆现象，在距离最后一节管棚尾部2m 的范围内不设置注浆孔。本隧道项目所需要的超前长管棚共计39 根，总长度为1560m。

3.3 钢拱架

为了有效增加导向管的刚度，需要在套拱内设置4 根规格为20 号的工字钢，相邻两根的间距为600mm，并通过φ22mm 钢筋连接。

3.4 注浆

为了进一步增加管棚周边围岩强度，增强其稳定性，通过水泥-水玻璃双液注浆的方式对周边围岩进行加固。使用注浆机将合理配比的浆液注入，并在作业过程中严格控制注浆量以及注浆压力，若出现严重的漏浆现象需要及时封堵漏浆部位，满足施工要求后再继续注浆，同时加入适量的水玻璃增强注浆的质量。

4 超前长管棚施工技术

4.1 施工准备

施工前应组织相关的技术人员进行技术交底，研究施工图纸，同时对施工人员进行专业培训，全面调查施工场地的地质特点、水质情况等因素。结合设计图纸和现场的实际情况，制定合理的施工方案，并科学配置相应人员。

4.2 边仰坡防护

根据设计图纸进行测量放样，首先确定边仰坡的开挖边线，开挖与防护同时进行。本项目边仰坡通过锚杆钢筋网喷射混凝土的方式进行联合支护，其中锚杆由φ22mm 钢筋支持，间距为2m；钢筋网由直径8mm 的盘条支撑，形成200mm×200mm 网格。

4.3 套拱立模

按照设计中的相关标准，通过4 榀20 号工字钢对套拱内模进行支撑，并利用φ22mm 钢筋连接。铺设竹胶模板或木模板，利用脚手架实施加固作业可以避免发生跑模。为防止在套拱时出现较大沉降并侵入衬砌净空，将套拱尺寸外扩5cm。另外利用木模板作为外模，并用钢筋进行加固，同时架管、工字钢形成外支撑。模板在拼装应确保紧密防止漏浆，为避免混凝土流入导向管需要选取合适的材料对管口实施封堵。

4.4 混凝土浇筑

浇筑时选用C25 混凝土，根据合理的配比进行充分拌和，严禁随意更改配比或原料。混凝土坍落度为6～8cm，水灰比保持在0.43 左右。在浇筑时应按照分层浇筑、分层振捣的原则，通过振动棒进行振捣，当无气泡冒出时可视为振捣完成。套拱两侧采取对称浇筑的方式，两侧高差应≤50cm。为避免发生走模，混凝土的浇筑量宜≤4m3/h。在浇筑时应随时关注模板的变化，若发现有走模的可能时需及时进行支撑，若出现漏浆应及时封堵。混凝土浇筑完成后使用土工布或土工膜进行覆盖养护，养护时间通常为5d，可以确保混凝土强度满足设计要求。

4.5 钻孔

当套拱混凝土强度达到设计强度85%时进行钻孔施工。当钻孔设备就绪后，先检查其主轴是否与孔口中心保持一致，钻孔时还需使用地质罗盘仪实时监测钻孔仰角，当钻孔作业出现偏差时可及时发现并调整。钻孔时通过钻渣、钻进速度等分析围岩的地质特点，并防止发生跳钻、卡钻等情况。由于钻进工作对设备零件的损耗较大，因此应提前备好充足的易损部件，防止延长施工工期。另外在钻孔结束后还应彻底扫孔、清孔，保证孔内无杂物。

4.6 顶管

管棚钢管管节加工成3m 和6m 两种，通过丝扣进行联结。顶管施工时通过挖掘机与人工配合的方式进行，第一节选择有尖锥的钢管，接着安装有注浆孔的钢管，最后一节是尾部2m 范围内无孔的钢管。顶管施工时按照跳孔安装的方式，严格控制同一断面接头的数目，接头位置应至少错开1m，可以通过3m 和6m 管节交替安装的方式避免接头重合。

4.7 注浆

超前长管棚注浆能够加固管棚周边的围岩，填充围岩空隙可以大大提升围岩的强度。本项目通过水泥-水玻璃双液注浆的方式对围岩进行加固，注浆的扩散半径应≥0.5m。注浆施工前应进行技术测试从而确定注浆的速度、压力等参数，确保施工质量符合设计要求。通过控制注浆量与注浆压力完成注浆作业，单孔注浆量不应低于设计值的80%，当注浆压力达到设计值并保持2min 以上后即可结束注浆。注浆时按照先上后下的顺序，并在作业边线设置止浆墙，以免发生漏浆。

5 结束语

在公路隧道项目中采用管棚支护的方式施工时，应全面分析施工场所的地质条件、水文条件等，结合作业规模制定合理的施工方案，同时加强施工过程的质量监测，防止发生围岩坍塌等事故，确保隧道开挖作业的安全。