堆积体大断面隧道超前支护大管棚施工方法

张小明

摘要：介绍了堆积体大断面隧道超前支护大管棚施工方法，强调了工程施工过程中的操作要点，以积累隧道施工经验。

关键词：堆积体;隧道;大管棚;施工

随着高速公路﹑铁路建设的飞速发展和工程设计、施工技术的进步， 公路﹑铁路等级不断提高， 在线路选择和设计上裁弯取直， 使得隧道工程在里程中的比例越来越大。而部分隧道所处地段或地质情况差， 或隧道断面大、跨度大， 或埋深浅， 这都给施工带来了极大的难度。采用管棚預支护并辅以注浆在隧道工程中应用越来越广泛，在工程施工中超前大管棚对隧道的质量和安全起到了很好的作用效果。

1 工程概况

该隧道位于长白山脉东北段，线路穿越低山丘陵区，多为“V”型河谷，少部分为“U”河谷，谷底与分水岭相对高差100米～320米，山顶一般呈浑圆状，地面高程为142～510米，山坡自然坡度较陡倾，变化较大，部分上陡下缓，部分下陡上缓，纵向自然坡脚为16～28°，进口纵向坡度19°，出口纵向坡度15°，隧址区多为阔叶与针叶混生林，植被覆盖率约95%。工程地质设计为隧道进出口边坡土质为花岗闪长岩的全风化层，抗剪强度低，且边坡坡度较大，边坡稳定性差。但通过隧道进口洞口开挖发现洞口围岩以砂加石堆积体为主。

2 施工方案

设计管棚每根长35m，共设49根，用每节4-6m的热轧无缝钢管（φ108mm，壁厚6mm）丝扣连接而成，同一断面内接头数量不得超过总管数的50%。管棚编号为奇数的采用钢花管，偶数的采用钢管，施工时采用潜孔钻机先打设钢花管并注浆，然后打设钢管。钢花管上钻注浆孔，孔径10-16mm，孔距15cm，成梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段110cm。注浆采用水泥浆，水灰比1：1（重量比），注浆压力宜为0.5Mpa-1Mpa，管棚环向间距中至中40cm。倾角即管轴线与衬砌外边缘线夹角按1°-3°（不包括线路纵坡）考虑。由于此隧道洞口为堆积体，埋深较浅，在同一里程随着高程增加围岩会比较软弱破碎，为了控制在施工过程中钻头上漂，倾角按1°考虑，管棚断面设计图见图1。

从洞口开挖情况判断得知线路左侧10#孔以下围岩为全风化岩，以上为砂加石堆积体，线路右侧45#孔以下围岩为全风化岩，以上为砂加石堆积体。即堆积体和全风化岩的分界线为连接10#孔和45#孔的一个斜面，其下部围岩为全风化花岗岩，上部为砂加石堆积体，堆积体自扩大拱脚至拱顶处逐渐增厚。为了进一步掌握围岩状况，缩短施工工期，故先从两侧扩大拱脚处依次向拱部施做管棚。这样既能顺利的施做成部分孔位，又能更加精确的判断围岩分布情况。对不能顺利成孔的其余孔位从两侧扩大拱脚处依次向拱部隔孔实施循环预注浆，预注浆的深度根据钻机钻孔难易程度以及渣样确定。待预注浆液终凝后再进行大管棚施工。

3 施工过程

根据施工方案先从两侧扩大拱脚处依次向拱部施做管棚，下部管棚成孔及注浆都较为顺利，但进行至10#孔及45#孔以上时，孔深至2-3m（包括套拱长度）时孔内漏风十分严重，石渣无法通过风压排出孔外，石渣只能靠钻机的回转来排出孔外，回钻是十分吃力，随之出现了严重的卡钻现象，根本无法成孔。考虑到冲击钻头直径较钻杆大许多，回转拔杆时容易卡钻，施工现场将冲击钻头换成由三个φ42一字钻头合成的自制钻头（见图2）。此钻头直径比钻杆连接套管直径稍大，排渣通过钻杆回转及风压，虽然施工速度较慢，但对施做预注浆孔来说比冲击钻头更为可行。

随着拱部围岩的堆积体沿洞身方向蔓延，而越靠近拱部孔位的预注浆由于重力等原因，浆液只会向着其施做孔位以下流淌，并且随着孔身越来越深，用自制钻头时排渣会越来越困难，施工速度太慢。用自制小钻头施工在拱部几个设计孔位范围内进行预注浆效果不理想。考虑到坡率，将钻机定位至套拱顶，在套拱顶上2-3m用自制小钻头钻孔4-5个，并进行循环注浆（类似地表注浆），这样能缩短设计孔位堆积体的长度。待浆液达到一定强度时将钻机移至设计孔位，对拱顶设计孔位进行循环预注浆。待预注浆液终凝后，根据预注浆的先后顺序对设计孔位施作管棚。

4 总结

对于堆积体大断面隧道超前大管棚的施工，应先进行设计范围内由下依次向上孔位的循环预注浆，使得预注浆在套拱以下某个高度形成一个阻止浆液向下流失的阻隔面，同时在垂直里程方向形成一个阻止浆液向洞外流失的阻隔面，这样一步一个台阶直至拱顶;再对导向墙拱部2-3m部位进行类似地表注浆的循环注浆，以缩短拱顶设计孔位堆积体的长度。这样的循环预注浆使得洞口段松散的堆积体固结成块，提高了围岩的整体稳定性，保证了隧道超前大管棚的施工质量，缩短了工期。由于前期的预注浆形成的阻隔面，后期大管棚有压注浆时水泥浆液不会四处漫流，进而节约了水泥等原材料。同时超前大管棚的施工使隧道范围内堆积体的整体稳定性有所提高，滑动面的摩阻系数加大，产生滑坡的可能性大大降低，大大提高了进洞的安全性和工程质量。

参考文献：

[1]王春华.超前支护浅埋暗挖技术在小间距隧道中的应用[J].施工技术，2013，01：101-104.

[2] 焦国良.天津地铁大断面隧道施工技术与支护措施研究[D].成都理工大学，2012.

（作者单位：甘肃省庆阳公路局镇原公路段）