大管棚超前支护技术在浅埋隧道施工中的应用

游顺达

大管棚超前支护技术在浅埋隧道施工中的应用

游顺达

（创泰建设有限公司，福建 福州）

阐述了玉磨铁路西双版纳隧道进口浅埋段通过技术：超前大管棚加下部双侧导坑开挖的施工方法。通过阐述该施工工序的施工要素和技术要领,总结了大管棚的作用机理为通过注浆将松散的土体固结起来, 注浆体与管棚的刚性形成一个整体受力体, 在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体, 有效地阻止了松散体出现进而规避了塌方对施工造成的危害。通过监控量测在施工保障的情况下该施工工法作用后围岩收敛增长较缓,充分说明了大管棚预注浆超前支护对防止围岩恶化, 控制隧道变形作用是显著的。对隧道通过类似浅埋软弱围岩时采用超前预支护技术提供一定的借鉴作用。

大管棚；超前预支护；浅埋；双侧壁导坑；监控量测；效果评价

1 工程简介

玉磨铁路西双版纳隧道地处云南省，设计图显示该区段线路地处剥蚀低山区，局部发育深切沟谷，自然坡度30°～40°，隧道洞身最小埋深8米，最大埋深600m。

西双版纳隧道全隧10680米。全隧除进出口作业面外设置兰2座斜井和一座横洞作业区。进口里程为DK348+050,出口里程为DK358+730。

我司施工管段为西双版纳隧道进口，施工任务1600米。该施工区段围岩节理裂隙发育，岩体较破碎，局部含断层及破碎带，地质情况较差，施工难度大。除洞口设置9米双耳墙式明洞外，其余均为五级围岩[1]。

2 大管棚超前支护技术的应用

西双版纳隧道进口为浅埋偏压地段。设计采用大管棚超前预注浆, 先对洞口段进行固结处理后再进行开挖,可以有效地保证洞口掘进安全和满足工期等各方面要求[2], 采用大管棚支护具有以下优点:

1、 洞口偏压较严重, 采用大管棚注浆能有效地阻止堆积体岩体滑移, 并能防止岩体偏压对隧道的影响

2、管棚注浆能有效地防止洞口仰坡面失稳, 并对松散岩体有固结作用

3、一次支护长度大, 可以减少超前支护的次数, 缩短施工时间

3 长管棚设计

3.1 导向墙

长管棚需设置导向墙，导向墙采用C20混凝土，截面尺寸为1m×1m。为保证长管棚施工精度，导向墙内设2榀I18工字钢架，钢架外缘设φ140壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接详见附图

（新建铁路玉溪之磨憨线西双版纳隧道施工图）

3.2 大管棚

大管棚采用108mm , 壁厚为6mm的热轧无缝钢管, 长度为26 m。 用每节长4～6m的热轧无缝钢管 （φ108mm，壁厚6mm）以丝扣连接而成，同一断面内接头数量不得超过总钢管数的50%。布置在拱顶120°范围内, 管棚环向间距中至中为40 cm , 距开挖轮廓线50 cm , 外插角1°～ 3°。图中奇数号者采用钢花管，偶数号者采用钢管，施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管的注浆质量。详见附图

3.3 钢花管

钢管上钻注浆孔, 孔径为10mm , 孔间距15cm , 梅花形布置, 尾部1.1m范围内不钻孔作为止浆段，详见钢花管示意图及展示图。

3.4 注浆参数设计

长管棚注浆采用水泥浆液，注浆参数如下：

水泥浆液水灰比 1：1（重量比）、注浆压力：0.5～2.0MPa

注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。注浆结束后用M7.5水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。

单根钢花管的注浆量按下式估算： Q=π Rk2 Lη

式中R为浆液扩散半径，取Rk=0.6L0 ；L0为注浆钢花管中至中的距离；L为钢花管长；η为围岩空隙率，各种地层条件下围岩空隙率参考值：砂土40%，粘土20%，断层破碎带5%。本工程取砂土40%，经计算, 单根钢管注浆量:Q = 3.14*（0.6*0.8）2 *26*0.4=7.524m3

4 方案实施

4.1 坡面处理

为保证施工顺利进行，对堆积土进行刷坡后坡面采取锚网喷联合支护措施。其支护参数为：φ22砂浆锚杆长度L=4.0m、间距为1.5m×1.5m成梅花形布置;喷砼采用10cm厚C20网喷砼， 钢筋网采用φ8满铺坡面, 网格间距为25cm×25 cm。

4.2 管棚施工

4.2.1施工工艺

管棚施工工艺如下右图所示

4.2.2测定孔位及钻孔

(1) 孔位测定

钻孔前按5 寸台画出管棚位置轮廓线(按开挖轮廓线放大50 cm ) , 按孔间距定出孔位, 并能满足设计要求。

(2) 钻孔

①钻孔前先检查钻机各部位运转是否正常, 对非正常部位进行更换, 检查水压能否达到施工要求; 钻孔时必须按设计位置开钻, 如设计位置开钻困难时,采取辅助措施。

②钻孔根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进,当钻至砂层易坍孔时, 应加泥浆护壁方可继续钻进。

③钻孔速度应保持匀速, 特别是钻头遇到夹泥夹沙层时, 控制钻进速度, 避免发生夹钻现象。

④为避免钻杆太长, 钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象, 开钻上挑角度控制在1°～3°之间, 并随时检查角度值和钻进方向[3-4]。

4.2.3安设管棚

(1) 孔钻好后及时安设管棚钢管, 避免出现坍孔。

(2) 钢管采用人工配合挖掘机顶入。

(3) 钢管逐节顶入, 采用丝扣连接, 保证钢管间的连接强度。

(4) 及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实, 在钢管外露端焊上法兰盘, 并检查焊接强度和密实度。

4.3 管棚注浆

4.3.1施工工艺

管棚注浆施工工艺流程如下图所示。

（新建铁路玉溪之磨憨线西双版纳隧道施工图）

4.3.2施工程序及方法

(1) 注浆前先检查管路和机械状况, 确认正常后做压浆试验, 确定合理的注浆参数, 据以施工。

(2) 注浆采用水泥浆, 水泥浆必须拌制均匀。

(3) 注浆过程中随时检查孔口、邻孔、河沟、覆盖较薄部位有无串浆现象, 如发现串浆, 立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口, 也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵, 直至不再串浆时再继续注浆。

(4)当水泥浆压力突然升高时, 可能发生堵管,应停机检查;待泵压正常时, 再进行注浆;

(5) 注浆压力达到0.5~2.0M Pa, 并持续稳定2 m in以上, 可停止注浆, 并及时封堵注浆口。

4.3.3注浆效果检查

(1) 注浆终孔压力达到0.5~2.0M Pa, 并持续稳定2 m in以上M Pa,视为该注浆孔已满足要求。（铁路工程施工质量验收标准应用指南）

(2) 注浆完毕用铁锤敲击钢管, 如响声清脆, 说明浆液未充满钢管, 需采取补注或重注; 如响声低哑, 则说明浆液已填满钢管。

(3) 开挖后及时观察岩壁面, 钢管周围20 cm范围岩隙应被基本充填密实, 并作好记录。

5 浅埋段开挖

该段洞身开挖采用双侧壁导坑开挖法, I20a钢架支护配合大管棚。详见下图。开挖按1~8号导坑顺序开挖，每个开挖段错开2~3m距离。

《铁路隧道软弱围岩台阶法快速施工管理手册》

6 效果评价

为了保证施工安全以及检查大管棚的实施效果,本隧道实施监控量测。 对该段做了净空收敛量测、锚杆受力监测、地表位移量测共3 个项目。从量测情况来看收敛增长较缓, 均满足设计要求。充分说明了大管棚预注浆超前支护对防止围岩恶化, 控制隧道变形作用是显著的[5]。

7 总结及体会

利用大管棚作为穿越偏压段的超前支护, 其成功之处在于: 通过注浆将松散的土体固结起来, 利用大管棚支护围岩, 注浆体与管棚连成一个整体受力, 在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体, 有效地阻止了松散体出现坍塌。超前预支护技术在武调隧道进口的成功应用, 是新奥法与其他辅助施工方法的完美结合, 特别是监控量测工作的开展, 通过对隧道结构定性定量的分析, 起到预测和反馈的作用, 为施工提供了重要的安全信息。

[1]新建铁路玉溪之磨憨线西双版纳隧道施工图[S].成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2018.

[2]薛吉岗.铁路工程施工质量验收标准应用指南[M].北京：铁路工程出版社，2004.

[3]王东杰.公路隧道施工[M].北京：中国电力出版社出版，2002.

[4]关宝树 .矿山法隧道关键技术[M].北京：人民交通出版社股份，2016.

[5]中国国家铁路集团有限公司工程管理中心.铁路隧道软弱围岩台阶法快速施工管理手册[M].北京：中国铁道出版社,2020.

游顺达（1980.10- ），男，汉，籍贯：漳州东山，职称：工程师，学历：本科，单位：创泰建设工程有限公司，研究方向：隧道工程。

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1007-6344（2021）04-0179-03