長管棚超前支護(hù)在公路隧道支護(hù)施工中的作用

1、前言
　　隨著我國公路建設(shè)的發(fā)展，將會面臨越來越多的公路隧道項(xiàng)目。公路隧道具有跨度大，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，施工難度大等特點(diǎn)。尤其是是高速公路隧道經(jīng)常會遇到淺埋松散軟弱層及破碎圍巖帶等不良地質(zhì)段，由于其圍巖自穩(wěn)能力差，加之施工對圍巖的破壞擾動，極易造成塌方事故。此類特殊地質(zhì)一般出現(xiàn)在隧道洞口或隧道淺埋段。能否確保安全、可靠、順利、及早的進(jìn)洞施工，是前期隧道施工的關(guān)鍵所在。石牙山隧道采用的開挖輔助支護(hù)措施是“超前長管棚+注漿”。
　　超前長管棚支護(hù)能有效的加固圍巖，起到良好的支護(hù)效果。該工法已廣泛應(yīng)用于高速公路隧道施工當(dāng)中,并發(fā)揮了重要作用,國內(nèi)多個工程實(shí)例已表明其可靠性，證明了管棚超前支護(hù)結(jié)合開挖方式能夠很好地抑制地表沉降和拱頂下沉,滿足工程設(shè)計要求。
　　廣梧高速公路石牙山隧道出口端左、右線洞口采用108mm×6mm長大管棚，長度分別為24m、30m，其施工技術(shù)要求高、難度大，具有一定典型性。因此，本文以該隧道施工為實(shí)例介紹了長管棚施工基本過程及采取的施工技術(shù)措施，并對長管棚超前支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了簡單的探討。
　　2、工程概況
　　石牙山隧道為特長隧道，設(shè)計為分離式雙洞四車道，洞內(nèi)設(shè)計時速為80km/h，左線里程LK53+366.16～LK57+922.07，長4555.91m；右線里程RK53+344.16～RK57+950.61，長4606.45m。左、右線相距40m。隧道建筑限界凈高5m，洞內(nèi)路面寬度7.5m，兩側(cè)設(shè)路緣帶。隧道地處低山丘陵區(qū)，丘陵屬粵桂邊界的云霧山脈部分，丘陵脊線明顯，脊線大部分為北東～南西方向。進(jìn)出洞口坡度較陡，隧道穿越區(qū)地面相對高差392m。隧道地質(zhì)情況復(fù)雜多變，施工段圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響程度較大，節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，隧道圍巖穩(wěn)定性差。隧道區(qū)水文條件較復(fù)雜，地下水豐富，對隧道施工形成重大影響。
　　3、長管棚的設(shè)計
　　針對隧道進(jìn)、出口端特殊不良地質(zhì)段,進(jìn)洞前先采用“長大管棚+注漿”進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，具體設(shè)計如下：
　?、俟芘镌O(shè)計長度:隧道出口端左、右洞長度分別為24m、30m。
　?、诃h(huán)向間距40cm，仰角1~20，保證適當(dāng)?shù)纳咸Я浚乐逛摴芮秩霐嗝妗?
　?、垆摴芤?guī)格：ф108mm×6mm，節(jié)長3.5m，熱扎無縫鋼管，抗屈服力大于200MPa。
　?、茏{材料：選用425#普通硅酸鹽水泥+水玻璃雙液注漿。
　?、葑{參數(shù)：水泥漿與水玻璃體積比：1：0.5；水泥漿水灰比：1：1；
　　水玻璃濃度： 35波美度, 水玻璃模數(shù)：2.6；
　　注漿壓力：初壓0.5~1.0Mpa，終壓1.5~2.0Mpa。
　　注漿結(jié)束后應(yīng)及時向管內(nèi)充填M30水泥砂漿，提高其抗屈服力。
　　4、長大管棚的施工
　　4.1 洞口開挖及坡面防護(hù)
　　首先開挖洞口，將洞口邊坡、仰坡要一次刷坡到位。開挖后及時進(jìn)行坡面防護(hù)，按設(shè)計要求施作系統(tǒng)錨桿，掛網(wǎng)噴砼。洞頂截水溝要提前施工，尤其正面仰坡噴漿封閉必須封閉密實(shí),達(dá)到設(shè)計要求厚度。洞口開挖處要預(yù)留核心土，以便長大管棚施工。
　　4.2 套拱制作
　　長大管棚施工前應(yīng)做好套拱，本隧道采用在C20噴射混凝土套拱內(nèi)埋設(shè)3榀鋼格柵拱架，利用套拱上預(yù)留孔作為長管棚鉆孔的導(dǎo)向孔。預(yù)留孔中預(yù)埋Φ130mm，厚4mm，長1m的孔口管，套拱制作先要用全站儀定位，做好孔口導(dǎo)向管角度、方位與設(shè)計準(zhǔn)確無誤。
　　4.3 搭設(shè)施工平臺
　　洞口土石方開挖進(jìn)行完畢，成洞面及核心土（用以輔助成洞面穩(wěn)定）形成后，安排施作長管棚。施工平臺結(jié)構(gòu)使用貝雷架及鋼管支架搭設(shè)，其上覆蓋夾板，形成穩(wěn)定的作業(yè)平臺。為使鉆孔定位準(zhǔn)確，防止鉆孔鉆進(jìn)時不均勻下沉、擺動、位移。設(shè)置三榀格柵鋼架，以固定管棚導(dǎo)向管。
　　4.4 鉆孔
　　鉆孔是長管棚施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能否保證鉆孔精度、孔壁光滑以及不坍塌、不掉塊都直接關(guān)系到管棚的支護(hù)效果。因此，施鉆前須認(rèn)真分析可能影響鉆孔質(zhì)量的各種因素。
　　成孔前先對孔位進(jìn)行編號，對鉆機(jī)的位置、鉆桿傾角及方位角進(jìn)行認(rèn)真校對，保證鉆具軸線與導(dǎo)向管軸線一致。施工次序?yàn)橄茹@單號孔再鉆雙號孔，防止串孔、漏風(fēng)。為便于安裝鋼管，鉆孔直徑應(yīng)比管棚設(shè)計直徑大20～30mm，本工程采用兩臺QZJ―B100型潛孔鉆機(jī)，該型鉆機(jī)為全液壓雙動力頭，以風(fēng)動沖擊 + 電動液壓回旋法鉆進(jìn)。
　　鉆孔過程中應(yīng)在開孔后2m處、孔深1/2處及終孔處用測斜儀檢測偏斜情況，也可以根據(jù)鉆進(jìn)中的某些參數(shù)和鉆孔反饋信息判斷鉆孔是否偏斜。如發(fā)現(xiàn)誤差超限應(yīng)隨即進(jìn)行糾編，至終孔仍超限者應(yīng)封孔重鉆。
　　4.5安裝管棚鋼管
　　鋼管在頂進(jìn)前要鉆好注漿孔，鋼管注漿孔采用Z4132鉆床成孔，孔徑為φ10mm，鉆孔前先用墨斗線按四等分管周長定出沿鋼管長度方向鉆孔線，再進(jìn)行鉆孔，同直線上的孔間距為30cm，相鄰孔間距為15cm，呈梅花型布置，鋼管靠孔口段、即尾部2m不鉆孔，作為止?jié){段，頭部20cm削尖處理。
　　每條管棚成孔后利用鉆機(jī)將鋼花管旋轉(zhuǎn)插入孔中，做好孔口封閉，并及時進(jìn)行注漿施工。鋼管接頭采用絲扣連接,絲扣長15cm，為使鋼管接頭錯開，編號為奇數(shù)的第一節(jié)管采用3m長鋼管，編號為偶數(shù)的第一節(jié)采用6m長鋼管，以后每節(jié)均采用6m長鋼管。管棚鉆孔達(dá)到設(shè)計長度后，用高壓風(fēng)清孔，退出鉆桿，把接好的鋼管一邊旋轉(zhuǎn)一邊頂入。頂入過程中要進(jìn)行經(jīng)常性的彎曲測定，如發(fā)現(xiàn)鋼管出現(xiàn)過大彎曲時，要停止鋼管頂入，并進(jìn)行再次清孔，直到鋼管安裝完成。
　　4.6 鋼管注漿
　　注漿前先噴混凝土封閉掌子面以防漏漿，清理干凈鋼管內(nèi)積雜物，然后再注漿，注漿順序由下向上。如地下水較大，為堵水需要則采用雙液注漿，注漿時將兩種不同的漿液分放在兩個容器內(nèi)，使用雙液注漿泵按配合比分別吸入兩種漿液在混合器混合后注入漿管。
　　注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿終壓達(dá)到設(shè)計值，注漿量達(dá)到設(shè)計漿量90%以上，或注漿壓力未達(dá)到設(shè)計值、注漿量已達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，或注漿壓力達(dá)到終壓80%時出現(xiàn)較大的跑漿，經(jīng)間歇注漿后，可結(jié)束單孔注漿。
　　5、施工中遇到的問題及采取的措施
　　由于地質(zhì)條件原因，在鉆孔過程中各孔均出現(xiàn)不同程度的漏風(fēng)，無渣排出現(xiàn)象，容易引起卡鉆并導(dǎo)致鋼管下不到位。此時應(yīng)采取慢進(jìn)慢出多次竄動，每鉆進(jìn)10cm即退出20cm，同時以高壓風(fēng)不斷吹動，然后緩慢鉆進(jìn)，每鉆進(jìn)一條鉆桿則退出兩三條，待正常排渣后，再加鉆桿鉆入。
　　石牙山隧道已于二O一O年建成通車，洞口管棚施工非常順利，取得了均取得良好的效果，為今后在風(fēng)化剝蝕等不良地質(zhì)情況下進(jìn)行管棚施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)，具有一定的借鑒意義。并在以后的工程應(yīng)用中注意以下幾個問題：
　?。?）鉆孔：鉆孔是管棚施工的關(guān)鍵工序，首先要將鉆機(jī)穩(wěn)固在鋼管腳手架上，其次是在鉆進(jìn)過程中要慢進(jìn)慢出，多次竄動。鉆孔完成后還需高壓風(fēng)清孔。
　　（2）頂管：頂管是施工的重要工序，頂管時要緩慢推進(jìn)，邊由鉆機(jī)回旋轉(zhuǎn)進(jìn)，邊同時由前動力頭加壓推入。
　?。?）注漿：注漿是控制施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，先低壓后高壓，要按設(shè)計的終灌壓力及注漿量進(jìn)行停漿控制。