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摘要：超前管棚支護(hù)是隧洞施工中穿越軟弱巖和破碎圍巖的一種有效的加固技術(shù)。本文主要結(jié)合某工程實(shí)例，論述了超前管棚支護(hù)施工原理、管棚設(shè)計(jì)以及施工控制要點(diǎn)，希望能夠?yàn)橥惞こ探梃b和參考。

關(guān)鍵詞：隧洞；超前；管棚支護(hù)；鉆孔；注漿

1工程概況

某隧洞埋深為6~9m，揭露圍巖為泥加石，隧洞多處滲水，為含水地層，隧洞開挖施工過程中洞內(nèi)多次垮塌，地表連續(xù)塌陷嚴(yán)重，洞室極不穩(wěn)定，影響民房及道路安全；對(duì)此建議對(duì)該段特殊地段隧洞加強(qiáng)超前支護(hù)措施，從而形成復(fù)合穩(wěn)定的固結(jié)體，使周圍地層的力學(xué)性質(zhì)得到改變，穩(wěn)定性能得到加強(qiáng)，可以防止土層坍塌和地表下沉，且確保工程順利進(jìn)行和施工及周邊環(huán)境安全。結(jié)合以往隧洞施工經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)超前支護(hù)措施采用超前支護(hù)體系能夠有效地限制地面沉降，并全面地保持自然地層在穩(wěn)定狀態(tài)下開挖隧洞；超前支護(hù)體系管棚超前支護(hù)施工技術(shù)，管棚超前支護(hù)技術(shù)加固地層、穩(wěn)定拱頂及掌子面，對(duì)抑制地面沉降有非常重要的作用。

2管棚超前支護(hù)施工原理

管棚超前支護(hù)技術(shù)指的是將一組鋼管沿著開挖輪廓已經(jīng)鉆好的孔中打入地層中，并與鋼拱架組合形成強(qiáng)大的棚架預(yù)支護(hù)加固體系，對(duì)來自于管棚上部的荷載進(jìn)行支撐和承受，通過鋼管的梅花形布置的注漿孔加壓向地層中注漿，起到對(duì)軟弱破碎的地層進(jìn)行加固，進(jìn)而對(duì)地層的自穩(wěn)能力進(jìn)行提高。管棚超前支護(hù)技術(shù)適合用于掌子面不能自穩(wěn)、含水的地層，控制地具有較好的防滲止水的效果。管棚超前支護(hù)施工原理如下：（1）梁拱效應(yīng)：先行施設(shè)的管棚，將掌子面和后方支撐作為支點(diǎn)，從而形成一個(gè)梁式結(jié)構(gòu)，兩者能夠形成環(huán)繞隧洞輪廓的殼狀結(jié)構(gòu)，能夠?qū)鷰r松動(dòng)和垮塌進(jìn)行有效的抑制。（2）加固效應(yīng)：注漿漿液經(jīng)過管壁孔壓入到圍巖孔隙中，能夠使得原本松散的巖土固結(jié)，進(jìn)而對(duì)軟弱圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改善，對(duì)圍巖的自承能力進(jìn)行增強(qiáng)，起到對(duì)鋼管周邊軟弱圍巖進(jìn)行加固的目的。（3）環(huán)槽效應(yīng)：掌子面爆破產(chǎn)生的爆炸沖擊波傳播和爆生氣體擴(kuò)展遇管棚密集環(huán)形孔槽后被反射、吸收或繞射，大大降低了反向拉伸波所造成的圍巖破壞程度及擾動(dòng)范圍。

3管棚超前支護(hù)的設(shè)計(jì)

3.1管徑的選擇

大管棚管徑介于準(zhǔn)89~準(zhǔn)159mm，工程中多用準(zhǔn)108mm的鋼管，環(huán)向間距以不大于3~5倍管徑為宜。管棚鋼管的選擇根據(jù)計(jì)算結(jié)果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素分析，如果松軟土層支護(hù)要求比較高，應(yīng)當(dāng)選擇準(zhǔn)127mm鋼管，對(duì)于土體凝聚力比較高的粘性土，可以選擇準(zhǔn)89mm鋼管，通常情況下會(huì)選擇，本工程結(jié)合實(shí)際情況最終確定一般土層選擇準(zhǔn)108mm鋼管。

3.2管棚鋼管環(huán)向間距的確定

針對(duì)不同情況合理設(shè)計(jì)，鋼支撐布置間距根據(jù)塌方體的松散與開挖難易程度及施工效果，可在40~80cm范圍內(nèi)調(diào)整選擇，特殊情況下需加密，本段確定為40cm間距。根據(jù)對(duì)實(shí)際的地質(zhì)條件、工程斷面尺寸、埋深等影響因素的對(duì)比分析，大管棚管徑準(zhǔn)108mm，管長不超過40m為宜，本次設(shè)置為10m一循環(huán)，單節(jié)鋼管長1.5m，以絲扣連接，絲扣長150mm；環(huán)向間距一般不大于3~5倍管徑為宜，本段設(shè)置為35m，特殊情況下需加密。

3.3管棚布置形式

采用門形布置，隧洞除底部外，布置成半圓、側(cè)壁的門形。用于隧洞基礎(chǔ)是穩(wěn)定的，斷面內(nèi)地層及上部地層不穩(wěn)定的場(chǎng)合，如圖1。

4超前管棚支護(hù)施工要點(diǎn)

4.1總體施工工藝

首先施作套拱混凝土，用套拱作為長管棚的導(dǎo)向墻，套拱在明洞外廓線以外施作，套拱內(nèi)埋設(shè)4榀I20b工字型鋼支撐，拱架間用準(zhǔn)22鋼筋連接，連接鋼筋環(huán)向間距1.0m；鋼支撐與管棚導(dǎo)向鋼管焊成整體。導(dǎo)向鋼管采用準(zhǔn)150×4鋼管，施工中嚴(yán)格控制導(dǎo)向鋼管安設(shè)的平面位置、傾角、外插角的準(zhǔn)確度值。施工前用全站儀在工字鋼架上定出其平面位置；用水準(zhǔn)尺配合坡度板設(shè)定導(dǎo)向鋼管的傾角；用前后差距法設(shè)定孔口管的外插角。確保導(dǎo)向鋼管牢固焊接在工字鋼上，防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生位移。隧道洞口長管棚均采用準(zhǔn)108、壁厚6mm無縫鋼管，以公母絲扣連接，施工中分段安裝，同一斷面接頭不大于50％，相臨接頭距離大于1m，其仰角為1~3°。鋼管環(huán)向間距為50cm。利用管棚鉆機(jī)鉆孔，注漿孔采用干鉆法成孔，利用高壓水將孔內(nèi)余碴清洗干凈，以防塞管時(shí)卡管；鋼管連接采用準(zhǔn)102，15cm長內(nèi)絲聯(lián)接?？紤]到冬季施工，在明洞開挖及防護(hù)完畢后在明暗交界處搭建保溫棚，保證管棚注漿質(zhì)量。長管棚預(yù)注漿采用水泥漿（30MPa），注漿壓力為0.5～1.0MPa，水泥漿水灰比1：1，水泥標(biāo)號(hào)為425。用注漿泵將漿液壓入孔內(nèi)，通過鋼管壁注漿孔來加固地層并緊密填充管棚，增強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度。注漿過程采用雙指標(biāo)控制即注漿量和注漿壓力。必須同時(shí)滿足注漿總量達(dá)到鉆孔體積的1.5倍，注漿壓力達(dá)到1.0MPa時(shí)才符合要求。

4.2施工控制要點(diǎn)

4.2.1鉆孔

鉆孔之前用全站儀準(zhǔn)確定方向和角度，鉆孔過程中經(jīng)常進(jìn)行校核檢查。鉆孔順序?yàn)橛筛呖孜幌虻涂孜婚g隔進(jìn)行，鉆孔深度24m，一次鉆到位。鉆孔采用直徑準(zhǔn)130mm鉆頭，孔深大于管長0.5m以上。鉆機(jī)開孔時(shí)鉆速宜低，鉆深100cm后轉(zhuǎn)入正常鉆速。若出現(xiàn)卡鉆或塌孔時(shí)，應(yīng)拔出重鉆或更換鉆頭。必要時(shí)可采取先注漿后補(bǔ)鉆的方法。鉆進(jìn)過程中要注意鉆桿的方向和角度，防止相鄰孔位發(fā)生對(duì)穿現(xiàn)象。同時(shí)在鉆進(jìn)過程中要注意圍巖地質(zhì)的變化，并適時(shí)記錄，為以后的洞身開挖提供第一手資料。鉆孔達(dá)到要求深度后，按照同樣方法拆卸鉆桿，鉆機(jī)退回準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)孔的鉆進(jìn)。鑒于洞口地質(zhì)破碎，應(yīng)每鉆一個(gè)孔即安裝一根管棚鋼管，并進(jìn)行注漿，防止塌孔。

4.2.2安裝管棚

奇數(shù)鋼管每節(jié)長為6m，管棚長度24m，接長3次；偶數(shù)鋼管兩個(gè)端頭每節(jié)長為3m，管棚長度24m，中間接長3次6m鋼管即可。管棚接長時(shí)先將第一節(jié)鋼管頂入鉆好的孔內(nèi)，再逐根聯(lián)接。第一根鋼管前端要焊接成錐狀，以防止管頭頂彎或劈裂。當(dāng)?shù)谝桓摴芡七M(jìn)孔內(nèi)，孔外剩余30～40cm時(shí)，人工裝上第二節(jié)鋼管。人工持鏈鉗進(jìn)行鋼管聯(lián)結(jié)，使兩節(jié)鋼管聯(lián)成一體。根據(jù)管棚的設(shè)計(jì)長度，按同樣方法繼續(xù)接長鋼管。

4.2.3注漿

管棚注漿是管棚施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，注漿效果的優(yōu)劣同樣影響著整個(gè)管棚體系的施工質(zhì)量。因此，注漿要根據(jù)地質(zhì)情況選用合適的漿液、壓力和合理的流量，在注漿過程中壓力小則注不進(jìn)，壓力過大則會(huì)造成地面外鼓、崩裂，在淺埋地段對(duì)地面建筑物造成影響。注漿前平整注漿所需場(chǎng)地，檢查機(jī)具設(shè)備，并準(zhǔn)備注漿材料。注漿材料嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室提供的配料單進(jìn)行，且準(zhǔn)備要足夠充分。注漿要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室提供的配合比進(jìn)行，且注漿前必須向監(jiān)理工程師報(bào)檢。注漿初壓力為0.5～1.0MPa。灌漿采用純壓式單孔灌漿法，全孔一次性灌漿，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值灌漿壓力為0.5～3.0MPa，壓力表安裝在孔口處進(jìn)漿管上；漿液水灰比按1、0.8、0.6三個(gè)比級(jí)進(jìn)行。灌漿泵為揚(yáng)程YC系列雙液注漿泵。注漿時(shí)，一般采用先低壓、中流量注入，注漿過程壓力逐漸升高，注漿流量逐漸減少；當(dāng)壓力升至終壓時(shí)，繼續(xù)壓注5min，再結(jié)束注漿。注漿結(jié)束后，利用止?jié){塞保持孔內(nèi)壓力，直至漿液完全凝固。漿液的濃度、膠凝時(shí)間符合設(shè)計(jì)要求，不得隨意變更。

5結(jié)語

超前管棚支護(hù)技術(shù)具有足夠的可靠性，對(duì)于各類特殊以及困難地段具有較好的適用性，能夠?qū)鷰r變形進(jìn)行阻止和變形，并能夠提前對(duì)早期圍巖壓力進(jìn)行承受。在實(shí)際工程應(yīng)用中，要結(jié)合實(shí)際情況合理的設(shè)計(jì)管棚，并采取合理的施工方案，做好施工工藝控制，進(jìn)而確保超前支護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)

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作者:董三明 單位:中國水利水電第四工程局有限公司