大管棚超前支護(hù)技術(shù)在北溪引水大人廟隧洞洞口淺埋段施工中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：隧洞；大管棚超前支護(hù)；施工；效果評(píng)價(jià)。
一、工程簡(jiǎn)介
本工程為福建省九龍江北溪引水左干渠改造二期工程下穿鐵路隧洞工程，新挖兩條平行引水隧洞與原一期箱涵工程銜接，單洞洞長(zhǎng)6.8公里，洞寬4.2米，洞高3.8米，隧洞供水設(shè)計(jì)流量16.0m3/s。新挖輸水隧洞沿線有兩處穿越鷹廈鐵路，有一處穿越擬建廈深鐵路線。
二、沿線地形地貌及不良地質(zhì)現(xiàn)象
大人廟段洞身位于全風(fēng)化巖石或殘積砂質(zhì)粘性土中，全風(fēng)化巖石或殘積砂質(zhì)粘性土局部含有孤石。隧洞位于地下水位以下，全風(fēng)化巖石或殘積砂質(zhì)粘性土在飽水狀態(tài)下易軟化，應(yīng)采取相應(yīng)的排、疏水措施。本段圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)，需采用地表錨桿、地表注漿等預(yù)防加固措施，洞口段采用超前大管棚支護(hù)。大人廟下穿鐵路段地下水類型以第四系土層中的孔隙水，基巖風(fēng)化裂隙水為主，富水性較弱。受大氣降水補(bǔ)給，埋深較大，地下水無(wú)侵蝕。
三、大管棚超前支護(hù)設(shè)計(jì)
1、設(shè)計(jì)方案參數(shù)：
（1）鋼管規(guī)格：管棚長(zhǎng)10m，用每節(jié)長(zhǎng)4～6m的熱軋無(wú)縫鋼管（Φ108mm壁厚6mm）以絲扣連接而成，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過(guò)總鋼管數(shù)的50%。鋼花管內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，鋼筋籠主筋4Φ22，采用Φ42鋼環(huán)（壁厚3.5mm）作固定環(huán)，固定環(huán)節(jié)長(zhǎng)5cm，與鋼筋籠主筋焊接，如下圖所示。
�。�2）鋼管編號(hào)單雙號(hào)，雙號(hào)者采用鋼管，施工時(shí)限打設(shè)鋼管注漿，然后打設(shè)鋼花管，以便檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。
（3）傾角：外插角≯12º，具體可根據(jù)實(shí)際情況作調(diào)整。
�。�4）管距：環(huán)向間距中至中40cm。
�。�5）鋼管施工誤差：徑向不大于20cm，相鄰鋼管間環(huán)向間距不大于10cm。
�。�6）鋼管上鉆孔注漿，孔徑10∽16mm間距15×15cm呈梅花型布置。尾部不鉆孔的止?jié){段150cm。
2、管棚注漿采用水泥漿液，只講參數(shù)如下：
�。�1）水泥漿液水灰比：1：1（重量比）。
�。�2）注漿壓力：0.5∽2Mpa.
注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得管棚注漿施工經(jīng)驗(yàn)。注漿結(jié)束后用M7.5水泥砂漿填充鋼管，以增強(qiáng)管棚強(qiáng)度。
3、單根鋼管的注漿量按下式計(jì)算：Q=πRLη。
式中R為漿液擴(kuò)散半徑，取R=0.6r，r為注漿鋼管中至中的距離，L為鋼管長(zhǎng)，η為圍巖空隙率，各種地層條件下圍巖空隙率參考值：粘土40%，全風(fēng)化12%，弱風(fēng)化5%。
4、施工注意事項(xiàng)
�。�1）管棚為超前預(yù)支護(hù)，應(yīng)在隧洞開(kāi)挖前完成。
�。�2）管棚需按設(shè)計(jì)位置施工，注意運(yùn)用測(cè)斜儀進(jìn)行鉆孔偏斜度測(cè)量，嚴(yán)格控制管棚打設(shè)方向，并作好每個(gè)鉆孔地質(zhì)記錄。
�。�3）為保證管棚支護(hù)效果，盡量減小滾碰的外插角，可在型鋼鋼架腹板開(kāi)孔以穿管棚。
（4）管棚施工時(shí)，應(yīng)對(duì)鋼管主要材料進(jìn)行材質(zhì)檢驗(yàn)。
�。�5）選用鉆機(jī)首先應(yīng)適合鉆孔深度及孔徑要求，鉆機(jī)要求平穩(wěn)靈活，能在水平方向360º范圍內(nèi)鉆孔，施鉆時(shí)應(yīng)有導(dǎo)向架。
�。�6）施工期間應(yīng)遵守施工技術(shù)安全規(guī)則和鉆眼注漿作業(yè)操作規(guī)則。
（7）管棚施工地段，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)控制測(cè)量，以保證施工安全。
四、大管棚的施工及相關(guān)的技術(shù)要求
大管棚簡(jiǎn)要的施工工藝流程如圖：
1施工前的準(zhǔn)備工作
(1)疏排水源
疏導(dǎo)洞身附近的水源，建立枝狀排水系統(tǒng)，使地表水盡快順暢地排出洞口不穩(wěn)定范圍。
(2)導(dǎo)向墻施作
導(dǎo)向墻對(duì)于控制鋼管的鉆孔方向至關(guān)重要,同時(shí)也可兼作止?jié){墻。導(dǎo)向墻采用C20混凝土，截面尺寸為100×100cm,為保證長(zhǎng)管棚的施工精度，導(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)Ⅰ16的工字鋼架,鋼架外沿設(shè)Φ140mm壁厚5mm的導(dǎo)向鋼管,鋼管與鋼架焊接。
(3)鋼花管制作
鋼花管按照設(shè)計(jì)要求制作，管頭加工成錐形以便送入，為確保接頭質(zhì)量，以長(zhǎng)15cm的絲扣連接，或在端頭連接處采用一根長(zhǎng)1.0m的Φ100鋼管，伸入Φ108鋼管中40cm，在端部用電焊將管之間焊縫焊滿，剩余60cm用作送入前一根鋼管的尾部，并用電焊焊滿，起連接和導(dǎo)向的作用。為防止?jié){液倒流，每根管棚尾部均焊接有止?jié){板，止?jié){板采用2cm厚鋼板制作，中間鉆有Φ20帶羅紋的眼，以備注漿時(shí)用。
2管棚的施作
(1)測(cè)量放樣及鉆機(jī)定位
測(cè)量放樣出隧洞設(shè)計(jì)輪廓線并按40cm的間距標(biāo)出管棚的位置。將鉆機(jī)移動(dòng)并定位至標(biāo)定位置。
(2)鉆孔
使用頂驅(qū)液動(dòng)錘按設(shè)計(jì)角度，把套管與鉆桿同時(shí)同步?jīng)_擊回轉(zhuǎn)鉆入巖土層內(nèi)至設(shè)計(jì)角度。套管與鉆具同時(shí)跟進(jìn)，產(chǎn)生護(hù)孔功能，避免內(nèi)鉆桿在提出孔后產(chǎn)生塌孔或涌水事故，提供臨時(shí)護(hù)孔，方便往孔內(nèi)插管注漿。鉆孔要求精度高，終孔位置準(zhǔn)確，各開(kāi)孔的孔眼與終孔的孔眼落在同一周界面上，避免產(chǎn)生較大的偏差和變形。同時(shí)要確保鉆孔的同軸度，以避免管棚送入時(shí)受卡。
(3)清孔
鉆孔完結(jié)后，先把套管內(nèi)孔注水清洗潔凈后，才把鉆桿取出。套管仍保留在孔內(nèi)供護(hù)孔作用。
(4)頂進(jìn)鋼管棚
按設(shè)計(jì)要求把加工好的鋼花管頂入套管內(nèi)，接頭采用15cm長(zhǎng)的厚壁管箍，上滿絲扣；并把鋼管輕輕打入巖土地內(nèi)，固定鋼管不易滑出孔口。鋼管插進(jìn)完畢后，取出套管。套管取出時(shí)，冒落的巖土?xí)诳變?nèi)壓緊鋼管。鋼管口與孔口四周用水泥漿密封。
(5)再次清孔并插入鋼筋籠
再次清孔并將鋼筋籠插入鋼花管內(nèi)，使之與鋼花管成為一體。
3注漿的技術(shù)要求
�。�1）注漿時(shí)一般總是先注無(wú)水孔，后注有水孔。在無(wú)水地段可從拱腳起順序注漿。注漿速度根據(jù)注漿孔出水量大小而定，一般從快到慢。注漿結(jié)束時(shí)將閘閥關(guān)閉，卸下進(jìn)漿管，進(jìn)入下一循環(huán)。
�。�2）注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)：①注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上；②進(jìn)漿量一般為20～30L/min。注漿結(jié)束后用M7.5水泥砂漿充填管棚鋼管，增強(qiáng)鋼管的強(qiáng)度和剛度。
�。�3）注漿過(guò)程中隨時(shí)檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無(wú)串漿現(xiàn)象，如發(fā)生串漿，應(yīng)立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直至不再串漿時(shí)再繼續(xù)注漿。注漿過(guò)程中壓力如突然升高，可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機(jī)檢查。
(4)北溪引水大人廟隧洞洞口注漿孔數(shù)共100孔(左洞50孔,右洞50孔),平均注漿壓力1.5Mpa。
五、效果評(píng)價(jià)
對(duì)洞口注漿加固區(qū)進(jìn)行鉆芯取樣，漿液的填充情況基本良好。對(duì)洞口段的收斂變形、拱頂下沉、邊坡位移、拱圈位移、接觸壓力、錨桿受力、鋼拱架及鋼筋應(yīng)力等方面進(jìn)行了全面的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的斷面基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。
六、結(jié)語(yǔ)
工程實(shí)踐證明，大管棚施工方法在福建省九龍江北溪引水大人廟隧洞洞口開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)用是成功的。大管棚工法有梁效應(yīng)和固結(jié)效應(yīng)，既能阻止松散土體的坍塌又能有效控制沉降，為隧道洞身的安全、順利進(jìn)洞創(chuàng)造了條件。
參考文獻(xiàn)：
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