大管棚超前支護(hù)技術(shù)在隧道穿越古滑坡堆積層施工中的應(yīng)用

 大管棚超前支護(hù)技術(shù)在隧道穿越古滑坡堆積層施工中的應(yīng)用

　　摘要：本文介紹了大管棚超前支護(hù)技術(shù)及其設(shè)計參數(shù)與適用范圍，并以平定高速公路的控制性工程崆峒隧道西口段的施工為例，探討大管棚超前支護(hù)技術(shù)在隧道穿越古滑坡堆積層施工中的工程實踐，同時通過對監(jiān)控測量結(jié)果的分析，判定大管棚超前支護(hù)技術(shù)在隧道穿越古滑坡堆積層施工中的可行性及其效果。

　　關(guān)鍵詞：崆峒隧道；大管棚；超前支護(hù)；古滑坡堆積層；監(jiān)控量測

　　前言

　　隨著我國公路、鐵路建設(shè)的高速發(fā)展，隧道工程的日益增多，如何解決隧道進(jìn)洞，保障施工安全，防范隧道進(jìn)洞風(fēng)險，對大管棚施工技術(shù)的進(jìn)洞應(yīng)用進(jìn)行深入研究是十分必要的，本文主要對大管棚技術(shù)穿越古滑坡堆積體段的應(yīng)用及注意事項進(jìn)行總結(jié)分析。

　　一、 大管棚超前支護(hù)技術(shù)適用范圍

　　大管棚超前支護(hù)技術(shù)：指利用鋼拱架與沿開挖輪廓線，以較小的外插角，向開挖面前方打入鋼管或鋼插板構(gòu)成的棚架，對開挖面前方圍巖進(jìn)行超前支護(hù)的一種開挖面輔助穩(wěn)定措施，其布置形式如圖1所示。

　　適用范圍：管棚因采用鋼管或鋼板作縱向支撐，又采用鋼拱架作環(huán)向支撐，其整體剛度加大，對圍巖變形的限制能力較強(qiáng)，且能提前承受圍巖壓力。故其主要適用于圍巖壓力來得快，對圍巖變形及地表下沉有較嚴(yán)格限制要求的軟弱破碎圍巖隧道工程中。對于破碎地層、塌方體、巖堆、偏壓等地段，輔以灌漿效果更好。對于有流塑狀巖體或巖溶、嚴(yán)重流泥、富水等地段，則可利用鋼管注漿堵水和加固圍巖。[1]

　　二、 崆峒隧道工程概況

　　崆峒隧道是甘肅省平?jīng)觯�羅漢洞）至定西高速公路穿越六盤山的一座越嶺隧道。該隧道分左、右兩線，左線全長為2891m，最大埋深336.904m；右線全長為2927m，最大埋深353.982m。隧道地處六盤山低山區(qū)，受六盤山褶皺山體東、西界斷裂的影響，隧道區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動痕跡較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性復(fù)雜，并有多條斷層通過。

　　隧道西口110m屬于淺埋區(qū)，圍巖級別為Ⅴ級。該段位于古滑坡區(qū)內(nèi)，主要為崩積、滑坡堆積形成的塊石、碎石及粘土，結(jié)構(gòu)松散。

　　三、 大管棚超前支護(hù)技術(shù)的適用性分析

　　崆峒隧道西口段，由于地下水的長期沖刷，塊石之間的泥巖、粘土被水流帶走，造成塊石之間存在空洞、裂隙，相互之間粘結(jié)力變小，使塊石堆積體有可能局部失穩(wěn)（坍塌）和整體失穩(wěn)（邊坡滑移、開裂）。其圍巖主要為崩積、滑坡堆積形成的塊石、碎石及粘土等松散結(jié)構(gòu)體，軟弱破碎，隧道開挖將會改變滑坡體目前的應(yīng)力平衡狀態(tài)和地下水條件，可能導(dǎo)致古滑坡復(fù)活，結(jié)合以上大管棚超前支護(hù)技術(shù)的適用范圍的闡述，故決定對LK132+480-LK132+520，K132+491.5-K132+531.5西口洞口段采用￠108大管棚超前支護(hù)進(jìn)洞。

　　采用大管棚超前支護(hù)有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：[2]

　　1、大管棚注漿能有效地阻止古滑坡堆積層滑移，防止坡口仰坡面失穩(wěn)，并對松散巖體起固結(jié)作用。

　　2、大管棚內(nèi)加入鋼筋籠并注漿后，管棚支護(hù)具有剛度大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠加大一次支護(hù)的長度，減少超前支護(hù)的次數(shù)，縮短工作時間，早日進(jìn)洞。

　　3、采用大管棚超前支護(hù)可依據(jù)實際情況，局部穿插超前小導(dǎo)管或超前錨桿

　　支護(hù)，施工靈活方便，隨時應(yīng)對地質(zhì)條件的變化。

　　四、 施工方法

　　1、施工方法

　　Φ108大管棚施工前應(yīng)先施工混凝土套拱作為導(dǎo)向墻,套拱施工程序:清理地基-加工及安裝套拱鋼筋－預(yù)埋導(dǎo)向鋼管-架設(shè)套拱模板-澆注套拱混凝土。套拱施工長度2.2m，厚80cm，導(dǎo)向鋼管2.2m，導(dǎo)向鋼管應(yīng)與Φ16固定鋼筋焊接牢固，嚴(yán)格按照放樣的位置及仰角布置，套拱鋼筋在加工房加工成品，在現(xiàn)場用縱向連接筋焊接成型。套拱支架采用20b工字鋼，模板為100×30cm鋼模板，堵頭模板采用木模板。套拱采用人工澆注，澆注時應(yīng)防止導(dǎo)向鋼管變形。管棚套拱如圖3所示。

　　混凝土澆注完成待強(qiáng)度達(dá)到70%后進(jìn)行管棚的施工。Φ108大管棚設(shè)置于較長距離為地質(zhì)較差的洞口淺埋地段，采用4m、6m的Φ108×6mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40cm，絲扣連接，縱向長40m。鋼管設(shè)置于襯砌拱部，管心與襯砌設(shè)計外輪廓線間距大于30cm，平行路面中心布置，仰角1°（不包括路線縱坡）。要求鋼管偏離設(shè)計位置的誤差不大于50mm，沿隧道縱向同一橫斷面內(nèi)接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。管棚布置斷面如圖3所示，管棚導(dǎo)管橫斷面如圖4所示。

　　Φ108大管棚的施工采用XY-28-300電動水平鉆機(jī)鉆眼、頂進(jìn)。其施工程序及工藝為：檢查開挖斷面的中線、高程和開挖輪廓；符合要求后支立套拱支架模板、綁扎鋼筋；將Φ133×4.5mm孔口管嚴(yán)格按管棚間距布置，焊接在套拱主筋上；灌注套拱砼；套拱強(qiáng)度達(dá)70%后，在孔口管內(nèi)打孔，孔徑比Φ108×6mm鋼花管大20～30mm。首先打有孔鋼花管，鋼管孔采用梅花型布置，孔中心間距10cm，孔徑10mm。注漿后再打無孔鋼管，無孔鋼管作為檢查管，檢查注漿質(zhì)量。管棚導(dǎo)管大樣如圖5所示。

　　鋼花管接頭采用絲扣連接，連接長度15cm。編號為奇數(shù)的第一節(jié)管采用4m長鋼管，編號偶數(shù)的第一節(jié)管用6m長鋼管，以后每節(jié)均采用6m長鋼管。鋼花管內(nèi)注入C20水泥砂漿，漿液擴(kuò)散半徑不小于0.5m，分段注漿。封堵塞有進(jìn)料孔和出氣孔，在出氣孔流漿后，才停止注漿，注漿壓力為初壓0.5-1Mpa，終壓2Mpa。管棚注漿施工工藝可流程及平面布置如圖6所示。

　　3、施工中應(yīng)注意的事項

　�。�1）、鉆孔時當(dāng)出現(xiàn)卡鉆、塌孔等情況，應(yīng)注漿后再鉆。如坍孔嚴(yán)重時，可加水泥漿或化學(xué)漿液護(hù)壁繼續(xù)進(jìn)行；如不能成孔時，可將鉆頭直接焊接在鋼管前段鉆進(jìn)。也可直接將管棚鋼管鉆入，但開孔時應(yīng)低速低壓，成孔后可加壓到1.0~1.5MPa。鉆孔速度應(yīng)保持勻速，特別是鉆頭遇到夾泥夾沙層時，控制鉆進(jìn)速度，避免發(fā)生夾鉆現(xiàn)象。

　�。�2）、注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、河溝、覆蓋較薄部位有無串漿現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)串漿，應(yīng)立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵漿口，也可用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續(xù)注漿。

　�。�3）、單液注水泥漿壓力突然升高，可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機(jī)檢查；雙液注水泥與水玻璃漿如壓力突然升高，則關(guān)停水玻璃泵或注清水，待泵壓正常時，在進(jìn)行雙液注漿；水泥漿單液和水泥與水玻璃雙液注漿進(jìn)漿量很大，壓力長時間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短膠凝時間，進(jìn)行小量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對停留時間，以便凝結(jié)，但停留時間不能超過混合漿的膠凝時間，才能避免產(chǎn)生注漿不飽滿。

　�。�4）、注漿方式有前進(jìn)式、后退式及全孔一次式等，可根據(jù)涌水量大小及注漿孔的深度選用。當(dāng)鉆孔遇有較大涌水時，應(yīng)暫停鉆孔，待再壓裝后，重復(fù)鉆孔、注漿，這種注漿方式稱為前進(jìn)式注漿。當(dāng)鉆孔中涌水量較小時，則鉆孔可直鉆到設(shè)計深度，然后從孔底向孔口進(jìn)行分段注漿，這種注漿方式稱為后退式注漿。當(dāng)鉆孔直到孔底，然后一次注漿完畢，這種方式稱為全孔一次注漿。一般在軟弱地層中多采用分段前進(jìn)式注漿。

　　（5）、注漿結(jié)束后應(yīng)及時對注漿效果進(jìn)行檢查，通常采用分析法、檢查孔法、聲波監(jiān)測法三種方法來對注漿效果進(jìn)行鑒定，如注漿未能達(dá)到設(shè)計要求時，應(yīng)補(bǔ)充孔再注漿。

　　綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場實測監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，古滑坡堆積層幾乎沒有位移，圍巖變形量小，量測數(shù)據(jù)在設(shè)計規(guī)范要求范圍以內(nèi)，表明大管棚與工字鋼拱架形成的環(huán)向支撐體能夠有效地阻止古滑坡堆積層的滑移與坍塌，通過注漿將古滑坡堆積層中的松散結(jié)構(gòu)固結(jié)了起來，提高了圍巖自身的承載能力，成功進(jìn)洞，為順利的穿越崆峒隧道西口110m的淺埋區(qū)打下了堅實的基礎(chǔ)。

　　崆峒隧道西口的工程實踐再次證明，大管棚超前支護(hù)技術(shù)在軟弱破碎圍巖隧道的施工中，尤其是洞口段的施工中，具有廣泛的應(yīng)用價值和推廣意義�！　�

　　參考文獻(xiàn)

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　　[4]周永興、何兆益、皺毅松.路橋施工計算手冊.人民交通出版社，2001