长大管棚施工技术在隧道洞口施工中应用

长大管棚施工技术在隧道洞口施工中的应用

摘要：本文介绍了双丰隧道进出口浅埋段采用长大管棚超前支护的施工工艺，并且介绍了长管棚的工作原理、参数确定、施工方法及质量控制要点等，对该项施工工艺进行了评价。通过对隧道洞口地表下沉、拱顶沉降等项目的监控量测数据来看，监测值均在允许范围内，该项施工技术适用于隧道洞口等各种特殊困难地段，是隧道新奥法施工的一项有效辅助施工工艺。

关键词：隧道进出口长大管棚施工工艺长大管棚施工技术在隧道洞口施工中的应用

中图分类号：u455.49 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2012）09（c）-0120-01

双丰隧道位于黑龙江省东宁县，穿越剥蚀丘陵区。隧道进口位于东宁县绥阳镇太岭工区四队范围内，线路跨东沟后进入隧道，出口位于绥阳镇双丰附近，隧道钱长7237m，为双线隧道；隧道内最大埋深约140m。隧道出口离301国道很近，交通便利用；隧道中部及斜井附近的农田区有土路自双丰村南侧盘延而至，亦可通至隧道进口，路况较差。隧区早期构造运动强烈，断裂构造发育，接触带岩体完整性差，受水流的剥蚀、搬运作用形成沟谷、河流、组成了现代地表水系。受地质构造活动影响，隧道区内沟壑纵横。设计文件中对双丰隧道的岩石分级如下：入口段和出口段均为ⅴ级围岩，洞身段为ⅱ级、ⅲ级、ⅳ级和ⅴ级围岩，整体隧道岩性较坏。该隧道ⅴ级、ⅳ级围岩共长3364m，占隧道全长46%。该隧道进出口覆盖

层最薄段仅有2m左右，洞口段地质为粉质粘土、细圆砾土、花岗闪长岩强风化层，含水、遇水后易软化，发生流失，工程地质差，容易发生坍塌冒顶。根据该隧道进出口围岩类别较差的特点，设计采用了40m长大管棚的洞口段超前支护方案。

1 长管棚工作原理

长大管棚支护是在隧道开挖外轮廓周边上，间隔一定的距离，沿洞轴方向以一定的外插角钻孔、安设钢管，然后进行管内注浆固结软弱围岩的一种预支护措施。通过注浆，钢管与围岩紧密固结，使隧道拱顶预先形成加固的保护环，加固的保护环可以承受拱部的地面荷载和岩层重量，在岩体开挖后架设拱型钢架支撑，支撑拱架相互连接，形成一个牢固的棚状支护结构。由于钢管和围岩形成了一个固结的整体，拱部形变变小，传递给支护钢架的上部荷载大大减小，从而保证了初期支护的安全。

2 管棚的施工工艺流程

套拱制作及导向管安装→安装钻机→钻孔→安装钢管→注浆

3 管棚设计参数

（1）钢管规格：热扎无缝钢管φ108mm，壁厚6mm，节长6m、3m。（2）管距：环向间距3根/m。（3）倾角：仰角1～3°。（4）钢管施工误差：径向不大于20cm。（5）两根相邻管棚的接缝应在垂直面上错开一定距离，全部管棚的接缝位置应交错布置。

4 注浆参数

（1）注浆浆液采用1：1的单液水泥浆，水泥为r42.5普通硅酸

盐水泥。（2）注浆压力：0.5～3mpa。（3）扩散半径：不小于0.2m。

5 管棚施工方法

5.1 套拱制作及导向管安装

套拱为长管棚的导向墙，内设两榀工字钢支撑。导向管按设计角度牢固的固定在两榀钢架上，钻孔前先喷射混凝土封闭掌子面，以免注浆时浆液漏出。导向管是控制成孔方向的主要手段，导向管采用φ140mm无缝钢管，壁厚5mm，导向管长度为2m。导向管用经纬仪和水准尺测定方向后精确牢固的焊接在型钢拱架上，使之成为一体。

5.2 安装钻机

用钢管和枕木搭建钻机平台，平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行。要求钻机平台搭建牢固，以利于安装固定钻机，防止钻机不均匀下沉、摆动、倾斜而影响钻孔质量，钻机距工作面不小于2m。安设钻机时要精确核定钻机位置，确保钻机钻杆轴线与导向管轴线相吻合。

5.3 钻孔

钻头直径采用φ127mm，开孔时，应轻压慢速钻进，待成孔一米后可根据现场地质情况逐渐调整钻速及风压，钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的问题，钻进时产生坍孔现象，需进行注浆后再钻。成孔后用地质岩芯钻杆配合钻头进行来回扫孔，用高压气从孔底向孔口清理钻碴，确保孔径、孔深符合设计要求。

5.4 安装钢管

钢管在安装前应在管身四周钻φ10mm注浆孔，管头切割后焊成圆锥形，便于入孔。利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管，每完一孔便顶进一根钢管。

5.5 注浆

注浆前先检查注浆管路和机械设备，确认正常后做压浆实验，以确定浆液配比及注浆压力等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径，现场通过试验确定。浆液配制时要注意加料顺序和速度，防止浆液结块。注浆时应由下至上的顺序施工，注浆过程中随时检查孔口、邻孔及覆盖层薄弱地段有无串浆现象，如发生串浆，应立即停注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。当注浆压力达到3mpa，并持压5min以上时，可停止注浆并及时封堵注浆口。对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况，若没有达到设计要求时，应进行补注或重注。

6 管棚施工的质量控制

（1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。（2）钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1～3°，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20～30cm。（3）严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻钢管不得相撞和立交。（4）经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。（5）掌握好开钻与

正常钻进的压力和速度，防止断杆。（6）在遇到松散的堆积层和破碎地质时，在钻进中可以考虑增加套管护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。

7 结语

（1）双丰隧道在洞口管棚施工时，对地表下沉、开裂、滑移状况、边仰坡稳定及隧道周边收敛和拱顶沉降等项目进行了监控量测，其监测值均在允许范围内。（2）经实践证明，超前管棚支护结构具有足够的可靠性，是隧道进出口软弱围岩地段初期支护的一个有效施工工艺。能够有效的防止地表下沉和围岩坍塌。（3）管棚与围岩通过注浆紧密刚性连接，使拱内部围岩承受的形变压力大大减小，从而创造理想的开挖条件。超前管棚预加固体系作为纵向支撑，型钢钢架作为横向和环向支撑，共同组成了一个联合支撑体系，刚度较大，能够阻止和限制围岩变形。（4）超前管棚支护施工不需要大型机具设备，工艺简单，操作方便，施工速度快，支护效果好，安全性高，且能够有效的阻止渗漏水，经济和社会效益显著。