中乌兰隧道管幕法施工方案

中乌兰隧道管幕法施工方案

摘要：中乌兰隧道采用管幕法作为加固边墙界壕的施工支护体系，永久结构采用现浇钢筋混凝土曲拱直墙加底板型封闭结构。预支护采用顺界壕两侧的门形钢筋混凝土支撑梁支撑钢管帷幕，钢筋混凝土支撑梁以及大管径钢管（D=600mm）的采用有效地控制了结构变形，比普通隧道超前支护有效地控制了地表沉降。

关键词：隧道管幕法施工方案

1、工程概况

中乌兰隧道位于内蒙古赤峰市林西县新林镇中乌兰村西侧约1km，隧道所处区域地貌单元为低山，地势起伏较大，自然山坡坡度约5～10°，坡面生长杂草，植被覆盖度约80% 。隧道在DK424+447～DK424+462处下穿金代边墙界壕遗址，遗址与隧道斜交，进口端斜交角度约71°，出口端斜交角度约66°，遗址宽10～15米，距隧道洞顶约4米，属于浅埋隧道。

2、施工方案

金代边墙界壕俗称“成吉思汗边墙”，也称金长城，遗址属于全国重点文物保护单位。为最大限度地减少对遗址的扰动和破坏，中乌兰隧道决定采用大刚度的预支护体系保护下进行暗挖施工，经综合研究和比选，考虑采用工法成熟的管幕法作为加固边墙界壕的施工支护体系，永久结构采用现浇钢筋混凝土曲拱直墙加底板型封闭结构。隧道净高采用7.80m，净宽9.92m。

预支护采用顺界壕两侧的门形钢筋混凝土支撑梁支撑钢管帷幕，钢筋混凝土支撑梁以及大管径钢管（D=600mm）的采用有效地控制了结构变形，降低了界壕基础的影响。采用强预支护，可比普通隧道超前支护有效地控制了地表沉降。

3、施工步骤

3.1在距界壕两侧约4m 处沿垂直线路方向施作挖孔桩，挖孔桩桩径1.2m，每侧5 根，从两侧向中间桩间距分别是6.5米和5.6米，两侧挖孔桩桩长为15米，中间3根挖孔桩桩长均为20米。挖孔桩采用20cm 厚钢筋混凝土护壁，每次开挖深度1m，挖孔桩采用C30混凝土灌注。

挖孔桩完成后浇筑桩顶支撑梁，在洞口两侧形成五柱支撑的门形支撑结构。支撑梁施工需开挖基坑，绑扎钢筋，浇筑C35混凝土，临近界壕侧边坡采用网喷混凝土，以保证边坡稳定。

3.2 在桩顶支撑梁上部采用钻机水平定向钻孔进行导向孔施工，导向孔直径300mm，钻进施工时，在钻头内部安装无线探棒，通过导向接收仪及机台显示屏观测钻头的深度、左右偏差、倾角和工具角(导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面)，根据监测钻头在钻进过程中的位置和方向与设计轨迹的差异，利用可调节方向的钻头（楔型钻头）来改变钻头的钻进方向。打设角度如偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大，受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹是平直的，所以导向钻头是上下纠偏的关键。

3.3导向孔完成后，在管幕钢管（D=600mm，壁厚tw=14mm）前面加一个直径不大于600mm的扩孔钻头，然后采用边扩边拉，将中部第一根管幕钢管拉入。

利用钻进设备，将管幕钢管自中部向两侧依次钻入，钢管上表皮距自然地面以下100cm。管幕钢管钻进完成后，两端封堵，一侧设灌注孔，一侧设排气孔，钢管内灌注C35 混凝土（掺入微膨胀剂）。采用D600mm 管幕钢管并灌注混凝土，有效有效地提高了支护体系的刚度，控制土体的变形。

3.4两侧挖孔桩和支撑梁间距为20米，从界壕东侧向西划分为5个施工区，其中I区长度为3.5米，II、III、IV区长度均为4米，V区长度为

4.5米。

3.5开挖Ⅰ区土体，掌子面锚喷C25混凝土，以保持边坡稳定，开挖边坡前端顶部用素混凝土垫块（宽30cm，高60cm，长60cm）支撑钢管，以保证地基承载力要求。组装隧道台车，浇注第一段主体刚构，主体结构纵向钢筋预留锚固长度。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填，以保证刚构与钢管之间密贴。

3.6 开挖Ⅱ区土体，掌子面锚喷混凝土,以保持边坡稳定，开挖边坡前端顶部用素混凝土垫块支撑钢管，以保证地基承载力要求。对第一段刚构端面凿毛，浇注第二段主体刚构，主体结构纵向钢筋预留锚固长度。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填，以保证刚构与钢管之间密贴。

3.7 开挖Ⅲ区土体，掌子面锚喷混凝土,以保持边坡稳定，开挖边坡前端顶部用素混凝土垫块支撑钢管，以保证地基承载力要求。对第二段刚构端面凿毛，浇注第三段主体刚构，主体结构纵向钢筋预留锚固长度。刚构与钢管之间注浆，以保证刚构与钢管之间密贴。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填，以保证刚构与钢管之间密贴。

3.8 开挖Ⅳ区土体，掌子面锚喷混凝土,以保持边坡稳定。对第三段刚构端面凿毛，浇注第三段主体刚构，主体结构纵向钢筋预留锚固长度。刚构与钢管之间注浆，以保证刚构与钢管之间密贴。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填，以保证刚构与钢管之间密贴。

3.9 全部开挖Ⅴ区土体，对第四段刚构端面凿毛，浇注其余主体刚构。

刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填。

3.10 拆除路基面以上的门形支撑结构，表面修复到和原有环境一致，恢复原状地貌。

4、施工监测

为有效地控制界壕的变形，施工期间对结构与周围环境进行监测。

界壕沉降量：沿界壕顶面两侧每隔5m 设观测点，30m 范围，观测界壕沉降量。

地面沉降量：界壕两侧根部每隔5m 设观测点，30m 范围。

钢管偏差量：钢管钻进期间进行高低左右偏差监测。

5、施工要点

5.1钢管水平钻进过程，根据监测钻头在钻进过程中的位置和方向与设计轨迹的差异，随时调整钻进角度，终孔偏差可以控制在10cm以内，能够达到设计要求。第一根钢管定位置关重要，钻进速度要控制得当，保证其偏差符合要求。

5.2钢管就位后如与混凝土冠梁不密贴，采用铁楔块打入，使其密贴。

5.3 顶部管幕完成后，开挖土体后，浇注刚构等各项工序必须跟进，不得有较长时间的停工。

6、结论

采用管幕法施工中乌兰隧道，减少了对金代边墙界壕遗址的扰动，有效控制了地表变形，实现了保护文物的目的，取得了良好的社会效益。