中铁十四局集团隧道分公司   王传俭

内容提要：隧道施工中，在隧道进出口一定距离的范围内，往往存在着埋深较浅、覆盖层较薄，顶板岩体多为软弱围岩，在进出洞时容易冒顶或塌方。为增加了施工安全度，提高隧道的长期稳定性，在设计和施工中，多采用管棚进行超前支护。

关键词：长大管棚；施工技术；参数确定；机具选择；质量控制；

 1 工程概况

    松阳项目部施工的青蒙隧道设计为分离式单向行车双车道高速公路隧道，隧道起讫里程为K85+383~K85+700，总长317m。全隧道按新奥法设计和施工。隧道位于低山岭区，最大埋深约60米，进洞口浅埋段最薄覆盖层为4.52 m，K85+383~K85+395设计为明洞,在K85+395~K85+435段40 m范围内,顶板为残坡积层，洪坡积含粘土碎石及因节理裂隙发育而失去凝聚力的岩体.局部含砂砾岩散体结构，围岩不稳定，易塌。设计采用40 m长大管棚对洞口段进行超前支护。沿隧道衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管，并且在插入钢管后，再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙，使管棚与围岩固结紧密，以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构。

2 施工工艺

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图一所示。

2.2 管棚参数

(1)钢管布设在圆心角为138°14’10”的隧道拱部；（如图二所示）

(2)钢管环向间距为40 cm；（如图二所示）

(3)管心与衬砌设计外廓线间距为40 cm；（如图二所示）

图二

(4)倾角：平行于路线纵坡；方向：平行于路线中线。

(5)钢管施工误差：径向不大于20 cm；

(6)管棚长度为40 m，热轧无缝钢管Φ 108 mm，壁厚6 mm，节长4.5m 、9m；（如图三所示）

图三

(7)孔口管为无缝Φ 127mm钢管，壁厚6 mm，节长2 m。（如图四所示）

                                       图四

2.3工艺说明:

管棚施工主要工序有开挖支护明洞边坡、仰坡；施作套拱；搭钻孔平台、安装钻机；钻孔；清孔、验孔；安装管棚钢管；注浆。工序技术要求高，工艺复杂，现分别叙述如下。

2.3.1 明洞边坡仰坡开挖支护

(1)明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行，应尽量在旱季季施工。

(2)明洞开挖时可预留拱部核心部分，以备搭设钻机平台。

(3)边坡防护应与明洞开挖同步进行：及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。

(4)对边坡渗水要及时排、引到坡面外，加强对坡面的防护。

2.3.2 施作套拱

(2)本设计采用30号混凝土套拱作为长管棚的固定墙和导向墙，套拱长度为2m，在明洞外廓线以外，紧贴掌子面施作，套拱内埋设4榀14号工字钢支撑，钢支撑在安装时考虑纵向高差，以控制孔口管的角度。钢支撑与管棚孔口管焊成整体。

(3)孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管用φ16螺纹钢，双面焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。

2.3. 3搭钻孔平台安装钻机

(1)钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位。

(2)平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。

(3)钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。

(4)钻孔平台上方最好覆盖棚布，以备于雨天能够正常钻孔。

2.3.4 钻孔

(1)为了使管孔在安装钢管时有一定的富裕量，便于安装钢管，钻头直径采用大于管棚钢管直径（Φ108）的Φ115 mm钻头。

(2)岩质较好的可以一次成孔；钻进时如果产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。

(3)钻机开钻时，可低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。

(4)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事故。

(5)钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进。

(6)认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。

2.3.5 清孔验孔

(1)用地质潜孔钻配合钻头(Φ 115 mm)进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。

(2)用高压风从孔底向孔口清理钻渣。

(3)根据钻杆数量计算孔深，用经纬仪检测孔深，倾角，外插角。

2.3.6 安装管棚钢管

(1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣，丝扣长15cm.棚管四周钻Φ 8出浆孔，管头焊成圆锥形，便于入孔。

(2)棚管顶进时，为降低费用，可采用挖掘机加引导管棚钢管的临时引导架顶进。也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。

(3)接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1 m。

 (4)有孔钢花管管尾用略大于钢管直径的钢板焊密实，在钢板中间预留φ20或φ30圆孔，在圆孔内插入同直径的无缝钢管，电焊牢固，以备注浆用。

2.3.7 注浆

 (1)安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆后再施工无孔钢管，无孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。

(2)注浆参数：本注浆采用单液浆,水泥浆水灰比为0.8:1.

(3)注浆前应先进行注浆现场试验,浆液扩散半径不小于0.5m,注浆采用分段注浆.富水地段可采用水泥-水玻璃双液浆.以利于施工。

 (4)采用KBY50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0.5 MPa～1.0 MPa，终压2 MPa，持压15 min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。

(5)注浆结束后及时用锚固剂堵塞管口，防止漏浆，以保证管棚的刚度和强度。

3劳动力组织

管棚施工工序多，工种杂、技术性强、要求技术工人具有各方面操作能力，又能处理管棚施工中一般的故障，管棚施工的质量很大程度上取决于钻孔和注浆的质量。一台钻机三班作业劳力组织为：技术人员2人、钻机长2人、班长2人、修理工1人、电工1人、电焊工1人、钻工12人、合计21人。

4质量控制

(1)钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔进行编号。

(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°～1.5°，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 cm～30 cm。

(3)严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的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。

5结束语

5.1对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工工艺，提前发挥超前支护作用，增加了施工安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。

5.2在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。

5.3管棚钻孔可作为地质预探预报，地质资料可指导洞身开挖提供依据。

5.4管棚施工工艺的引用，使隧道施工技术又提升了一个新的台阶。

参考文献

《公路隧道设计规范》

《龙（游）丽（水）高速公路施工图设计》

《公路隧道施工技术规范》

技术总结、论文申报评审表