洞内超前管棚出洞施工技术

【摘 要】本文以黑苴隧道出洞施工方案的设计与实施为例，从洞内管棚施工、开挖、支护、监控量测等方面详细介绍了隧道进出口在受到地形地质条件限制的时候采用大管棚出洞的施工技术。

【关键字】超前管棚；出洞；施工技术

1.工程概况

黑苴隧道位于改建铁路成昆线广通至昆明段扩能改造工程 DK945+650～DK971+150段，DK955+817～DK955+837为Ⅴ级围岩，上覆第四系全新统滑坡堆积体（Q4del）粉质黏土、块石土；坡洪积层（Q4dl+pl）粉质黏土、卵石土层，坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土；下伏基岩为白垩系上统江底河组（K2j）泥岩夹砂岩、泥灰岩。

由于出口地形限制，机械材料无路可入，因此拟采用由进口施作大管棚后采用三台阶法出洞，必要时设临时仰拱，同时紧跟仰拱和二次衬砌。当仰拱施工至下台阶、二衬施工至距仰拱不大于20m时，洞内再行上台阶开挖。上台阶出洞后进行洞口边仰坡刷坡，施工套拱，并及时施作临时仰拱，形成一个稳定的洞口支护体系，再反过来从洞内向洞外施工中下台阶，贯通隧道。

2.施工步骤

⑴当进口开挖至DK955+812时，停止掌子面开挖，整修好开挖面，并为管棚施工做好准备（中导台阶需预留6m左右）。网喷封闭掌子面及各台阶，挂设25×25cmφ8钢筋网，喷射C25混凝土10cm。

⑵由洞内施作φ89大管棚。

⑶施工仰拱至下台阶，施工二衬至仰拱距离不大于20m。

⑷完成上述作业工序后，由进口三台阶开挖及支护。

⑸上台阶贯通后，及时施作套拱及临时仰拱，并进行出口边仰坡刷坡及防护。

⑹根据围岩监控量测情况，从洞内向洞外施工中下台阶，贯通隧道。

3.主要施工方法

3.1洞内大管棚施工

DK955+817～+837段大管棚采用Φ89mm钢管，管棚长20m，每环36根，环向间距40cm，管棚外插角1～3度。待掘进至里程DK955+805.92时，初期支护钢架按管棚角度逐步抬高，当施工至管棚里程DK955+812时钢架比正常断面钢架抬高32cm，从而形成管棚工作室，之后在钢架下方施作超前大管棚，详见图1。

①机具。针对出口段以软岩为主，超前大管棚采用XY-2管棚钻机钻孔，在钻杆钻进过程，通过压力水将碴土自动旋出。采用TBW50/15型灰浆搅拌机拌制水泥浆，采用HBZ60-200压浆机压浆。

②施工方法。隧道开挖至管棚设计里程后，按设计要求间距、位置准确布置大管棚。按钢管设计角度对钻机进行定位、钻孔。成孔后将事先加工好带有注浆眼的钢管插入孔内，钢管节与节用丝扣联接，钢管终端密封。导管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距20cm，呈梅花形布置，尾部预留不小于100cm的不钻孔的止浆段。按上述步骤将其余管棚施钻安插完毕后，用8mm厚钢板做止浆封，并预留排气孔。将水泥浆从钢管口压入，浆液通过钢管注浆眼压入孔壁的缝隙内，水泥浆从排气孔挤出，结束压浆。注浆压力一般为1.0～2.0MPa。

3.2开挖

结合设计围岩地质状况，加之有大管棚的保护，拟定采用三台阶七步流水预留核心土开挖方法出洞。同时，在施工中根据围岩稳定情况，及时增设临时仰拱。

三台阶七步流水作业法开挖，即先采用超前大管棚（必要时增加超前小导管）护顶，将隧道断面分为上中下三个台阶分步开挖，仰拱紧跟下台阶并及时闭合成环。

三台阶七步流水作业法施工的主要工序如下：施工工序见图2。

㈠上导施工。拱顶在超前支护的保护下，采用机械或控制爆破开挖图中的①部，开挖后立即初喷4cm厚砼，封闭作业面，然后架立钢架，安装钢筋网片及连接钢筋，钻设径向系统锚杆和锁脚锚管并将钢架和锁脚锚管焊接牢固后复喷混凝土至设计厚度，形成较稳定的承载拱。

㈡中、下导施工。在上导承载拱作用下，进行中下导施工。中、下导按以下方式开挖：首先开挖图中的②部，然后再开挖图中的③部，使同一台阶左右工作面错开一定的距离（一般控制在2榀钢架间距），严禁同一台阶侧墙对挖，使拱架悬空。最后再开挖图中的④部。

下导的开挖同中导的施工相同。

3.3初期支护

初期支护严格按设计要求施作，并考虑到出洞施工的特殊性，施工过程中将依据围岩稳定状况予以适当加强。初步拟定在洞口段剩余20m时，锁脚锚管在每榀钢架节点处由原设计2根增加至6根，确保初支稳定不下沉。

3.4出口套拱施工及边、仰坡开挖

上台阶出洞后，根据设计边、仰坡开挖边线进行测量放样，然后人工配合挖掘机分层自上而下开挖边仰坡，随挖随支。当开挖高度达到套拱高度时及时进行洞口套拱施工，并依据围岩监控量测结果及时施作临时仰拱，使洞口形成一个稳定的支护体系。

开挖边、仰坡时，人工用坡度尺控制好坡比。临时边坡采用锚网喷防护，喷砼厚10cm，φ22砂浆锚杆长4.0m，间距1m梅花型布置，φ8钢筋网25×25cm设置。

3.5监控量测

根据洞口段地质条件较差以及出洞施工的特殊性，为了真实反映监测结果，从而合理指导施工，确保安全，施工中成立专业监测小组来进行监控量测及信息反馈。在取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，及时向总工程师及监理工程师汇报，并提供相关切实、可靠的数据和记录，保证量测数据的真实可靠及连续性。

4.小结

从出洞方案的精心设计和实施，克服了地形障碍和洞口围岩级别低的实际困难，加之对开挖、支护、监控量测、施工管理和管棚施工步骤的细化和认真实施，保证了工期和施工安全，取得了较良好的经济效益，同时积累了经验，为后续相关工程的施工提供技术支持。