公路隧道大管棚施工技术分析

摘 要：本文首先介绍了工程概况与现场地质情况，然后就隧道工程洞身施工，隧道工程边仰坡施工，以及Ⅳ级围岩与Ⅴ级围岩的施工方式对公路隧道大管棚的施工技术进行了一系列探讨与分析，以期为同类工程起参考与借鉴价值。

关键词：公路隧道；施工；技术；大管棚

前 言

公路隧道（Highway Tunnel），即是建设于地下，方便行人或供车辆通行的通道[1]。近年来，随着工程炸药的发展以及运输事业的进步，道路隧道规模逐年扩大，至如今，已成为我国最为常见的道路工程之一，并在促进我国经济发展中起着不可忽略的重要作用。管棚法是近年新兴的一种隧道掘进技术，通过预埋超前管棚来强化对侧壁与顶板的支撑作用，从而方便后续隧道开挖施工，是当前解决冒顶问题的最有效方法[2]。下面，本文将就如何在公路隧道中开展大管棚施工进行探讨。

1 工程概况与现场地质情况

本工程项目位于山区，地段狭窄且地形地貌复杂，局部基岩暴露，海线地层主要由亚粘土、下伏奥陶系灰岩以及第四系种植土组成，地表覆盖层为泥质灰岩。隧道地址属中心地貌，起止里程为K51+065～K51+375，自然坡度约为35°，海拔为1.428m，总长为315m。隧道里程总长305m，桩号K51+070～K51+375，其中K51+075～K51+125属V级围岩，且为沟槽，松散堆积物，地表与拱顶间距为5米，使用管棚支护及地表注浆；K51+125～K51+330属Ⅳ级围岩，K51+330～K51+375属V级围岩；此外，K51+365～K51+375，K51+065～K51075均属明洞。隧道内部以建筑限界净高6m，净宽10m，净断面为单心圆拱，R=4.82m；隧道出口加强段长度为12m，进口加强段长度为37m。施工设计以新奥法原理为依据实行开挖操作，初期支护主要为径向锚杆、喷浆、超前小导管及立架，二衬则为钢筋混凝土衬砌。

2 公路隧道大管棚施工方案

2.1 隧道工程洞身施工

隧道测量放线工作根据围岩等级及断面规格进行，放线结束后再行布孔、爆破及开挖作业，开挖期间严格将欠挖与超挖数目限制在指定范围内，如遇方石，则使用预裂爆破法将其爆破。在开挖初期支护期间，为避免出现任何收缩、变化或下沉现象，必须密切注意每项重复施工是否严格按照流程与规范进行，尤其是Ⅴ级、Ⅳ级围岩施工，，为防止埋下安全隐患，测量工作更是不可忽视。注意事项：钻爆主要采取预裂爆破法；技术重点在于起爆次序、钻孔角度、深度以及每个孔的填药量；钻孔布设以掏槽辅助、周边辅助、周边眼及掏槽孔为主；拱顶则以压顶层至周边孔、周边辅助孔为主。

实行预裂爆破时，最小抵抗线应以围岩点为依据，自周边眼及周边眼间距中择选出来，同时还应保证药量的合理性，将周边眼填药量严格限制在要求范围内，再以科学方式将药量分布于炮眼[3]；对于周边眼，则适于使用直径相对较小的低爆速炸药或药卷。此外，还可利用传达室爆线，使用具有较佳防水性能的乳化炸药，采用导爆管以毫秒微差按顺序起爆，从而实现空气间隔装药爆破。

2.2 隧道工程边仰坡施工

工程选用长度为5m的导管注浆挂网喷锚支护，直径为40mm。施工时，先对边仰坡截水沟进行作业，而后对边仰坡实施放线与开挖作业，自上而下开挖至高度约3.5m时，对小导管进行成孔操作，要求成孔数目、长度及注浆压力均依照设计标准实施，注浆结束后再行挂网，并喷射强度为C20的混凝土至厚度达15cm为止，施工完成后，重复上述步骤。

2.3 隧道工程Ⅳ级围岩施工

考虑隧道里程K51+125～K51+330段Ⅳ级围岩特性，开挖时，主要以弱爆破、短进尺及强支护跟进上半部，下半部则以留马口、拉中槽等方式跟进。开挖单边时以马口支护作为主要跟进方式，实行马口跳槽。因工程所处环境地质不佳，故开挖断面规格达标且出碴结束后，需马上实行初喷混凝土至10～20cm，同时，为抑制围岩因松垮而发生形状变化，应及时将岩面封闭，以保证围岩应力分布均匀。初喷混凝土前，首先将依附于围岩表面的杂物、松石等清除干净，而后以湿喷法进行喷射；喷射时，为降低回弹率，加大混凝土粘结度，应适量减少其中小灰骨比例，以避免混凝土因岩面凹凸不平而无法与其进行充分粘合。

2.4 隧道工程Ⅴ级围岩施工

首先进行上半部开挖操作，以弱爆破、短进尺及强支护跟进，下半部则以留马口、拉中槽方式跟进，开挖单边主要采取马口支护法跟进，行马口跳槽。对于暗洞浅埋段，以人风镐开挖上下导坑，当开挖过程中遇石方时，以小爆破破除。排险结束后，先行喷射厚度为25cm左右的混凝土，而后立即作第一榀格栅拱架，再次喷射混凝土，从而与之形成一体将洞封闭为面。应用超前大管棚、水泥砂浆及钢筋笼完成加强段注浆工作。

2.4.1 钻进施工

施工顺序由低孔起，以左右两旁朝向中间方向趋势实行平行施工作业，设备选用80型多功能液压钻机2台。钻孔时应确保导向管朝向与钻机摆设钻杆朝向相同，钻机与工作面间距不可短于2m，钻孔顶入长管棚钢管。开钻时，成孔未深入时应将压力与速度调至较低水平，待成孔深入数米后再随深度逐渐调高压力；钻进期间，应随时根据地质的变化而选取不同钻头，如合金管钻适于钻进一般土质或较软岩石，而冲击钻头则能够将坚硬岩石击碎；同时，钻孔应沿钻机位所定基线进行，并应时刻注意钻孔方向，以保证钻孔准确性。部分岩土可能对管壁形成较大阻力，影响钻进，为此可于前半段使用直径125毫米钻头，后半段选取直径110毫米钻头，如此即可将钢管顶入。此外，若钻进中因遇复杂地层而导致成孔失败，可实行预注浆加固钻入成孔法，或以加长岩芯管跟管钻进。

2.4.2 套拱施工

本工程管棚固定墙应用强度等级为C25混凝土套拱，于明洞轮廓线外施做，施做时保持与掌子面紧密贴合；将4榀I14型钢材所制成的钢拱架埋入套拱中担当横架，而后进行焊接，使横架与管棚钢管成为一体。支撑使用钢管搭架，初衬则利用喷射混凝土进行作业，根据施工设计要求完成孔口管与布筋的安装工作，确定孔口管、布筋的角度及位置无误后，再行套拱混凝土作业。钻进期间，为保证钻机立轴方向的准确性，应每隔一小段时间即使用测斜仪对钢管钻进偏斜度进行测量，一旦偏斜超过标准值则应立即对其进行调整纠正，以最大程度减少因人为操作不慎而导致的钻孔偏移。

在进行管棚施工作业时，先将钢花管开孔，然后利用套管机对其施打，注浆，再施打无孔钢管，无孔钢管可用于检测注浆质量及管质量是否达到标准要求。应用长度为16cm的丝扣将节长为5m、7m的钢管接头连接起来，连接时，应注意将相邻的钢管接头错开，且错开距离以不少于1米为宜；此外，隧道竖向同一横断面中的接头数不应超过50%。

2.4.3 扫 孔

扫孔目的是为清理孔内杂物及岩碴，从而使孔道通畅无阻。取岩芯管进行扫孔，芯管长度应不短于2.5m，同时直径以107mm为宜；若下管受阻，需结合高压空气吹洗重复数次扫孔工作，直至孔内再无岩碴杂物为止。

3 结 语

综合上述，在将水泥浆注入钢管内后，管棚强钢度得到明显加强，展现出较佳的支撑作用，但从整体施工过程来看，由于地质较为复杂，注浆量、压力控制及注浆终孔等作业难度较高，还需积累大量实践经验才可实现大管棚施工技术的完善与改进。

参考文献

[1]牟锐.下穿公路隧道大管棚施工地表沉降研究[J].现代隧道技术.2012（03）.

[2]鄢泽红.软岩富水条件下隧道高精度大管棚施工技术[J].中外建筑.2013（05）.

作者简介：陈向利（1975-），男，汉族，辽宁省沈阳市人，本科，工程师，研究方向为铁道工程技术施工，从事的工作中铁九局集团项目指挥长。