长管棚超前支护在公路隧道支护施工中的作用

摘 要：本文以广梧高速公路石牙山隧道长管棚施工为实例，详细地介绍了长大管棚在高速公路隧道口预支护施工中的施工方法，充分探讨了管棚超前预支护技术作为隧道开挖的辅助工法,能够有效地解决隧道在穿越浅埋大偏压、软弱破碎围岩、泥流地下水活动较强等特殊困难地段的隧道开挖问题。本人结合工程实践，通过自身掌握经验和知识，特整理形成本文，以供业内同行共同参考借鉴。

关健词：管棚 公路隧道 预支护 施工要求

1、前言

随着我国公路建设的发展，将会面临越来越多的公路隧道项目。公路隧道具有跨度大，结构受力复杂，施工难度大等特点。尤其是是高速公路隧道经常会遇到浅埋松散软弱层及破碎围岩带等不良地质段，由于其围岩自稳能力差，加之施工对围岩的破坏扰动，极易造成塌方事故。此类特殊地质一般出现在隧道洞口或隧道浅埋段。能否确保安全、可靠、顺利、及早的进洞施工，是前期隧道施工的关键所在。石牙山隧道采用的开挖辅助支护措施是“超前长管棚+注浆”。

超前长管棚支护能有效的加固围岩，起到良好的支护效果。该工法已广泛应用于高速公路隧道施工当中,并发挥了重要作用,国内多个工程实例已表明其可靠性，证明了管棚超前支护结合开挖方式能够很好地抑制地表沉降和拱顶下沉,满足工程设计要求。

广梧高速公路石牙山隧道出口端左、右线洞口采用108mm×6mm长大管棚，长度分别为24m、30m，其施工技术要求高、难度大，具有一定典型性。因此，本文以该隧道施工为实例介绍了长管棚施工基本过程及采取的施工技术措施，并对长管棚超前支护技术进行了简单的探讨。

2、工程概况

石牙山隧道为特长隧道，设计为分离式双洞四车道，洞内设计时速为80km/h，左线里程LK53+366.16～LK57+922.07，长4555.91m；右线里程RK53+344.16～RK57+950.61，长4606.45m。左、右线相距40m。隧道建筑限界净高5m，洞内路面宽度7.5m，两侧设路缘带。隧道地处低山丘陵区，丘陵属粤桂边界的云雾山脉部分，丘陵脊线明显，脊线大部分为北东～南西方向。进出洞口坡度较陡，隧道穿越区地面相对高差392m。隧道地质情况复杂多变，施工段围岩受地质构造影响程度较大，节理发育，岩石破碎，隧道围岩稳定性差。隧道区水文条件较复杂，地下水丰富，对隧道施工形成重大影响。

3、长管棚的设计

针对隧道进、出口端特殊不良地质段,进洞前先采用“长大管棚+注浆”进行超前预支护，具体设计如下：

①管棚设计长度:隧道出口端左、右洞长度分别为24m、30m。

②环向间距40cm，仰角1~20，保证适当的上抬量，防止钢管侵入断面。

③钢管规格：ф108mm×6mm，节长3.5m，热扎无缝钢管，抗屈服力大于200MPa。

④注浆材料：选用425#普通硅酸盐水泥+水玻璃双液注浆。

⑤注浆参数：水泥浆与水玻璃体积比：1：0.5；水泥浆水灰比：1：1；

水玻璃浓度： 35波美度, 水玻璃模数：2.6；

注浆压力：初压0.5~1.0Mpa，终压1.5~2.0Mpa。

注浆结束后应及时向管内充填M30水泥砂浆，提高其抗屈服力。

4、长大管棚的施工

4.1 洞口开挖及坡面防护

首先开挖洞口，将洞口边坡、仰坡要一次刷坡到位。开挖后及时进行坡面防护，按设计要求施作系统锚杆，挂网喷砼。洞顶截水沟要提前施工，尤其正面仰坡喷浆封闭必须封闭密实,达到设计要求厚度。洞口开挖处要预留核心土，以便长大管棚施工。

4.2 套拱制作

长大管棚施工前应做好套拱，本隧道采用在C20喷射混凝土套拱内埋设3榀钢格栅拱架，利用套拱上预留孔作为长管棚钻孔的导向孔。预留孔中预埋Φ130mm，厚4mm，长1m的孔口管，套拱制作先要用全站仪定位，做好孔口导向管角度、方位与设计准确无误。

4.3 搭设施工平台

洞口土石方开挖进行完毕，成洞面及核心土（用以辅助成洞面稳定）形成后，安排施作长管棚。施工平台结构使用贝雷架及钢管支架搭设，其上覆盖夹板，形成稳定的作业平台。为使钻孔定位准确，防止钻孔钻进时不均匀下沉、摆动、位移。设置三榀格栅钢架，以固定管棚导向管。

4.4 钻孔

钻孔是长管棚施工的关键环节，能否保证钻孔精度、孔壁光滑以及不坍塌、不掉块都直接关系到管棚的支护效果。因此，施钻前须认真分析可能影响钻孔质量的各种因素。

成孔前先对孔位进行编号，对钻机的位置、钻杆倾角及方位角进行认真校对，保证钻具轴线与导向管轴线一致。施工次序为先钻单号孔再钻双号孔，防止串孔、漏风。为便于安装钢管，钻孔直径应比管棚设计直径大20～30mm，本工程采用两台QZJ―B100型潜孔钻机，该型钻机为全液压双动力头，以风动冲击 + 电动液压回旋法钻进。

钻孔过程中应在开孔后2m处、孔深1/2处及终孔处用测斜仪检测偏斜情况，也可以根据钻进中的某些参数和钻孔反馈信息判断钻孔是否偏斜。如发现误差超限应随即进行纠编，至终孔仍超限者应封孔重钻。

4.5安装管棚钢管

钢管在顶进前要钻好注浆孔，钢管注浆孔采用Z4132钻床成孔，孔径为φ10mm，钻孔前先用墨斗线按四等分管周长定出沿钢管长度方向钻孔线，再进行钻孔，同直线上的孔间距为30cm，相邻孔间距为15cm，呈梅花型布置，钢管靠孔口段、即尾部2m不钻孔，作为止浆段，头部20cm削尖处理。

每条管棚成孔后利用钻机将钢花管旋转插入孔中，做好孔口封闭，并及时进行注浆施工。钢管接头采用丝扣连接,丝扣长15cm，为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3m长钢管，编号为偶数的第一节采用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管。管棚钻孔达到设计长度后，用高压风清孔，退出钻杆，把接好的钢管一边旋转一边顶入。顶入过程中要进行经常性的弯曲测定，如发现钢管出现过大弯曲时，要停止钢管顶入，并进行再次清孔，直到钢管安装完成。

4.6 钢管注浆

注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防漏浆，清理干净钢管内积杂物，然后再注浆，注浆顺序由下向上。如地下水较大，为堵水需要则采用双液注浆，注浆时将两种不同的浆液分放在两个容器内，使用双液注浆泵按配合比分别吸入两种浆液在混合器混合后注入浆管。

注浆结束标准：注浆终压达到设计值，注浆量达到设计浆量90%以上，或注浆压力未达到设计值、注浆量已达到设计标准，或注浆压力达到终压80%时出现较大的跑浆，经间歇注浆后，可结束单孔注浆。

5、施工中遇到的问题及采取的措施

由于地质条件原因，在钻孔过程中各孔均出现不同程度的漏风，无渣排出现象，容易引起卡钻并导致钢管下不到位。此时应采取慢进慢出多次窜动，每钻进10cm即退出20cm，同时以高压风不断吹动，然后缓慢钻进，每钻进一条钻杆则退出两三条，待正常排渣后，再加钻杆钻入。

结束语：

石牙山隧道已于二O一O年建成通车，洞口管棚施工非常顺利，取得了均取得良好的效果，为今后在风化剥蚀等不良地质情况下进行管棚施工积累了施工经验，具有一定的借鉴意义。并在以后的工程应用中注意以下几个问题：

（1）钻孔：钻孔是管棚施工的关键工序，首先要将钻机稳固在钢管脚手架上，其次是在钻进过程中要慢进慢出，多次窜动。钻孔完成后还需高压风清孔。

（2）顶管：顶管是施工的重要工序，顶管时要缓慢推进，边由钻机回旋转进，边同时由前动力头加压推入。

（3）注浆：注浆是控制施工质量的关键工序，先低压后高压，要按设计的终灌压力及注浆量进行停浆控制。

参考文献：

1. 复杂地质条件下的超大断面公路隧道的设计与施工 《筑路机械与施工机械化》2007年09期