长大管棚在黄土隧道浅埋段的施工技术

摘 要：随着我国隧道浅埋施工的不断发展，其在施工过程中稳定性较差，由其是在黄土隧道浅埋段施工存在容易坍塌冒顶的安全隐患，为了确保隧道浅埋段的施工安全，该文结合兰合铁路黄家岭隧道浅埋段施工介绍长大管棚在黄土隧道浅埋段的施工技术。

关键词：管棚 黄土隧道 施工技术

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0059-02

1 工程概况

黄家岭隧道为兰州至合作铁路控制性工程，隧道全长5 881 m，位于黄土梁峁区，工程地质以砂质黄土和泥岩为主，最大埋深约403 m，最小埋深2 m，为单线Ⅰ级电气化铁路。其中DK53+943处为一深切“V”字型冲沟，沟心纵坡大，冲刷严重，节理较发育，沟心距离隧道拱顶1.6 m；DK53+985处发育一黄土陷穴，呈“竖井状”，直径约4～5 m，深13.5 m，底部距离隧道拱顶约2 m。DK54+000～DK53+934段隧道埋深2～17 m，围岩主要以湿陷性黄土为主，稳定性差，隧道施工风险较高，因此，采用长管棚超前支护穿越该浅埋段。

2 管棚参数

（1）导向管规格：无缝钢管φ114 mm，壁厚6 mm，长度为145 cm；（2）管棚规格：管棚长度30 m，无缝钢管φ89 mm，壁厚6 mm，每环设18根。节长2 m、3 m，钢管间采用长30 cm的全丝扣无缝钢管连接；（3）钢筋笼：钢筋笼采用φ18螺纹钢和φ32螺纹钢固定环焊接，固定环设置间距为1.5 m；（4）管距：钢管环向间距40 cm；（5）倾角：外插角为5°；（6）注浆材料：1∶1水泥浆液，水泥采用P.O42.5；（7）设置范围：隧道拱部120°范围内。

3 工艺流程

工艺流程见图管棚施工工艺流程图：施工准备―管棚工作室施做―施做套拱―搭钻机平台―（管棚加工）钻机就位及钻孔―跟管钻孔，安装钢筋笼―综合检查验收―喷射混凝土封闭工作―连接注浆管路，调―管棚注浆（浆液制备）―封堵注浆孔―管棚验收。

4 管棚施工工艺

4.1 管棚工作室

隧道洞内掘进在接近管棚施做地点前逐渐扩大到洞内断面，施做管棚工作室，管棚工作室应综合考虑管外插角、管棚机型号、施做断面前后支护情况及施工可操作性。黄家岭隧道管棚操作作业面长度设置为6 m，隧道断面扩大50 cm。为了保证钻机移动的灵活性及管棚的顶进，断面前方预留6 m×0.5 m环向管棚操作室。

4.2 施做套拱

套拱作为管棚导向墙，在管棚工作室内掌子面附近施作。套拱采用C25混凝土，厚度100 cm。

套拱内埋设3榀I16工字钢钢架，钢架间距为30 cm，钢架间采用φ22钢筋纵向焊接，间距0.5 m。

每榀钢架径向打设双锁脚，与钢架焊接牢固。同时安装导向管，角度设置为5°，通过调整钢拱架外轮廓来控制外插角。导向管采用φ114钢管与钢架外缘及固定钢筋焊接，焊接长度大于5 d。套拱内外均铺挂φ8钢筋网片，网格间距20 cm×20 cm，以增强套拱的整体稳定性。

4.3 搭设钻机平台安装钻机

（1）钻机平台采用钢管脚手架搭设，脚手架要支撑于稳定的地基上并垫木板。脚手架连接要牢固稳定，防止在钻孔时钻机产生不均匀沉降、摆动、位移而影响钻孔质量。（2）钻机平台顶面采用厚度不小于30 cm的木板铺设，搭接要留有余量。平台边缘要设置安全防护围栏。（3）钻机角度调节采用数显角度仪控制。钻机就位后，钻进主轴对准孔位，保证钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

4.4 钻孔

（1）管棚钻头直径为φ102 mm，管棚和钻头连接在一起。自拱顶向拱腰对称间隔依次钻孔。（2）钻机开钻时，低速运转，待成孔2～3 m后，根据地质情况逐渐调整转速及风压。（3）钻进过程中利用数显角度仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时进行纠偏处理。（4）每节管棚跟进至尾部时连接下一节管棚，直至一次性钻至设计深度。钢管接头应错开，同一横断面内的接头数量不大于50%，相邻钢管接头错开至少1 m。（5）钻机钻进过程中冷却液采用较环保的水冷却，避免施工过程粉尘超标。冷却水使用要适量，防止浸泡引起黄土湿陷坍塌。施工污水集中抽排出洞外。（6）认真做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及指导洞身开挖的依据。

4.5 安装钢筋笼

（1）每根管棚跟进至设计深度后，及时安装钢筋笼。（2）钢筋笼分段长度为5 m、7 m等不同的长度，错开钢筋笼接头。每节钢筋笼4个钢筋接头也要错开一定长度，焊接时长短对齐连接。（3）钢筋笼利用钻机顶进，每节钢筋笼顶进至剩余1 m左右时进行接长，直至达到设计深度。

4.6 封闭掌子面

管棚安装完毕后，对开挖工作面、拱圈及孔口管周围岩面挂网喷射5 cm厚的C25混凝土，以防止管棚注浆时掌子面裂隙跑浆，影响注浆效果。

4.7 管棚注浆

（1）安装止浆阀，将注浆机的管路与管棚进浆孔连接，管路连接好后进行压水试验，以检查止浆效果和注浆管路是否有跑水、渗水现象。（2）浆液采用1 m3全自动拌和机进行拌制，水泥浆水灰比为1：1；材料用量为水泥750kg、水750 kg，水泥采用P.O42.5水泥。（3）利用注浆机将浆液注入管棚钢管内。注浆采用奇偶数管棚间隔注浆，自拱腰至拱顶、由左至右的顺序依次进行。（4）注浆压力确定初压为0.5-1.0 MPa，终压为2.0 MPa。注浆时密切监视压力变化，如压力达到2.0 MPa并持续稳定恒压15 min后结束注浆。（5）注浆完成后关闭止浆筏，封堵注浆孔。（6）注浆过程应认真做好记录，以便分析解决施工中出现的问题。

5 管棚施工控制要点

（1）施工准备。施做套拱前对导向管安设要精确测定，保证导向管平面位置、倾角、外插角方向、方位的准确，并对每个管孔进行编号。（2）管棚倾角的确定。管棚钻孔外插角应根据围岩等级及地质情况确定，钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度确定。（3）安装校验。（4）施工过程控制。施工过程中要经常监测管孔的倾斜度，发现偏差超限的及时纠正，至终孔仍超限者应拔出钢管并封孔，原位重钻。（5）监控量测。（6）浆液配置。浆液配置要严格计量，保证浆液流动度、凝固时间、强度发展均符合设计要求。（7）施工安全。施工过程中，电工及测试、技术人员必须跟班作业，保证作业面照明及用电安全，通风良好。（8）强度试验。管棚注浆时做同条件养护试件，以检测注浆强度发展情况，注浆强度达到设计值得90%以上方可进行隧道掘进作业。

6 结语

隧道浅埋段施工安全风险高，尤其是黄土隧道浅埋段施工风险更高。在黄家岭隧道浅埋段施工前，我们邀请国内隧道专家组成专家组现场研究，制定了切实可行的施工专项方案，加强了施工前的超前地质预报和施工过程的监控量测，严格隧道施工过程控制，确保了隧道浅埋段的施工安全。黄土隧道浅埋段采用长管棚跟管顶进施工，克服了黄土地段管棚钻孔容易堵塞孔口或塌孔等施工难题；管棚管内增设钢筋笼，增强了管棚的强度和刚度，为黄土隧道浅埋段施工提供了安全保障。

参考文献

[1] 铁道部经济规划研究院.TZ231-2007 铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[2] 中华人民共和国铁道部.TB10108-2002铁路隧道喷锚构筑法技术规范[S].北京：中国铁道出版社，2014.