長管棚超前支護在公路隧道支護施工中的作用

1、前言
　　隨著我國公路建設的發展，將會面臨越來越多的公路隧道項目。公路隧道具有跨度大，結構受力復雜，施工難度大等特點。尤其是是高速公路隧道經常會遇到淺埋松散軟弱層及破碎圍巖帶等不良地質段，由于其圍巖自穩能力差，加之施工對圍巖的破壞擾動，極易造成塌方事故。此類特殊地質一般出現在隧道洞口或隧道淺埋段。能否確保安全、可靠、順利、及早的進洞施工，是前期隧道施工的關鍵所在。石牙山隧道采用的開挖輔助支護措施是“超前長管棚+注漿”。
　　超前長管棚支護能有效的加固圍巖，起到良好的支護效果。該工法已廣泛應用于高速公路隧道施工當中,并發揮了重要作用,國內多個工程實例已表明其可靠性，證明了管棚超前支護結合開挖方式能夠很好地抑制地表沉降和拱頂下沉,滿足工程設計要求。
　　廣梧高速公路石牙山隧道出口端左、右線洞口采用108mm×6mm長大管棚，長度分別為24m、30m，其施工技術要求高、難度大，具有一定典型性。因此，本文以該隧道施工為實例介紹了長管棚施工基本過程及采取的施工技術措施，并對長管棚超前支護技術進行了簡單的探討。
　　2、工程概況
　　石牙山隧道為特長隧道，設計為分離式雙洞四車道，洞內設計時速為80km/h，左線里程LK53+366.16～LK57+922.07，長4555.91m；右線里程RK53+344.16～RK57+950.61，長4606.45m。左、右線相距40m。隧道建筑限界凈高5m，洞內路面寬度7.5m，兩側設路緣帶。隧道地處低山丘陵區，丘陵屬粵桂邊界的云霧山脈部分，丘陵脊線明顯，脊線大部分為北東～南西方向。進出洞口坡度較陡，隧道穿越區地面相對高差392m。隧道地質情況復雜多變，施工段圍巖受地質構造影響程度較大，節理發育，巖石破碎，隧道圍巖穩定性差。隧道區水文條件較復雜，地下水豐富，對隧道施工形成重大影響。
　　3、長管棚的設計
　　針對隧道進、出口端特殊不良地質段,進洞前先采用“長大管棚+注漿”進行超前預支護，具體設計如下：
　　①管棚設計長度:隧道出口端左、右洞長度分別為24m、30m。
　　②環向間距40cm，仰角1~20，保證適當的上抬量，防止鋼管侵入斷面。
　　③鋼管規格：ф108mm×6mm，節長3.5m，熱扎無縫鋼管，抗屈服力大于200MPa。
　　④注漿材料：選用425#普通硅酸鹽水泥+水玻璃雙液注漿。
　　⑤注漿參數：水泥漿與水玻璃體積比：1：0.5；水泥漿水灰比：1：1；
　　水玻璃濃度： 35波美度, 水玻璃模數：2.6；
　　注漿壓力：初壓0.5~1.0Mpa，終壓1.5~2.0Mpa。
　　注漿結束后應及時向管內充填M30水泥砂漿，提高其抗屈服力。
　　4、長大管棚的施工
　　4.1 洞口開挖及坡面防護
　　首先開挖洞口，將洞口邊坡、仰坡要一次刷坡到位。開挖后及時進行坡面防護，按設計要求施作系統錨桿，掛網噴砼。洞頂截水溝要提前施工，尤其正面仰坡噴漿封閉必須封閉密實,達到設計要求厚度。洞口開挖處要預留核心土，以便長大管棚施工。
　　4.2 套拱制作
　　長大管棚施工前應做好套拱，本隧道采用在C20噴射混凝土套拱內埋設3榀鋼格柵拱架，利用套拱上預留孔作為長管棚鉆孔的導向孔。預留孔中預埋Φ130mm，厚4mm，長1m的孔口管，套拱制作先要用全站儀定位，做好孔口導向管角度、方位與設計準確無誤。
　　4.3 搭設施工平臺
　　洞口土石方開挖進行完畢，成洞面及核心土（用以輔助成洞面穩定）形成后，安排施作長管棚。施工平臺結構使用貝雷架及鋼管支架搭設，其上覆蓋夾板，形成穩定的作業平臺。為使鉆孔定位準確，防止鉆孔鉆進時不均勻下沉、擺動、位移。設置三榀格柵鋼架，以固定管棚導向管。
　　4.4 鉆孔
　　鉆孔是長管棚施工的關鍵環節，能否保證鉆孔精度、孔壁光滑以及不坍塌、不掉塊都直接關系到管棚的支護效果。因此，施鉆前須認真分析可能影響鉆孔質量的各種因素。
　　成孔前先對孔位進行編號，對鉆機的位置、鉆桿傾角及方位角進行認真校對，保證鉆具軸線與導向管軸線一致。施工次序為先鉆單號孔再鉆雙號孔，防止串孔、漏風。為便于安裝鋼管，鉆孔直徑應比管棚設計直徑大20～30mm，本工程采用兩臺QZJ―B100型潛孔鉆機，該型鉆機為全液壓雙動力頭，以風動沖擊 + 電動液壓回旋法鉆進。
　　鉆孔過程中應在開孔后2m處、孔深1/2處及終孔處用測斜儀檢測偏斜情況，也可以根據鉆進中的某些參數和鉆孔反饋信息判斷鉆孔是否偏斜。如發現誤差超限應隨即進行糾編，至終孔仍超限者應封孔重鉆。
　　4.5安裝管棚鋼管
　　鋼管在頂進前要鉆好注漿孔，鋼管注漿孔采用Z4132鉆床成孔，孔徑為φ10mm，鉆孔前先用墨斗線按四等分管周長定出沿鋼管長度方向鉆孔線，再進行鉆孔，同直線上的孔間距為30cm，相鄰孔間距為15cm，呈梅花型布置，鋼管靠孔口段、即尾部2m不鉆孔，作為止漿段，頭部20cm削尖處理。
　　每條管棚成孔后利用鉆機將鋼花管旋轉插入孔中，做好孔口封閉，并及時進行注漿施工。鋼管接頭采用絲扣連接,絲扣長15cm，為使鋼管接頭錯開，編號為奇數的第一節管采用3m長鋼管，編號為偶數的第一節采用6m長鋼管，以后每節均采用6m長鋼管。管棚鉆孔達到設計長度后，用高壓風清孔，退出鉆桿，把接好的鋼管一邊旋轉一邊頂入。頂入過程中要進行經常性的彎曲測定，如發現鋼管出現過大彎曲時，要停止鋼管頂入，并進行再次清孔，直到鋼管安裝完成。
　　4.6 鋼管注漿
　　注漿前先噴混凝土封閉掌子面以防漏漿，清理干凈鋼管內積雜物，然后再注漿，注漿順序由下向上。如地下水較大，為堵水需要則采用雙液注漿，注漿時將兩種不同的漿液分放在兩個容器內，使用雙液注漿泵按配合比分別吸入兩種漿液在混合器混合后注入漿管。
　　注漿結束標準：注漿終壓達到設計值，注漿量達到設計漿量90%以上，或注漿壓力未達到設計值、注漿量已達到設計標準，或注漿壓力達到終壓80%時出現較大的跑漿，經間歇注漿后，可結束單孔注漿。
　　5、施工中遇到的問題及采取的措施
　　由于地質條件原因，在鉆孔過程中各孔均出現不同程度的漏風，無渣排出現象，容易引起卡鉆并導致鋼管下不到位。此時應采取慢進慢出多次竄動，每鉆進10cm即退出20cm，同時以高壓風不斷吹動，然后緩慢鉆進，每鉆進一條鉆桿則退出兩三條，待正常排渣后，再加鉆桿鉆入。
　　石牙山隧道已于二O一O年建成通車，洞口管棚施工非常順利，取得了均取得良好的效果，為今后在風化剝蝕等不良地質情況下進行管棚施工積累了施工經驗，具有一定的借鑒意義。并在以后的工程應用中注意以下幾個問題：
　　（1）鉆孔：鉆孔是管棚施工的關鍵工序，首先要將鉆機穩固在鋼管腳手架上，其次是在鉆進過程中要慢進慢出，多次竄動。鉆孔完成后還需高壓風清孔。
　　（2）頂管：頂管是施工的重要工序，頂管時要緩慢推進，邊由鉆機回旋轉進，邊同時由前動力頭加壓推入。
　　（3）注漿：注漿是控制施工質量的關鍵工序，先低壓后高壓，要按設計的終灌壓力及注漿量進行停漿控制。