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1、浅埋偏压软弱破碎围岩隧道大管棚超前支护进洞的施工技术许红波（中铁十四局集团第四工程有限公司 济南市 250002）【摘 要】 超前大管棚支护是隧道施工中穿越隧道洞口的软弱破碎围岩地段，浅埋偏压地段有效地支护措施。本文重点介绍了在建张唐铁路ZTSG-7标段党峪隧道进口超前大管棚及注浆的施工工艺及质量控制要点。【关键词】隧道施工，超前支护，大管棚，注浆1工程概况党峪隧道位于在建承唐高速公路西侧及遵化市党峪镇西南侧，地表起伏较大，丘间沟谷多成“V”字型。隧道进口里程为DK404+760，出口里程为DK405+071，全长331m。隧道最大埋深约38.5米，。 隧道地表基岩裸露，为蓟县系雾迷山组（Jx
2、w）白云岩。局部覆盖第四系上更新统冲洪积（Q3dl+pl）薄层粗角砾岩。白云岩，强风化弱风化，局部表层为全风化，节理裂隙发育，岩体较破碎，呈碎石状块石状结构，岩层产状17953。隧道进口处地表风化严重，岩体极破碎，最小埋深约0.8米，偏压严重。全隧道包含偏压式明洞7m，级围岩114m，级围岩190m。隧道围岩级别饼状图如下图：隧道范围内地下水类型为基岩裂隙水，主要受大气降水补给，洞身内赋存少量基岩裂隙水，渗透系数推荐值K=0.25m/d。2超前大管棚支护参数党峪隧道采用108超前大管棚，管棚采用直径108mm，壁厚5mm钢管，进口施作长度30m，环向间距3根/m。 3 . 施工工艺及要求3.1
3、.施工准备在施作长管棚前应先进行洞口开挖，及完成边、仰坡的防护、天沟砌筑。3.2.边仰坡开挖党峪隧道进口视现场围岩实际情况采用机械开挖或爆破开挖。开挖线外10m设截水天沟，截水天沟采用M15浆砌片石水沟。按设计对暗洞口位置进行测量复核、边仰坡测量放线，做好临时排水系统，然后采用挖掘机沿测量组指定开挖线开挖，开挖时采用分层开挖，每层2m，配备专人密切注意观测原状土的动态，一旦出现滑塌趋势，立即停止开挖对边坡进行组织防护，同时挖机刷坡时，必须边挖边用抓背拍实确保开挖施工安全。开挖时要经常使用测量仪器对开挖高度进行测量，以免超挖。3.3边坡防护进口临时边仰坡坡面加固采用锚喷挂网支护，锚杆长采用22螺
4、纹钢制作，长3m，间距1.2m 1.2m,梅花状布置；8钢筋网片，网格间距25cm25cm；防护至上而下，随开挖分层及时施作，喷射砼施工前清除表面浮土、松石，并将较大裂缝、凹坑嵌补牢实、平整，喷砼分两次进行。初喷35cm 用于及早封闭围岩，填平岩面，在布设锚杆、钢筋网后进行复喷，达到设计厚度15cm要求。金属网及锚杆头不得外露，并做好喷层周边与未防护坡面的衔接封闭处理，防止水从缝隙浸入明洞开挖和边仰坡开挖同步进行。进口永久边仰坡采用骨架护坡防护。3.4大管棚超前支护施工本隧道管棚钢管采用1085热轧钢管，长30m，环向间距3根/m，外插角：1.03.0（钢管轴线与衬砌外缘线夹角），方向与路线方
5、向平行，注浆采用水泥单浆液，注浆压力0.52.0MPa，水泥浆水灰比W/C=1：1，水泥采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥。注浆结束后采用M7.5水泥砂浆填充钢管，以增强管棚强度。钢花管上钻注浆孔，孔径1016mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段110cm。相邻钢管采用丝扣连接，丝扣长度不小于15cm，同一横断面内接头数不大于50%，导管内增设钢筋笼（由四根22主筋和固定环组成）。管棚施工工艺流程图：管棚施工工艺流程图3.4.1、施作导向墙混凝土导向墙在明洞衬砌轮廓线以外施作，截面尺寸1m1m，采用C20钢架混凝土，内埋设I20a工字钢架及1405mm导向套管，导向套管沿
6、拱圈环向布设，间距、位置及方向应准确，固定钢筋与导向管采用双面焊接，焊接长度不小于5d，导向墙与明洞衬砌之间预留15cm变形量。3.4.2、导向钢管导向管采用1405mm钢管，长度1m环向间距3根/m，用全站仪定出隧道中线，均匀划出导向管位置。导向管平行线路设计线，仰角为10 （不包含线路纵向坡度，在实际测量放样中要考虑路线纵坡）。为防止导向管在长管棚施工钻孔过程中的振动松动，导向管焊接在钢拱架外侧，并用22钢筋焊接加固，22固定筋与导向管、I20a工字钢焊接成整体，采用双面焊接，焊缝长度大于5倍钢筋直径。防止浇筑混凝土时产生位移。3.4.3、安装钻机、钻机就位1、钻机平台：预留10米核心土不
7、开挖作为钻机工作平台，钻孔由高孔位向低孔位对称进行。2、平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。3、钻机定位：钻机要求与已设定好的导向管方向平行，必须精确核定钻机位置。用全站仪、挂线、杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与导向管轴线相吻合。3.4.4、钻孔1、钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据现场实际情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进，当钻至砂层易塌孔时，应加泥浆护壁方可继续钻进；如成孔困难时，应进行跟管钻进。2、钻孔顺序由高孔位向低孔位进行，孔位偏差不得大于50mm，钻孔深度偏差不得大于50mm。3、为了便于安装钢管，钻头
8、直径采用130mm。4、岩质较好的可以一次成孔；钻进时产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。5、钻机开钻时，可低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。6、钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断。判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。7、为避免钻杆太长，钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，开钻上挑角度控制在12以内，钻进中经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。8、钻孔过程控制钻机立轴方向以保证孔口的孔向正确，每钻完一孔便顶进钢管，防止出现坍孔，钢管插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。9、认真填写钻孔记录表
9、，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，作为指导洞身开挖的依据。3.4.5、清孔验孔1、用地质岩芯钻杆配合钻头(130mm)进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。2、用高压气从孔底向孔口清理钻渣。3、用全站仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角，各项的允许偏差如下表：序 号项 目允许偏差1方向角12孔口距1503孔 深503.4.6、安装管棚钢管1、钢管在专用的管床上加工好丝扣，管棚四周钻10-16mm注浆孔；管头焊成圆锥形，便于入孔。2、管棚顶进采用大孔引导和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于管棚直径的引导孔(130mm)，然后可用10t以上卷扬
10、机配合滑轮组反压顶进；也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。3、接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%。4、及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实，在钢管外露端焊上法兰盘、止浆阀，并检查焊接强度和密实度。3.4.7、清孔用高压气从孔底向孔口清理钻渣。3.4.8、注浆1、掌子面按要求先喷一层15cm厚素混凝土作为止浆墙，以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。2、注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，据以施工。3、对于成孔容易，出水较小的孔，可进行全孔一次性注浆；对于成孔容易，出水稍大的注浆孔，应采用分段后退式注浆；对
11、于成孔困难的注浆孔，可采用分段前进式注浆。4、注浆料搅拌时间3min，制浆后应通过滤网进入储浆桶然后进行压浆，压浆过程中要对储浆桶中的浆液进行适当搅拌。浆液配料时制浆材料必须计量准确，其中水、水泥称量误差不应大于5%。严格按照顺序加料，搅拌时不得将绳头，纸片等杂物带入搅拌机内，搅拌后的浆液必须经筛网过滤后方可进入注浆机。搅拌时间不得小于规定时间，以免浆液搅拌不均匀，掺有速凝剂的水泥浆必须在30分钟内用完。5、注浆管与管棚接口必须安装安全阀，注浆时必须是三岔口安全阀。6、注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、
12、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。7、注浆压力达到1.5Mpa，并持压5min以上，注浆量达到设计量的95%以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口，充填M30水泥砂浆，注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。8、注浆过程由质检员全程负责，填写注浆记录表，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。9、当部分泄水钢管不出水，且临边注浆管棚在开挖过程中发现注浆效果不理想时，应对这些不泄水的钢管进行补充注浆，提高管棚刚度，减少拱顶坍塌可能。4. 保证工程质量的技
13、术措施1、施工前有针对性地对隧道各工种进行技术培训，制定各工序标准化作业细则，提高施工人员的整体技术水平，特别对使用新型设备人员要确保培训质量，为创优质工程创造条件。2、认真执行设计图纸审核制度，并做好施工技术交底，使现场领工员及每一位施工人员做到心中有数，严格按技术要求施工，保证设计意图的实现。3、施工前后自始至终要对隧道测量的中线、水平严格执行双检制，各种测量资料收集要及时、齐全，保证资料均从现场取得。4、施工前做好施工场地的排水工作。5、在施工中充分发挥专、兼职质量检查人员的作用，对隧道工程各工序进行全面检查，特别是隐蔽工程在专职质检员检查合格后，方可报监理工程师检验，经认可后才准许进行
14、下道工序施工，严格执行工程报检制度，使工程每一环节质量均有保证，现场要经常做试验，必要时从混合器处取浆液来做试验，以保证合理的浆液凝固时间。6、现场作业人员在注浆过程中，要严格按技术人员确定的凝胶时间和配合比进行注浆，不得私自改变配合比，以免影响注浆质量。5 结语本隧道通过超前大管棚及注浆施工，顺利通过隧道进口的软弱破碎、严重浅埋偏压岩体。现场开挖情况表明，水泥浆液在压力作用下向四周扩散，充满了钢管周围岩体的裂隙，起到了有效固结围岩的作用。先期施工的管棚和注浆预先加固了洞身围岩，而管棚和后施工的衬砌支护（拱架和喷射混泥土）形成一个统一的整体，纵横交错，共同受力，使整个开挖处于他们整体的保护之中。实际的应用的效果证明采用大管棚超前支护及预注浆加固技术对于软弱破碎、浅埋偏压围岩段是安全可靠的。参考文献l 关宝树，隧道工程设计要点集M.北京.人民交通出版社l 高怀鹏，毛海东，长管棚预注浆超前支护在浅埋偏压大跨度隧道洞口施工中的应用J，公路，2005l 浅埋隧道洞口段施工技术J，现代交通技术，2007
