黨 榮

(忻州市交通建設綜合開發(fā)中心)

0 引 言

隨著我國交通事業(yè)的迅速發(fā)展，隧道工程建設項目也越來越多，隧道工程施工由于容易受到復雜地質(zhì)條件下的地應力、地質(zhì)物理參數(shù)、地下水、斷層等因素的影響，所以對于開挖支護也提出了較高的要求。隧道大管棚超前支護由于可以通過水泥漿加固土體，并結合利用高強度鋼管的剛度，能夠在隧道拱部預先形成傘狀鋼管棚，抗剪性能強，因此，可以有效的承載隧道上部土體的荷載，為隧道施工安全開挖施工提供支撐，同時還可以有效的控制隧道開挖引起的沉降以及管線變形問題，因而在隧道工程施工中得到了廣泛的應用，非常適用于軟弱、淺埋巖體。然而由于大管棚超前施工作業(yè)環(huán)節(jié)多、施工工藝復雜，對于施工作業(yè)管理也提出了較高的要求。為了確保大管棚真正發(fā)揮作用，必須結合大管棚超前支護施工工藝技術特點，強化現(xiàn)場管理，為隧道施工作業(yè)提供安全、穩(wěn)固的作業(yè)面，確保隧道工程施工作業(yè)的順利推進。

1 大管棚超前支護作用原理分析

隧道大管棚超前支護就是將鋼管沿著隧道開挖的外輪廓線打入地層之中，配合鋼拱架形成隧道棚架預支護加固體系來承擔管棚上部的荷載，同時采用鋼管中布置的注漿孔向地層中注漿起到加固隧道軟弱破碎帶的作用，能夠有效的提高地層的自穩(wěn)能力。大管棚超前支護的具體作用機理主要有以下幾方面。

(1)具有梁拱效應。通過施設管棚，可以在隧道洞口形成環(huán)繞隧道洞口的殼狀結構，能夠有效地控制圍巖的松動和垮塌。

(2)具有較好的加固效果。通過向隧道圍巖裂隙中注漿可以將松散的巖體有效的固結，進而起到改善圍巖物理力學性質(zhì)的作用，提高了圍巖的自承能力。

(3)可以有效確保施工安全。管棚支護的剛度較大，在開挖施工中，如果出現(xiàn)坍塌問題，管棚能夠有效的起到緩沖作用，而且即使管棚失穩(wěn)，破壞過程也相對較為緩慢。

(4)降低開挖施工對于圍巖的干擾。如果隧道洞身開挖采用新奧法等施工工藝，經(jīng)常會存在爆破施工作業(yè)，采用管棚超前支護，則可以通過管棚的密集環(huán)形孔槽吸收爆炸沖擊，因而可以降低對于圍巖的干擾。

2 大管棚超前支護施工準備工作

(1)施工技術準備。隧道大管棚超前支護施工技術準備工作主要內(nèi)容是對施工圖紙進行會審，同時組織施工技術人員熟悉施工圖紙設計意圖以及關鍵施工工序，完成大管棚超前支護施工組織設計。之后按照施工設計圖紙中的相關要求進行施工測量，尤其是對隧道軸線樁、平面控制三角網(wǎng)基點樁及高程控制的水準點進行復測，并完成洞頂沉降觀測點的布設。

(2)施工現(xiàn)場準備?，F(xiàn)場準備工作主要是按照隧道施工作業(yè)的實際需要對施工作業(yè)場地進行提前規(guī)劃，并完成洞頂截水溝排水系統(tǒng)以及洞頂上方危石的清除工作。同時，還應該根據(jù)隧道工程施工的實際需要，做好材料的準備以及施工現(xiàn)場的試驗準備工作。

3 大管棚超前支護套拱施工

套拱是在洞口段施工時，固定或支撐管棚端部的拱形結構，套拱的施工作業(yè)內(nèi)容主要有以下幾方面。

(1)套拱基礎的開挖施工。套拱基礎開挖主要采用機械開挖作業(yè)方式，在套拱開挖之后應該及時對套拱基礎進行地基承載力試驗，確保地基承載力滿足要求(≥0.3 MPa)。如果地基承載力不滿足要求應該采取換填碎石土等措施提高基礎的地基承載力。套拱基礎開挖大多采取環(huán)形開挖以便于后期安裝套拱內(nèi)模。完成套拱基礎開挖施工以后，應該及時的安裝套拱基礎模板以及預埋埋筋，檢驗合格后即可澆筑基礎混凝土，現(xiàn)階段在隧道工程施工中套拱基礎一般選擇使用C15片石混凝土進行澆筑。

(2)模板及導向管安裝施工。套拱底模一般采用工字鋼做底模支持，同時在工字鋼之間采用鋼筋縱向焊接以確保底模的整體性。在工字鋼搭設加固完成以后在工字鋼上采用鋼筋固定木板作為底模模板。在底模安裝施工結束以后，按照施工設計圖紙定位測量導向管的位置以及角度準備導向管的安裝?，F(xiàn)階段在隧道工程施工中，導向管一般采用長度2 m 左右的鋼管，外插角1°～3°左右，將導向管用鋼筋焊接固定于鋼拱架之上，同時將導向管管口封住以免混凝土流入。在完成套拱鋼筋綁扎之后，在鋼架上焊接架立鋼筋，并采用外箍筋綁扎固定外模模板。

(3)套拱混凝土的澆筑施工。在隧道工程施工中，套拱主要采用C30混凝土，為了確保套拱剛度及強度滿足要求，一般采用早強劑確保促進混凝土強度盡快形成。混凝土的澆筑施工應該連續(xù)澆筑作業(yè)，在澆筑施工作業(yè)過程中需要及時的進行振搗，直至混凝土沒有下沉以及明顯氣泡上升，同時混凝土表面出現(xiàn)薄層水泥漿、表面平整為止。

4 鉆孔施工

(1)鉆機就位。在完成套拱施工以后，即可以使用腳手架搭設鉆孔平臺，鉆孔施工過程中應該根據(jù)孔位的變化及時的調(diào)整鉆孔作業(yè)平臺的高度。在平臺安裝結束后，就位鉆機設備，采用全站儀、掛線、鉆桿導向相結合的方式，確保鉆機位置準確，鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相一致，并將鉆機牢固的固定在鉆機平臺之上。

(2)鉆孔。鉆孔作業(yè)一般按照從兩側拱腳開始由下而上間隔鉆孔的施工作業(yè)順序，先鉆奇數(shù)孔之后再鉆偶數(shù)孔。完成一個鉆孔的鉆進之后及時的采用管棚鉆機頂進一根鋼花管，在完成奇數(shù)孔注漿而且凝固之后進行偶數(shù)孔的鉆設。在鉆孔過程中，如果出現(xiàn)塌孔、卡鉆等問題，應該及時的補注水泥漿之后再進行鉆進作業(yè)。鉆機剛開始鉆孔時，保持低速低壓，成孔1 m 左右之后方可根據(jù)實際地質(zhì)情況進行相應的調(diào)整。同時在鉆進過程中應該及時采用測斜儀測定位置，監(jiān)測成孔質(zhì)量，并根據(jù)孔口巖屑對隧道的地質(zhì)情況進行判斷、描述，作為地質(zhì)預測資料以指導后期隧道洞身開挖。

(3)清孔作業(yè)。在完成鉆孔以后，應該采用鉆機進行反復掃孔，以便于徹底清除鉆孔內(nèi)的浮渣，重點保證孔徑、孔深等符合施工質(zhì)量要求。之后采用高壓風從孔底向孔口吹掃鉆渣，確?？變?nèi)干凈。

5 大管棚鋼管安裝及注漿施工

(1)管棚鋼管安裝施工。管棚鋼管一般采用熱軋無縫鋼管，長度規(guī)格不一，在隧道工程施工中較為常用的主要有4 m、6 m 兩種，為了便于進行注漿施工，鋼管大多采用有孔花管，間隔一定距離按照梅花形設置注漿孔，同時為了便于鋼管的入孔，鋼管端頭一般設置成錐形。鋼管的安裝采取管棚鉆機和人工相配合頂進的施工作業(yè)方式，如果鋼管長度不足，應該接長鋼管，但是應確保相鄰鋼管的接頭應前后錯開。

(2)注漿施工。注漿施工是管棚施工作業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)之一，注漿的效果也直接影響到管棚超前支護的施工質(zhì)量，因此必須作為重點控制管理的環(huán)節(jié)。在隧道工程施工中，一般控制水泥漿水灰比1∶1，注漿壓力控制在0.5～1.5 MPa范圍內(nèi)。在連接好注漿管路后，首先應該利用注漿泵先進行壓水試驗對管路的密閉性檢查，之后即可進行現(xiàn)場的注漿施工作業(yè)。為了控制注漿時間，在施工中先應計算分析注漿量，確保注漿效果。注漿量的計算公式為:Q=π×r2×L +π×R2×L ×η ×β ×α;其中:L 為鋼管總長m;r 為鋼管半徑，m;R 為漿液擴散半徑，m;η 為隧道地層孔隙率;β 為漿液損耗系數(shù);α 為漿液有效填充系數(shù)。待注漿過程中注漿壓力逐步提高，達到設計終壓并繼續(xù)注漿15 min 以上，而且注漿量達到設計量的95%以上，即可結束注漿施工，之后及時的清除管內(nèi)膠凝漿液，并采用水泥砂漿進行填充。

6 結 語

大管棚超前支護施工技術由于可以有效的改善松軟破碎巖層物理力學性質(zhì)，而且施工作業(yè)速度多快，不需要大型機具設備，因而在隧道工程支護中的應用較為普遍。在施工過程中，技術人員應當嚴格按照施工技術規(guī)范中的相關要求進行現(xiàn)場管理，做好工序的銜接，以確保隧道大管棚超前支護施工質(zhì)量，提高支護的穩(wěn)定度和安全系數(shù)。

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