大管棚预注浆超前支护技术在风霜岭隧道洞口施工中的应用

1大管棚预注浆超前支护技术在风霜岭隧道洞口施工中的应用杨斌（福建省漳州市漳龙高速公路有限公司，漳州市，36300）〖提要〗阐述了风霜岭隧道右洞进口堆积体段超前大管棚的施工，通过对监控量测结果进行分析，总结了超前预支护技术在通过软弱围岩时的作用。〖关键词〗隧道超前预支护堆积体施工效果评价ApplicationofRun-beforeProtectionbyPre-grountedBigTubeCanopyToFengshuanglingTunnelYangBin(ZhangzhouMunicipalZhanglongExpresswayCo.Ltd.,Zhangzhou363000,China)Abstract：Elaboratingtheconstructionofpre-grountedbigtubecanopyinthepile-upbodysegmentofFengshuanglingTunnel.Throughanalysisonthemonitoredresults,itsumsupthefunctionsofrun-beforeprotectiontechnologyinpassingthroughweakrocks.Keywords：Tunnel，Run-beforeProtection，Pile-upbodyconstruction，Resultevaluation1工程简介漳龙高速公路漳州段风霜岭隧道全长862.5m，隧道设计为双洞四车道，单洞净宽9.75m，净高5m。右洞进口桩号YK34+495，设计标高89.42m。隧道右洞进口段位于浅埋地段，埋深12～19m，为第四纪（Qc4）坡积层与强风化花岗闪长岩接触地带。表层为松散无粘性的砂状土，下伏强风化花岗闪长岩，岩石已风化呈土状，夹杂部分角砾碎石，结构松散，围岩自稳性极差，遇水易坍塌。隧道所处山体植被发育，地表、地下水丰富。2问题的提出及方案确定隧道施工自2002年12月初右隧准备进洞，随着表土清除，洞口开挖工作面形成，时值南方雨季提前到来。长时间降雨造成围岩受浸泡富水饱和，地表泉水涌出，造成洞口段围岩软化，仰坡地表多处产生裂缝，最大裂缝宽12cm，形成2～3cm错台。洞口开挖工作面发生坍塌，施工进洞困难。2根据现场实际情况，结合其他隧道施工经验，认为较为合理的施工方法是采用大管棚超前预注浆，先对洞口段堆积体进行固结处理再进行开挖，可以有效保证洞口边仰坡安全，确保顺利进洞。3施工设计3．1注浆机理由于堆积体结构松散破碎，本工程采用渗透注浆及压密注浆。3．2施工参数选择3．2．1大管棚设计大管棚采用φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长分别为3m、6m。管棚环向间距拱部为30cm，墙部为50cm。外插角3°～5°。有孔、无孔钢管交叉布设。有孔钢管布设注浆完毕后再布设无孔钢管。有孔钢管上注浆孔孔径12mm，孔间距20cm，梅花型布置，尾部50cm范围内不钻孔作为止浆段。如图所示。33．2．2注浆参数设计（1）注浆材料及配合比：注浆浆液采用水泥浆，水泥采用32.5（R）普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.8:1～1:1;（2）注浆压力：2.0～3.0MPa;（3）浆液扩散半径：不小于0.5m;（4）单根钢管注浆量：Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β式中：r为钢管半径，L为钢管总长度，考虑与钻机连接，取29m；R为浆液扩散半径，取0.5m；η为地层孔隙率，堆积体经测试η为12%；α为浆液有效充填率，取0.9；β为浆液损耗系数，取1.15。经计算，单根钢管注浆量Q=3.09m3。4方案实施4．1大管棚施工前准备工作4．1．1疏排地表水洞口仰坡稳定地层，增设环型截水沟一道，拦截地表水；建立枝状排水系统，使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围，以防积水下渗。4．1．2引排地下水为引排洞口段地下水，在适当位置钻设2个φ20CM降水井，利用深井潜水泵和螺杆泵抽取地下水以疏干土体，降低洞口周围地下水位。4．1．3施作套拱作为大管棚导向墙洞口前端采用4m长套拱(25#砼)作为大管棚导向墙。套拱在洞口衬砌外轮廓线以外施作。套拱基础施打8m长φ108×6mm钢管桩，管体用水泥浆灌满。4套拱内埋设7榀U25型钢，U型钢与φ127×4mm管棚孔口套管焊成整体。孔口套管沿拱圈环向布设间距、位置及方向应准确。4．2管棚施工先施钻、安设及注浆所有有孔钢管，再施作无孔钢管。4．2．１钻孔（1）根据套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层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）钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据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；如不能成孔时，可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻进。（3）钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹沙层时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。（4）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3°～5°之间，并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。4．2．２安设管棚⑴钻孔完成后及时安设管棚钢管，避免出现塌孔。⑵钢管逐节顶入，采用丝扣连接，丝扣长15cm。⑶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。54．3管棚注浆4．3．1施工工艺止浆塞注浆管注浆孔4．3．2施工程序及方法⑴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。⑵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、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。⑶注浆压力达到2.5Mpa，并持压5min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。搅拌机水泥浆池注浆泵水泥水高压阀孔口阀6⑷注浆过程应派专人负责，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。4．3．3待有孔钢管已全部注浆完毕后，再进行无孔钢管的钻孔、安设。4．3．4注浆效果评定⑴对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况。⑵在进行无孔钢管钻孔时观察孔内涌水颜色及涌水量，水颜色如较澄清或夹带水泥渣块，涌水量小于0.4L/min，则注浆效果较好，如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时，应补注或重注。5堆积体段开挖该段洞身开挖采用双侧壁导坑法，开挖支护流程如图所示：7几点说明：注浆小导管采用φ50×5mm无缝钢管，节长5m，钢管上注浆孔孔径8mm，孔间距15cm，梅花型布置，尾部40cm范围内不钻孔作为止浆段，小导管环向间距50cm，纵向间距250cm，外插角15°；洞身U25钢支撑纵向间距30cm；侧导坑临时U25钢支撑纵向间距60cm；相邻两榀间的中隔壁U型钢用环向间距1米的Φ25钢筋焊接以增强其整体性。6效果评价为保证施工安全及检查大管棚的实施效果，施工单位专门组织对堆积体段的净空收敛量测。在25m堆积体处理段埋设了3条收敛基线，监测数据分析见表1。从量测情况看，埋设初期3条曲线收敛增长较慢，上核心土开挖时收敛变形急剧增长，然后趋于稳定，均满足设计要求。充分说明了大管棚预注浆超前支护对防止围岩恶化，控制隧道变形作用是显著的。表1净空收敛监测变形分析mm/d里程缓慢增长阶段速率（0～30天）急剧增长阶段速率（30～40天）基本稳定速率（40～60天）YK34+5000．221．390．04YK34+5060．431．570．05YK34+5150．752．030．0786总结及体会利用大管棚作为穿越堆积体段的超前支护，其成功之处在于：通过注浆将松散的堆积体固结起来，利用大管棚支护围岩，注浆体和管棚连成一个整体而受力，在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体，有效地阻止了松散体出现坍塌，为隧道洞身安全、顺利地施工创造条件，是新奥法与其他辅助施工方法的完美结合。参考文献：[1]JTJ026-90，公路隧道设计规范[S].[2]JTJ042-94，公路隧道施工规范[S].[3]程骁，张凤祥，土建注浆施工与效果检测[M].上海：同济大学出版社，1998.