大管棚超前支护技术在武隆隧道洞口浅埋段施工中的应用

大管棚超前支护技术在武隆隧道洞口浅埋段施工中的应用摘要：武隆隧道进口下穿武仙公路段埋深较浅，隧道施工对既有武仙公路影响较大。针对这种情况，采用大管棚超前支护施工方法，使隧道顺利穿越武仙公路进洞。本文主要从施工技术角度阐述大管棚超前支护技术在隧道洞口浅埋段施工中的应用。关键词：隧道；大管棚超前支护；注浆；效果1工程概况武隆隧道位于重庆市武隆县巷口镇附近，隧道全长4884.1双延米，隧道设计为净宽10.79m，净高7.00m的三心圆曲墙半圆拱。隧道进口端洞口基岩出露为页岩、砂岩，局部夹灰褐色泥岩、粘土岩，质极软。隧道进口下穿武仙公路挖方路基段隧道设计标高269.65m，武仙公路设计标高282.65m，隧道拱顶距武仙公路路面4.16m，约0.3D（D：隧道开挖跨径，为13.28m），隧道施工对既有武仙公路影响严重。2大管棚超前支护的必要性及相关的工作原理由于隧道开挖断面大，洞口处岩体风化十分严重，土体松散，加之上方武仙公路的影响，洞口开挖面极易发生坍塌，施工进洞困难。采用大管棚超前支护施工技术对洞口段堆积体进行注浆固结然后再开挖，这样可以有效保证洞口边仰坡稳定，而且使开挖轮廓线外圈形成棚幕和一层壳体，从而大大增加了进洞施工的安全性，确保顺利进洞及武仙公路的安全。超前支护的基本工作原理是在待开挖洞顶轮廓线以外一定角度范围内，环向按照一定的间距超前打入钢管，并在钢管内进行压力注浆。环向钢管形成棚架，为开挖及初期支护作业提供了安全保障；浆液固结后钢管和围岩之间组成了一个共同的固结圈，从而在隧道的纵向和横向分别形成一个刚度较大的梁结构和拱结构。这个结构能有效提高围岩的承载力及自稳能力，减小围岩的变形；同时，隧道开挖后与钢架一起共同组成刚度较大的支护结构，以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。3大管棚超前支护设计参数①钢管规格：采用φ127mm壁厚4.5mm的热轧无缝钢管，钢管前端呈锥形，尾部焊接φ10加劲箍筋，管壁四周钻2排φ20mm压浆孔，管长30m.，钢管内设置钢筋笼，钢筋笼主筋4φ20，采用φ50壁厚4.5mm的钢环作固定环，固定环节长4cm，与钢筋笼主筋焊接，如图1所示：②管距：环向间距为40cm，共布置35根；外插角：1°。③管棚注浆采用M30水泥砂浆，水灰比为1：1。图1钢管大样图4大管棚施工及相关技术要求大管棚施工工艺流程如图2。图2大管棚施工工艺流程图4.1施工前的准备工作4.1.1套拱施作待暗洞口边仰坡加固稳定后，施作套拱，套拱开挖不得再随意切坡，只有在管棚施作完毕后，才能扩挖。在管棚施工中，必须保持套拱的稳定，不偏移，不沉降，必要时增加一些临时支撑，以确保管棚施工安全和孔口管就位准确。C25混凝土套拱作为管棚的固定端，拱内设两榀18工字钢，在其中用φ16固定钢筋焊接布置35个φ150孔口管，孔口管与18工字钢焊为整体。4.1.2钢管制作钢管按照设计要求制作，管口加工成锥形以便送入，为确保接头质量，以长15cm的丝扣连接，起连接和导向的作用。为防止浆液倒流，每根钢花管尾部均焊接有止浆板，止浆板采用2cm厚钢板制作，中间钻有φ20带螺纹的眼，以备注浆时用。4.2管棚的施作4.2.1钻孔利用孔口管并按设计角度为1°的外插角把套管与钻杆同时同步冲击回转钻入岩土层内至设计深度。套管与钻具同时跟进，产生护孔作用，避免钻杆在提出孔后产生塌孔或涌水事故，并提供临时护孔，方便往孔内插管注浆。钻孔要求精度高，终孔位置准确，各开孔的孔眼与终孔的孔眼落在同一周界面上，避免产生较大的偏差和变形。同时要确保钻孔的同轴度，以避免管棚送入时受卡。4.2.2清孔钻孔结束后，先把套管内孔注水洗净后，再把钻杆取出。套管仍保留在孔内提供护孔作用。4.2.3顶进钢管棚把按设计要求加工好的钢管顶入套管内，接头采用15cm长的厚壁管箍，上满丝扣；并把钢管轻轻打入岩土层内，以固定钢管不易滑出孔口。钢管插进完毕后，取出套管。套管取出时，冒落的岩土会于孔内压紧钢管。钢管口与孔口周壁用水泥密封。当管棚安装完毕后，用小木楔把钢管与围岩壁楔紧，再用防水胶泥（锚固剂）将空隙封闭住。4.2.4插入钢筋笼再次清孔并将钢筋笼插入钢管内，使之与钢管成为一体。4.3注浆利用浆液的渗透作用和压密作用将周围岩体预先加固并封堵围岩的裂隙水，这样既能起到超前预支护的作用，同时也增强了管棚的强度和刚度。注浆的技术要求：①注浆时一般由两侧低位孔向中间高位孔顺序向上进行，先注无水孔，后注有水孔。②注浆结束的条件：单孔结束条件：注浆压力达到设计终压，浆液注入量已达到计算值的80％以上；全地段结束条件：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注浆的情况。③注浆过程中应时刻注意观察注浆管周围防水胶泥的变化情况，防止浆液压力增加时将其冲裂。④注浆过程中随时检查孔口、邻孔有无串浆现象，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。5施工效果检测与评价①对注浆加固区进行钻芯取样，浆液的填充情况良好。②钻爆开挖后开挖断面检测结果符合设计及规范要求。③武仙公路路面沉降监测结果符合设计要求。④对洞口段的收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、拱圈位移、锚杆受力、钢拱架及钢筋网应力等进行了全面的监测。监测结果表明：布设监测点的断面基本处于稳定状态，能够满足设计和规范要求。6结语通过工程实践证明，大管棚工法的梁效应和固结效应既能阻止松散围岩的坍塌又能有效控制沉降。大管棚超前支护在武隆隧道下穿武仙公路的洞口浅埋段施工中的成功应用为隧道施工及武仙公路的安全奠定了基础，也为后续软弱围岩的处理及复杂地质条件下的洞身施工积累了经验。参考文献［1］JTJ042—94，公路隧道施工技术规范［S］［2］黄成光主编.公路隧道施工技术［M］.北京:人民交通出版社.2001