探讨超前长管棚支护在隧道工程中的应用.doc

探讨超前长管棚支护在隧道工程中的应用摘耍：长管棚支护是日前隧道施工中处理软弱、破碎与浅埋偏压等不良围岩地质的一种有效施工方法。文章主要通过工程实例介绍分析管棚作用机理、管棚设计与施工要点及适用范围等内容，论证管棚施工在隧道施工中的应用价值。关键词：隧道施工；超前长管棚支护；施工工艺屮图分类号：U45文献标识码：A随着我国高速公路建设的飞速发展和工程设计、施工技术水平的不断进步，公路等级要求的不断提高，同时在提倡尽量少占耕地与环保的设计背景下，使得隧道工程在公路工程中的比例越来越大。而部分隧道所处地段存在地质情况差、埋深浅、偏压、开挖断面人等情况，这就给隧道施工带来了极大的难度。在不良地质施工怵I难地段，如破碎的岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、膨胀地层、裂隙发育岩体、断裂破碎带、浅埋偏压等围岩,采用长管棚支护取得了较好的效果;在流塑状岩体或岩溶严重流泥地段，采用长管棚与围岩预注浆相结合的手段更是行之有效的方法。木文通过广州增城至从化高速公路街口支线段的小迳凹隧道施工长超前管棚应用实践的基础上，对长管棚的作用机理、设计参数及施工工艺等方面进行了综合的探讨。工程概况 广州增城至从化高速公路街口支线段的小迳凹隧道，设计为分离式隧道。左线长89加,右线长897in,隧道净宽为2X10.75m,内轮廓净高5.0m,两隧道轴线间距25.68m0隧道地处低山、丘陵区，地形起伏较大，洞身高、洞口低，山体走向基木与路线垂直。隧道洞口段设计埋深均较浅桩号段：ZK6+905-ZK6+940、ZK7+430-ZK7+768、YK6+893-YK6+925、YK7+730-YK7+772。ZK6+905-ZK6+940及YK7+730-YK7+772洞口段存在浅埋偏压，洞口端埋深在0-15mo隧道地表坡积覆盖层平均达6-7ni,地表覆盖层地质主要为坡积粉质粘土，全风化粉砂质泥岩和强风化云母片岩，隧道地质情况复杂，隧道洞口段I韦I岩属于第四系坡积层粉质粘土及寒武系全风化粉砂质泥岩，岩体破碎，结构松散，围岩稳定性差，且出口端裂隙较水丰富；洞身围岩主要为松散状构造角砾夹粉质粘土、泥质灰岩、泥质灰岩夹泥岩，节理面破碎泥质充填物、风化严重，强度低稳定性差，同时裂隙水较丰富以线状渗流为主。总体分析隧道地质：浅埋、偏压、破碎，开挖后易失稳，易冒顶、坍塌。二、施工方案根据现场情况和工期的需要，隧道进、出口端采取同时开挖，左、右线前后交错平行作业掘进。洞口处存在偏压，各洞口端采用长40m大管棚进行超前预注浆，加固围岩松散地层，在开挖血形成簿壳，整体受力，发挥拱环效应，有效防止拱顶变形，地表塌陷、下沉，边仰坡面失稳，防止并缓解偏压影响,解决隧道洞口开挖的困难。超前支护加固地质围岩后, 以20b工字钢钢架喷锚复合式支护，在监控量测技术的指导下顺利进行•隧道开挖作业。三、管棚设计（一）管棚设计参数1.管棚棚管采用钢花管采用e108壁厚6mm热轧无缝钢管，注浆孔采用梅花形布置,孔径10価,孔距为30cm,尾端3ni范围内不设注浆孔,钢管导向端做成尖形，承压端与套拱内18工宁钢焊接成整体。2•管棚布置在开挖断面拱部132。51735〃范围内，环向间距为50cm,布置管棚33根。3•钢管长度为40in,当采用分段连接时节长采用3叭6m,钢管并用丝扣连接，丝扣长度为15cm,为保证受力均匀，钢管按3m及6ni错开布设。4•钢管沿隧道开挖轮廓线纵向近水平外插设置，外插角为1.5。o5.钢管施工误差径向不大于20cmo6•隧道纵向同一横断而内的钢管接头不大于50%,相邻钢管的接头至少须错开llTlo（二）注浆参数1•注浆采用水泥浆水灰比为1：1（重量比）；水泥浆与水玻璃体积比1：0.5O 2•注浆压力初压为0.5〜l.OMPa,终压为2.OMPa,浆液扩散半径：不小于0.5mo3•管口周边采用30号水泥砂浆紧密充填，增管棚的密实度，同时在管口上安装止浆阀有效保证浆液的压力，掌子面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。4•注浆前先进行注浆现场试验，根据实际情况确定注浆参数，扩散半径、注浆量等。5•单根钢管注浆量：Q=nXr2XL+nXR2XLXqXaXf3o式中：r——钻孔半径，0.13/2=0.065m；L——管棚长度，考虑与套拱连接，取42m；R——为浆液扩散半径，取0.5m；n——地层孔隙率，经测试为9%：a——浆液有效充填率，取0.9；B——浆液损耗系数，取1.15；单根管棚注浆量：Q=3.63m30四、管棚施工长管棚超前支护工艺程序为（见图1）：施工准备-套拱施工（安装导向管）-（搭）安设钻孔平台-安装钻机（确定孔位）-钻孔-管棚安装（封口）-清孔-管内注浆-进入下道工序。长管棚超前支护工艺程序（图1）定向和布孔依据设计图纸要求施作好管棚导向套拱并预埋好导向管。测量放样画出管棚孔位，并对大管棚孔位进行编号，相邻孔位误差不大于5cm,管棚 定向采用套拱预埋导向管：施工套拱，安装导向管，导向管长2m,导向管方向严格按外偏角设置并固定在钢架上。（二）钻孔1•钻孔前先检修钻孔机具，确保英正常运转，并检查气压能否达到施工要求，钻孔时严格根据导向墙中预埋的导向钢管进行钻孔。1.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1.5。,并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。2.为确保钢管能顺利顶进以及注浆扩散，钻头尺寸采用较人丁•设计管棚直径。4•钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹砂土层、孤石时，控制钻进速度，避免发生夹钻现象或钻偏。5•钻孔过程屮应根据实际情况采取各种措施确保成孔质量。6•认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为分析后期注浆效果的依据。7.为了确保浆液扩散效果，先施钻奇数孔口并完成压浆后再施钻偶数孔口。（三）安装管棚1•钢管按施工计划提前预制加工，按设计耍求进行分段，并运到施工现场。2•成孔后及时检查钢管打孔情况并尽快安装管棚钢管，防止坍孔，钢管逐节顶入，采用丝扣连接。3•钢管顶入后，将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实，并在外露端焊上止 浆阀与注浆管口连接牢固，严格检查焊接强度和密实度。（四）管棚注浆1•施工准备。首先检查机械是否正常运转，管路是否通畅。合适的浆液配比既能提高浆液的扩散加固范I韦I乂能控制浆液的胶凝时间，因此在确认机械止常后应先做压浆试验，确定注浆参数无误，再止式压浆。2•注浆。水泥浆拌制均匀，注浆采用间隔形式进行，过程中要随时检查压浆泵的压力数据是否正常，同时要检查孔口、邻孔、其他坡面处有无串浆现象，如有串浆，立即停止注浆，采用锚固剂、速凝水泥砂浆等进行封堵。3•压浆结束标准。采用压力和注浆量双指标控制。每根管的注浆结朿与否，不能以时间来判断，而是以注浆压力来控制，当进浆量小于20~25L/min；注浆压力逐步升高，达到设计终压后稳定lOmin以上，该管注浆才可结束。注浆结朿后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。4•效果检查。在施钻偶数孔口过程屮应加强对孔口岩屑的观察，检查浆液渗透及周结状况，根据岩屑及压力浆量曲线分析判断，没达到设计耍求时，在偶数孔口压浆过程中应进行加大注浆量，确保注浆加固效果。同时在完成注浆固结12小时后才可进行开挖施工。 五、施工效果隧道进洞后50米的洞身开挖过程屮通过3个断面的量测数据反映变形观测情况显示，拱顶下沉量最大沉降速率2.4mm/d,一个月的累计最大下沉量为17mm,开挖后第7天沉降速沉率开始＜0.lmin/d,水平收敛最大为1.5mm/d,一个月的最大收敛为4mm,开挖后第4天收敛开始＜0.lmm/d,拱顶沉降与周边收敛数据均在设计及规范要求内，长管棚超前支护在洞口松散地段发挥了整体支护效果，顺利通过隧道洞口软弱地段，保证了进洞的安全，实现了早进洞、少开挖的隧道进洞原则，达到了预期的效果。六、管棚作用机理分析根据施工情况分析长管棚超前支护技术的作用：通过管棚注浆，使拱部开挖线外周边围岩预先形成加固的保护环。而加固环发挥自然“承载拱”的作用，承受拱上部的地面荷载和岩层重量,使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力，从而创造了理想的开挖条件。在管棚支护、径向中空锚杆注浆等联合支护作用下将开挖破坏后围岩主要压力自然转移至周边注浆加固围岩，使隧道支护本身承受极少部分围岩压力，充分发挥支护与围岩本身共同作用进行支护来维持支护的稳定。在浅埋地质破碎地带超前大管棚充分发挥了锚喷联合支护的作用。形成整体支护，有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。洞口管棚杆体本身在套拱及后续开挖型钢支护与未开挖岩体支护下形成一自然托梁整体。防止了地表下沉及将受到的围岩压力平均分配到洞身周用，人大减少了囤岩传递给初支的荷载。七、总结小迳凹隧道洞口段采用超前长管棚施工，已安全顺利完成进洞施工， 进一步说明超前长管棚支护对于各种特殊、困难地段有足够的可靠性能与较好的适用性，对各种不良地质处理能够取得良好效果。同时从管棚施工的实际过程来看，钻眼较深，钻孔工艺耍求技术高，遇到的地质情况复杂，需要不断总结经验，提高成孔率和成孔速度。管棚注浆时，由于地质条件不同，压力的控制和注浆量的确定以及注浆终孔的判断比较难。还需在施工中不断总结，积累经验。