公路隧道大管棚施工技术

李　云

(贵州省交通建设工程造价管理站，贵州 贵阳　550008)



隧道工程

公路隧道大管棚施工技术

李云

(贵州省交通建设工程造价管理站，贵州 贵阳550008)

摘要：介绍某隧道施工过程中的管棚工艺参数，着重分析在棚顶下断层破碎带内开挖与支护等施工工序对隧道围岩变形的影响过程，并根据监测的有关围岩变形时效曲线，得出了相应的阶段时间以及对应的开挖面到监挖断面的距离。

关键词：公路隧道；大管棚；施工技术

1隧道工程地质概况

某隧道为双洞双车道公路隧道。穿过地层系典型的背斜构造，以三叠系石灰岩、白云岩和泥质灰岩为主，岩层产状较稳定。断层及其影响带近垂直地穿过隧道东段，破碎带宽约40m，上盘为三叠系须家河一组灰岩，下盘为二叠系雷口坡组白云岩。隧道轴线方向近东西向，岩层相对开挖方向为顺倾，易坍塌。破碎带内隧道开挖断面积约80 m2，依国际隧道协会(I·T·A)标准属大型隧道。

隧道所在地区地表相对高差在280 m以内，断层穿过隧道处的相应地表为缓坡地形。洞内地下水源点及其流量受季节影响很大。

2越过断层破碎带的有效措施——管棚法

管棚是目前国内各工程局、隧道局施工隧道的常用辅助措施，它由钢管和钢架构成。该隧道的管棚施工参数如下：

钢管：φ80 mm的无缝钢管，沿隧道拱顶及两边墙轮廓纵向水平设置。钢管中心距为30～50 cm，丝扣联接。考虑XY-2B型钻机施工，允许10°之内的外偏角。钻孔完毕后，集中用KBY-50/70型液压注浆泵向管内压注水泥浆液。

钢架：系φ22 mm的20MnSi钢筋焊接而成的格栅构架，纵向间距0.75～1.0 m。格栅钢架取材容易、加工简单、安装方便、与混凝土粘结力强，并和锚杆等初期支护手段形成隧道建造中的实际承载结构。

考虑到单液水泥浆开挖时间为注浆后8 h左右及开挖面的安全，同时 必须面对工作面前大型工作平台的拆除、运出等具体工作，在注浆或一周左右恢复开挖面的推进。

3隧道监控面及其测线布置

3.1收敛计

SWJ型隧道净空变位测定计：重锤一百分表型，系铁科院西南分院研制产品。考虑到本隧道施工监测中安装方便、迅速读数而进行了自行改进。

KM—1型收敛计：弹簧—螺旋测微型，系中信岩土测试仪器公司的新型专利产品。

3.2监控面及测线

施工监控面间距为5～10 m，采用四测线布置形式。

4管棚护顶下隧道围岩变形过程分析

该监控面是在提前完成的管棚护顶下布置的，并在爆破前2 h初测。12 h后复测时，围岩向内空水平挤入4.33 mm，变形速率达8.66 mm/d。于是停止开挖，4.5 h后又测，变形量增至5.02 mm。可见在管棚作用下恢复开挖的初期，围岩变形速率是很大的，这反映了软弱破碎带围岩变形大且快速增长的特点。1.54 d后，初喷—打设砂浆锚—挂钢筋网—复喷—架钢架—又喷混凝土构成的初期支护工艺已经完成。随着混凝土的固结和砂浆锚杆约束作用的发挥，快速增长的围岩变形态势得到了有效控制，变形速率降至3.02 mm/d。由此看出及时完成初期支护，可从很大程度上控制隧道围岩的变形趋势，以维持隧道净空必要的大小和形状。在混凝土抗压强度接近其28 d龄期强度的70%时，监测到隧道净空出现扩张现象，变形回弹了0.23 mm。对隧道壁面进行的细致观察表明喷层完好，锚杆无拉出或拉断现象。此时，变形速率已降为初始变形速率的1/7.66,急剧下降的速率曲线平缓下来，围岩变形量增长曲线出现第一个台阶状变化。第八天恢复全断面钻爆掘进，围岩变形增量又陡然增至1.27 mm，变形速率曲线上出现一个峰值(1.1 9mm/d)。这是由于开挖面的支撑效应以及开挖断面与后方支护及两侧邦岩体构造的穹窿空间作用所致。当紧随开挖而布置的辐向砂浆锚杆不足以将围岩与支护结构有效结合时，在松散土岩表面形成的薄壁壳状支承体只是相对稳定结构，在一定的应力或变形限度内是能够维持其动态平衡的。随着开挖面向前推进，穹窿空间不断扩大，壳状结构经受外力冲击的能力逐渐减弱，决定隧道结构稳定性的是围岩和支护界面的接触条件及其有效接触应力，而隧道断面的变形、围岩位移及其随时间变化的特性是衡量该结构动态的可靠指标。因该隧道岩层为较规律的沉积岩层，在其窿起形成背斜构造过程中，岩体间原有粘结力遭到破坏并在不同程度上降低了强度，但同时增强了垂直于岩层界面的法向挤压力，并积蓄了一部分变形能，爆破开挖导致岩体变形能的释放，引起裂隙张开和向净空突然的位移，于是围岩变形出现加速现象，即预示着现有支护系统需要加强。为减少围岩暴露面，增加施工安全感，开挖循环完成后，迅速将格栅钢架和喷锚网支护延伸至工作面附近。此时变形速率降为1.01 mm/d。变形曲线斜率出现减小，出现第二个“台阶”。开挖面距监控面仅为0.39D(D为隧道开挖宽度)。之后，开挖面连续向前推进5m(每次进尺1～1.5 m)，在刚恢复掘进的短时间内围岩变形量增至10.14 mm,变形速率曲线上出现峰值，但在连续均匀进尺时，围岩变形却增长缓慢，变形速率降为0.88 mm/d。分2～3次喷射混凝土后，再次监测到隧道净空出现水平扩张现象，位移量为0.22 mm，形成第三个台阶状增长曲线，这时开挖面距监控面为0.79 D。如此循环下去，当距开挖面1.18 D时，围岩变形出现出现第四个“台阶”，但台阶高度已明显减小。在即将进入前方二叠系雷口坡组地层时，沿弧形拱顶打设了φ50 mm小管棚后，围岩变形得到进一步控制而变得平稳，速率变化量趋于零，加速率几乎为零。仔细观察混凝土层，未出现裂纹，锚杆、钢架亦正常，表明围岩—支护结构进入了基本稳定状态。

5结论

管棚护顶下，软弱破碎围岩的变形—时间曲线受施工工序影响而明显的台阶状增长，“台阶”高度随时间延长，开挖面的向前推移而越来越小。在开挖面距监控面0.5 D之内，围岩变形增长很快，当此距离达到2 D时，围岩便基本稳定下来。fv34保持施工循环的正规连续性，利于围岩变形快速收敛而趋于稳定。大管棚护顶下加设小管棚能加快围岩稳定的进程。隧道内空扩张现象是围岩—支护结构受力调整的反映。

参考文献：

[1]韩文忠长管棚在临吉高速公路隧道浅埋段施工中的应用[J].北方交通，2009.

[2]叶飞，霍三胜，常文伟.公路隧道穿越软弱破碎煤系地层及采空区施工安全控制技术[J].公路，2011，(6)：199-204.2

收稿日期：2015-11-15

作者简介：李云(1975-)，女，高级工程师，研究方向：造价审查.造价监督。

中图分类号：U455.4

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)06-0154-01