公路隧道大管棚超前支护施工技术分析

郑和武

(广西桂东高速公路有限公司，广西 贵港 537300)

0 引言

在公路工程中，隧道工程是不可或缺的重要组成部分。在隧道施工中，为确保作业安全，需要在开挖的过程中，采取相应的预支护技术，防止隧道出现坍塌。管棚支护能够抑制隧道围岩变形，可以增强围岩的承受能力，有助于降低施工作业对围岩的扰动程度，大幅度提升了隧道施工的安全性。正因如此，管棚超前支护技术在隧道工程施工中获得了广泛的应用[1]。本文就公路隧道工程的大管棚超前支护技术进行浅析。

1 工程概况

梧州至柳州公路人仔顶隧道位于广西壮族自治区平南县丹竹镇家吕村至小汾村，全长1.25 km，隧道最大埋深约142.15 m；隧道设计纵坡为1.4%～2.30%。在进出口的位置，设计采用大管棚超前支护技术对洞口进行加固，管棚长40 m，管棚采用外径φ108 mm、壁厚4.0 mm的热轧无缝钢管，环向间距为0.45 m。施工时钢管沿隧道周边以1°外插角打入围岩，插入钢筋笼，再以水泥-水玻璃浆液进行注浆填充密实。本文重点对大管棚超前支护技术的施工要点进行分析。

2 公路隧道大管棚超前支护技术

2.1 测量放线

套拱施工前先对隧道仰坡进行封闭防水，并完成洞顶截水沟，只有做好相应的排水、防水措施，保障洞口安全稳定后方可进行套拱施工。首先对线路中线和线路水平进行复核，如洞口仰坡存在较大挖方工程量或者高仰坡，则及时会同设计代表进行现场调查，适当调整隧道进洞桩号，尽量满足隧道“早进洞”“晚出洞”的原则。其次在仰坡面上根据已测量确定的线路中心线控制桩的高程控制点，标识出隧道外拱顶标高、隧道中心线，并在仰坡面上画出外拱弧。外拱弧根据暗洞开挖轮廓线确定具体尺寸，根据外拱弧进行套拱立模。套拱内外模高度要根据其里程要求进行确定，且立模高度需考虑沉降量。

2.2 安装工字钢

在导向墙内安设半径为5.9 m、间距为0.5 m的工字钢架，共4榀，用以增强管棚刚度。按照设计要求控制每榀工字钢架中各节的弧度和尺寸，将连接板焊接到钢架两端，并用4套螺栓、螺母连接牢固每榀工字钢架的各个单元，要求连接板与钢架紧密贴合。在加工完工字钢架之后，将其放在水泥地上试拼，控制好拼装的误差。周边拼装误差不得超过±3 cm，平面曲翘应≤2 cm；采用钢筋环向连接每榀工字钢架，工字钢架间距1 m；将钢筋焊接在钢架上，提高钢架的刚度。在安装工字钢架时，应根据设计要求的中线和水平位置架设钢架，控制好垂直度、横向高程的误差，垂直度误差应≤±2°，高程误差应≤5 cm。在稳固的地层上安装工字钢架，钢架拱脚高度不得高于开挖底线15～20 cm；若开挖深度超出设计要求，则应当将混凝土垫块或钢板垫在拱脚处。应保证混凝土灌注时全面覆盖到钢架上，要求保护层厚度必须>50 mm。在工字钢架安装时，要求其底部混凝土保护层厚度应≥25 cm，也就是钢架底部与内模顶面之间要保持至少25 cm的距离。

2.3 埋设导向管

导向管在工字钢架架设完毕之后进行埋设，选用φ127 mm、壁厚为4 mm、长度为2.0 m的导向管，要求导向管为钢管且无接缝，根据管棚间距确定环向的间距。按照设计要求，在工字钢架上焊接导向管，以保证在混凝土灌注时不发生导向管位移现象。在焊接之后，用螺纹钢环向箍对导向管进行加固，加固层数为四道，并将环向箍一并焊接到工字钢架上。严格控制导向管的偏差，其中心线位置偏差必须在±10 mm范围内。根据设计要求确定导向管的纵向位置和环向间距，具体安装过程为：在工字钢架顶面对导向管的安装位置进行标定，按照已确定的间距和角度布置导向管，要求除线路纵坡之外的外插角控制在1°～3°，导向管方向与线路方向一致，并且处于平行状态。通过采取上述安装方式，可避免管棚钻机钻孔对洞身和断面造成破坏。在导向管安装时，要采取固定措施将导向管抵紧端模，防止混凝土浇注施工时混凝土进入导向管，进而造成导向管堵塞。

2.4 钻孔

(1)根据管棚钻机的可调控范围确定钻机平台的高度，钻机平台应根据从高到低的钻孔顺序逐步降低高度，使平台位置与钻孔顺序相匹配。

(2)在钻机就位后，对钻机位置进行调整，要求钻机钻杆轴线与导向轴线相吻合。钻机平台搭设要稳定牢固，满足承重要求，并且充分考虑沉降量，避免钻孔过程中因平台摆动或沉降影响钻孔质量。对钻孔斜度进行测量，严格控制斜度误差，若超出误差范围，则要立即进行纠正；若在成孔之后仍然没有纠正误差，则要对该孔进行封堵，并重新钻孔；若在钻孔过程中发生卡钻或塌孔等问题，应对孔内注浆，待问题解决后恢复钻孔施工。认真记录钻孔深度、方位角等信息，观察钻孔取芯情况，通过取芯判断围岩性质，实现围岩超前探测。成孔后立即清理孔内杂物，为下道施工工序做准备。

2.5 管棚制作安装

(1)为防止成孔后出现坍孔问题而导致孔内堵塞，应在成孔后立即清孔，并搭设脚手架平台进行下管。下管时尽量采取人工推拉顶进的方式，配备6～10名施工人员，也可辅以挖机推进的方式下管。

(2)管棚施工先打钢花管，在管内注入水泥浆液，检查注浆质量，而后再打钢管。钢花管与钢管都要选用无缝钢管，直径为108 mm，壁厚为4 mm。管壁四周钻4排φ12 mm压浆孔，间距15 cm，呈梅花型布置，距离管尾45 cm以下的部位无需钻孔，将该段作为止浆段。采用长度为3.0 m钢管与6.0 m钢管交错布置为第一节钢管，在第一节钢管之后均采用长为6.0 m的钢管，以保证钢管接头错开。控制好同一界面上钢管的接头数，一般不超过钢管数量的一半。

(3)在安装管棚之前，清理干净成孔内的杂物，要求孔深与孔径符合设计要求，孔径应>127 cm，以避免孔径过小易造成堵孔。采用顶进安装工艺连接钢管，将长度为15 cm的丝扣固定在钢管接口处，内车与外车丝扣长度分别为30 cm和15 cm。根据设计要求控制好管棚加工的精度，保证管与管之间的密封良好。

(4)将钢筋笼安设在管棚内部，增强管棚的抗压抗弯能力。钢筋笼选用螺纹钢焊接而成，将4根螺纹钢作为主筋，布设间距为20 cm的φ6.5 mm加劲箍。

(5)安装套拱内外模板及浇筑混凝土。该隧道进口端采用常规套拱施工工艺，采用木模，并将各项检测指标详细记录；出口端采用预压和套拱拱脚基础换填等措施，并改用钢模，将两者作为试验对比。由于人仔顶隧道出口端洞址位于冲沟附近，常年被积水浸泡，导向墙及套拱基础软弱，基底承载<150 kPa。因此在套拱立模前将套拱基础进行翻挖加深处理，并将原设计M10浆砌片石改为钢筋混凝土基础。为确保消除模板及地基的不均匀沉降，支架、模板和拱架的弹性变形、非弹性变形等，人仔顶隧道出口端套拱模板采用沙袋预压法。通过上述措施，隧道套拱施工质量、外观等均较以往有较大提升。经过整理检测数据，出口端混凝土厚度均不小于设计值，平整度<10 mm；而进口端混凝土厚度整体偏厚，虽然满足设计要求，但是厚度不均匀，平整度为10～20 mm。

2.6 浆液灌注

(1)在管棚与钢筋笼安装完毕之后灌注水泥浆液，水灰比为1∶1，按照由低到高的顺序对孔位注浆。在钢花管注浆时，根据实际施工情况和施工经验调整注浆压力，一般控制在0.5～2.0 MPa。在钢花管注浆完成后用M30砂浆进行钢管充填。

(2)在注浆过程中，因管棚间距较小，所以应尽量在成一孔之后就进行注浆，以免对多孔进行注浆时造成浆液串孔，进而堵塞相邻钢花管。同时，成孔后立即注浆还能够有效固结破碎岩层，减少相邻钻孔掉块、卡钻等情况发生，有助于提高施工效率。

(3)注浆前封闭工作面，采用混凝土喷注结合方式设置止浆墙，避免浆液回流。在注浆过程中，先对单号钢管进行注浆，待注浆完毕后，再对双号孔位进行注浆，便于检查注浆质量。注浆采用逐孔注浆法，按照由底到高的顺序施工。根据注浆材料和实际施工情况确定注浆压力，一般注浆压力为1.0～2.0 MPa。在单孔注浆时，对注浆量和注浆压力严格把控，若注浆压力难以达到设计要求，则可采用间隙注浆法，控制好注浆量；将注浆管直接深入到管棚0.2～0.5 m处进行注浆；对注浆管进行编号，详细记录每个注浆管的孔号、注浆时间、压力、用量、水泥品种等信息，便于日后工程验收。在注浆过程中要检查灌浆质量是否满足设计要求，必须达到密实、饱满，以保证管棚具备良好的支护刚度。待管棚注浆完毕后，用钢板焊接到钢管口，对注浆孔进行封堵，将阀门安装到注浆管处，封闭严实堵头。

3 结语

公路隧道施工是一项较为复杂且系统的工程。为确保管棚施工过程安全、有序进行，施工方案要随时和现场情况对比并进行动态调整。如现场地质、地形、地貌情况发生改变，则需要及时调整施工方案。同时结合项目自身特点，采用与之相匹配的机械设备，达到工程进度快、质量优、成本低的效果。本文以梧州至柳州公路人仔顶隧道工程实例为依托，对大管棚超前支护的施工技术要点进行分析，在工程中，通过该超前支护技术措施的运用，为隧道施工提供了技术保障。