浅埋偏压小净距隧道洞口段施工技术

曹双军

（中铁大桥局集团有限公司东北分公司，辽宁 沈阳 110179）

1 工程概况

大荒沟隧道是丹通高速公路的组成部分，位于丹东市宽甸县青山沟乡弯沟村-本溪市桓仁县向阳乡和平村之间。隧道净宽10.25m，净高5.0m，隧道丹东端左右线隧道间距范围为24.095m-14.812m，洞口位于斜坡带上，存在一定程度偏压，且埋置深度较浅，属于浅埋偏压小净距隧道。

隧道顶板及局部隧道洞身以残破堆积碎石土、全风化岩石为主，无自稳能力，无支护时宜发生坍塌，因此施工时必须对围岩采取一定程度的加固措施。

2 管棚施工方法

管棚适用于松散堆积体、有夹层孤石堆积体等不良地质条件下的洞口加固处理，与常规锚固方法的区别有以下几点：（1） 孔深超过10m，钻孔采用专业钻机；（2） 孔径大（3）以大孔径钢管作为杆体，进行高压注浆填充裂隙、粘结松散岩石达到稳定围岩的目的。本隧道管棚区段设计长度为30米，钢管长度为设计区段长度加套拱长度2.0m及与超前注浆小导管纵向搭接长度2.0m，共计为34米，管棚钢管数量为35根。

2.1 管棚设计参数

（1） 钢管规格：热轧无缝钢管Φ89×6mm，节长4m、6m。

（2）管距：环向间距40cm。

（3）管棚倾角：仰角1.0°（相对于洞轴线），方向：与路线中线平行。

（4）隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少需错开1.5米。

（5）管棚注浆采用水泥-水玻璃双液浆，注浆用水泥浆水灰比为1∶1，水泥浆与水玻璃的体积比为1∶0.5，注浆压力为1.0-1.5MPa。

2.2 管棚施工要点

2.2.1 施作混凝土套拱作导向墙、管棚定位

采用C25混凝土套拱做管棚固定墙，套拱在明洞外轮廓线以外，紧贴掌子面施做，套拱内埋设用2榀I18工字钢和1榀I20a工字钢制作而成的钢拱架作为横架，与管棚钢管焊成整体，支撑稳固后，内外模采用5cm木模安装，按设计布筋和安装孔口管，保证布筋、孔口管的位置和角度准确，然后进行套拱砼的施工，待套拱砼强度达到85%时开始长管棚的施工。

2.2.2 搭设钻机施工作业平台

作业平台采用方木按“井”字形搭设，依据孔位依次搭好，方木间以扒钉连接牢固，防止钻孔时钻机摆动、倾斜、不均匀下沉而影响钻孔质量。

2.2.3 钻进作业

根据地质条件和施工条件，从高孔开始，由中间往两侧方向对称进行施工，钻孔时钻机距工作面距离一般情况不少于2m，钻机摆设钻杆方向与导向管方向一致，钻孔并顶进长管棚钢管。

开钻时，先低速低压，等成孔几米后，再加速加压。钻进过程中，必须沿钻机位后定下来的基线钻孔，随时检查钻孔方向的准确度，根据地质情况的变化，选择不同的钻头，当遇坚硬孤石不能钻进时，采用冲击钻头，把岩石击碎，遇到普通稍软岩石或土质时，采用合金管钻进行钻进。钻进过程中岩土对管壁的阻力较大，开孔采用Φ110mm钻头，以便于钢管容易顶入，钻进过程遇特殊复杂地层，如不能钻进或难以成孔时，采用预注浆加固钻进成孔；必要时采用加长岩芯管（跟管钻进）的办法。

钻孔参数：钻孔直径：Φ110-119 mm（比钢管直径大21～30mm）

钻孔平面误差：径向不大于15cm

钻孔时的孔斜预防措施：导向管导向、扶正器扶正钻具、测斜仪检查，发现偏斜、岩心管扫孔检查控制，发现孔斜超过允许范围，则停止钻孔，进行注水泥浆充填，凝固后重新钻孔。

2.2.4 扫孔

用Φ108mm岩芯管进行扫孔，目的是清除孔内岩碴和顺通孔道。岩芯管长度不小于2.5m为宜，长度稍长更好。如遇下管困难，连续扫孔几次，同时借助高压空气吹洗，直到孔内清扫干净。

2.2.5 管棚钢管制作及下管

Φ89 mm钢管管壁钻注浆孔，布孔以梅花型布置，孔径为12mm，孔间距为20cm，导管尾部留30cm不钻孔的止浆段，导管加工成4m、6m长两种规格。为使钢管接头错开，加开钢管时将钢管进行钢节编号，根据加工的钢管节搭配好并做好记录待用。

下管时，当孔壁不易坍塌时，采用直接撞击法将导管撞击至设计位置，当孔壁容易塌坍时，用导管与钻头同时钻进的方法。管节间采用丝扣连接，丝扣长15cm，为使管间接头错开，且两组管棚间纵向搭接长度不小于1.5m的要求，编号为奇数的第一节管采用4m钢管，编号为偶数的第一节钢管采用6m钢管，以后每节钢管如果顶进遇到故障，顶不进时，查清原因，必要时重新扫孔后再将钢管顶进。下管后Φ89 mm钢管与Φ127 mm孔口导管焊成一体。

钻进过程中地质情况判断：根据钻进的速度，岩土取芯，司钻压力等情况判断此钻孔管段地质情况，并及时作好施工记录，根据记录数据绘制地质剖面图和展开图，为开挖施工提供参考。

2.2.6 注浆

管棚按设计位置，根据实际施工地质条件，采用水泥-水玻璃浆液注浆，注浆机械选用两台注浆泵进行。

注浆前先进行现场注浆试验，确定注浆参数及缓凝剂掺入量，用于实际施工。注浆时要求：

A、注浆前在钢管中沿管壁安设φ15mm的塑料硬管至孔底，在管口（外端）处与堵浆塞排气孔相连接，作为排气孔（安设钢管盖和注浆阀门）。

B、注浆管与堵浆塞进浆孔相连，堵浆塞与导管间为丝扣连接。

C、注浆采用从孔口一次注入，为使管内浆液饱满密实，注浆时等排气孔有浆液流出，进行终压注浆，直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止，然后闭其阀门。

D、注浆结束标准：按单孔注浆量达到设计注浆量时，可作为结束注浆标准；注浆压力达到设计终压力并终压不少于20分钟时，也可结束注浆。

3 超前小导管注浆支护施工方法

本隧道管棚段落15m范围内及洞身浅埋段落拱部120°范围内采用超前小导管注浆支护技术。

3.1 施工方法

超前小导管安设采用钻孔打入法，先采用风钻按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，然后将钢管穿过钢架，用人工或风钻顶入，并用高压风将钢管内的砂石吹出。钢管现场加工，注浆泵压注水泥浆。

3.2 施工工艺流程

（1）根据设计要求选定合理的钻机、注浆泵。

（2）钢管加工。按设计要求选用钢管型号并下料，钢管采用Φ50mm，壁厚5mm的热孔无缝钢管加工制成，其长度为4.8m、5m。钢花管前部钻注浆孔，孔径为φ8mm，孔间距10cm，呈梅花形布置。为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋，尾部长度0.3m作为不钻注浆孔的预留止浆段。超前小导管和钢架配合使用，施工时钢管沿隧道开挖轮廓线周边以10°-20°的外插角打入岩层中，搭接长度不小于1.0m，从工字钢架间穿过，端部焊接在工字钢钢架上。

（3）断面测量，按设计要求画出钻孔位置。

（4） 钻机就位及按设计要求钻孔，并用用高压风或水冲洗。

（5）检查钻孔的倾斜度和方向。

（6）顶入钢管：人工配合风钻将钢管顶入；如遇故障，需清孔，然后再将管插入。

（7）注浆：将压浆管用铁丝绑扎与钢管尾断，现场拌制注浆液，用注浆机向管孔内注浆，由下至上的顺序进行。

3.3 超前小导管支护设计参数

（1） 小导管布置：环向间距30cm、40cm，纵向间距3m。

（2）小导管注浆参数：注浆采用水泥-水玻璃双液浆，注浆用水泥浆水灰比为1∶1，水泥浆与水玻璃的体积比为1∶0.5，注浆压力为0.5-1.0MPa。

3.4 小导管施工要求

（1）小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射砼，以防止工作面坍塌，

（2）隧道的开挖长度小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一次循环的止浆墙。

（3）注浆前进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，采用群管注浆（每次3～5根）。

（4）注浆量达到设计注浆量和注浆压力达到设计终压时可结束注浆。

（5）注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆。做好注浆记录，以便分析注浆效果。

（6）导管不得侵入隧洞开挖界内，相邻的钢管不得相撞或立交。

（7）注浆顺序由拱脚向拱顶进行。

（8）为保证注浆效果，必要时在孔口处设置止浆塞。

4 初期支护小导管及中空锚杆施工

中间围岩的稳定和加固是小净距隧道施工的关键，施工中常采用的加固措施有注浆小导管、水平贯通预应力锚杆、钢支撑等，本隧道洞口段拱部及墙部靠近中间岩柱侧系统锚杆采用Φ42X5注浆小导管加固措施，单根长度5.5m，环距为0.6m，纵向排距为0.6m。注浆采用水泥-水玻璃双液浆，浆液参数及施工工艺与超前小导管相同。

远离中间岩柱侧系统锚杆采用Φ25X5中空注浆锚杆加固措施，单根长度为4.5m，环距为0.6m，纵向排距为0.6m。打设采用钻孔打入法。梅花形布置，间距按照设计要求，砂浆强度等级为M20。中空锚杆先插锚杆后注浆的方法。采用锚杆台车或凿岩机钻孔。为增加锚固效果，设置钢垫板及螺栓，钢垫板座浆以确保与围岩密贴。钻进至设计深度后，高压风清孔；检查锚杆孔中是否有异物堵塞；若有，应清除干净后，再将锚杆插入孔内，锚杆外露孔口长度满足安装止浆塞、垫板螺栓为宜；将止浆塞通过锚杆外露端打入孔口10cm左右，安装垫板及螺母，此时不宜上紧。注浆后在灰浆达到初始设计强度后，方可上紧垫板及螺母。

5 结语

浅埋偏压小净距隧道通过采用管棚加小导管和中间岩体注浆小导管施工技术，有效的将水泥-水玻璃浆液在压力状态下填充在破碎岩体空隙、裂隙及空腔内，达到了增强拱部及中间岩体的整体性和稳定性的目的，隧道施工顺利通过浅埋偏压段落的目的。