高速公路隧道超前长管棚施工技术研究

赵 瑜

（山西长兴路桥工程有限公司， 山西 长治 046000）

1 工程概况

某高速公路隧道洞口位于浅埋段，围岩破碎，稳定性差，分布有软弱结构层。该隧道设计采用标准间距分离式上下行隧道，左右线长度均为1405m。隧道最大埋深198m，最小埋深6m，设计围岩等级为Ⅴ级。围岩裂隙纹理较发育，受裂隙水影响较大，围岩大多为强风化岩，自稳能力差。设计采用超前长管棚对洞口段进行超前支护，洞内采用超前小导管注浆加固。隧道洞内设计纵坡为3%，洞身轴线与地形线呈大角度斜交，交角为47°。隧道洞口段围岩主要为岩堆，斜坡覆盖碎石土，自稳能力差，且存在偏压，设计采用40m超前长管棚进行支护，以保证洞口段施工安全。

2 超前长管棚加固原理

超前长管棚是根据松驰荷载理论设计的，洞口位置采用套拱作为环向后支点，钢管作为纵向预支撑，在隧道开挖轮廓线外环向排列形成钢管棚，然后在管棚内部注浆加固管棚周边岩体，最终与初期支护结构仪器形成一个稳定的支护系统。超前长管棚适用于极破碎的地层、塌方体、岩堆等地段，可有效控制软弱危险变形、松弛、沉降，防止围岩出现塌方、冒顶等事故。超前长管棚支护能力强，可形成有效支护结构，提高围岩的稳定性，防止出现安全事故，保证施工安全。

3 超前长管棚结构设计

3.1 套拱设计

本隧道设计套拱长度为2m，内部设置工字钢和钢筋骨架，厚度为600mm，混凝土标号为C25。套拱可以有效保证超前长管棚施工的钻孔精度和安装位置准确，在套拱内设置导向管，导向管长2m，规格为Ф127 ×5 mm 无缝钢管，导向管焊接在钢拱架上，焊接牢固不松动。由于管棚长度较差，为了防止钻孔过程中侵入隧道开挖界限，导向管外插角选择为2°。套拱混凝土通常采用模筑施工，特殊情况下采取喷射混凝土施工。

3.2 管棚主要技术参数

本项目隧道洞口段围岩稳定性较差，所选超前长管棚的长度为40 m。管棚钢管采用规格为Ф108 mm×6 mm的Q235 无缝钢管。管棚管节加工长度为3 m 和6 m 两种，管壁上加工有注浆孔，孔位间距300 mm，呈梅花形布置。每节管棚第一节管棚头部加工尖锥，以便于施工，防止施工过程中钻渣进入。为了防止管棚注浆过程中漏浆，最后一节管棚尾部2m范围内不加工注浆孔。本项目超前长管棚共计39根，设计中心距为400mm，总长度为1560m。

3.3 钢拱架

为了提高导向管的刚度，套拱内设置工字钢4根，规格为20号，设计间距600 mm，连接钢筋选用Ф22 钢筋。

3.4 注浆

为了进一步提高管棚周边围岩的稳定性，采用水泥-水玻璃双液注浆进行加固。注浆采用注浆机进行，注浆过程中严格按照配合比进行浆液拌制。注浆过程中严格控制注浆量和注浆压力，如注浆过程中漏浆严重，可对漏浆部位进行封堵，暂停后再进行注浆，并适量加入水玻璃。

4 超前长管棚施工技术

4.1 施工准备

施工前组织施工技术人员进行施工安全和技术交底，阅读图纸，组织人员培训，并对施工现场地形地貌，水文地质等情况进行调查。根据设计图纸，结合施工现场实际情况，制定施工组织设计方案，确定人员、设备的组织和配置。

4.2 边仰坡防护

按照设计图纸进行测量放样，确定边仰坡开挖边线，边开挖边防护。本项目边仰坡防护采用锚杆钢筋网喷射混凝土联合支护，锚杆采用Ф22 钢筋，间距为2m，钢筋网选用直径8mm的盘条，网格尺寸为200mm×200mm。边仰坡开挖至套拱顶高程后，向下开挖洞面，为套拱施工提供工作面。

4.3 套拱立模

根据设计要求，选用4榀20号工字钢作为套拱内模支撑，连接筋为Ф22 钢筋。铺设竹胶模板或木模板，并使用脚手架进行加固，防止跑模。为了防止套拱施工过程中产生较大沉降侵入衬砌净空，套拱尺寸应外扩5cm。采用木模板作为外模，外部用钢筋固定，辅以架管、工字钢为外支撑。模板拼装应严密，防止走模漏浆，套拱拱部3m范围不安装模板，以便于混凝土浇注施工。为防止混凝土进入导向管，使用纤维袋或其他织物对管口进行封堵。

4.4 混凝土浇筑

混凝土浇筑选用C25混凝土，拌和时严格按照配合比进行，不得随意更改材料比例。混凝土坍落度控制在6～8cm，水灰比控制在0.43以内。混凝土浇筑应分层浇筑，分层振捣，采用振动棒振捣，以无气泡冒出为标准确定振捣完成。套拱两侧对称浇筑，两侧高差不超过50cm。为了防止混凝土走模，混凝土浇筑量不得超过4m3/h。浇筑过程中密切注意模板变化，如发现有走模危险及时加强支撑，漏浆及时封堵。混凝土浇筑完成后5d内使用土工布或土工膜覆盖养护，保证混凝土强度增长。

4.5 钻孔

当套拱混凝土强度达到设计强度85%时，可以开始钻孔作业。钻孔设备就位后，首先应确保主轴方向与孔口位置一致。钻孔从底部开始，并在钻孔过程中使用地质罗盘仪对钻孔仰角进行检测，如发现产生偏差及时纠正。钻孔观测中根据钻渣，钻进速度等对隧道围岩地质情况进行分析记录，应注意跳钻、卡钻情况。钻进施工前做好准备工作，备足易损消耗件，防止钻进施工中断。钻孔后及时进行扫孔、清孔，将孔内钻渣彻底清除。

4.6 顶管

管棚钢管管节加工成3m和6m两种，连接处采用丝扣联结。顶管施工采用挖掘机配合人工施作，第一节钢管加工有尖锥，先安装有注浆孔的钢管，最后一节选择尾部2m范围内无孔的钢管。顶管施工采用跳孔安装的方式，严格控制同一断面接头的数目，不得超过50%，相邻钢管接头错开至少1m，施工中可采用3m和6m交替安装的方式错开接头位置。

4.7 注浆

超前长管棚注浆可以加固管棚周边的围岩，填充围岩空隙，提高围岩的稳定性。本项目注浆采用水泥-水玻璃双液注浆，注浆扩散半径不小于0.5m。注浆施工前先进行试验，确定注浆速度、注浆压力等施工参数，保证施工的顺利进行。注浆结束通过注浆量和注浆压力控制，单孔注浆量不得少于设计注浆量的80%。达到设计注浆压力并持续2min以上，可结束注浆。注浆采用先上后下的顺序，注浆前在周边作业面设置止浆墙，防止漏浆。注浆完成后在管棚钢管内紧密充填M30水泥砂浆，以提高管棚的刚度和强度。

5 结语

文章通过对某高速公路隧道超前长管棚的设计要点和施工工艺进行阐述，总结了施工要点，提出了质量控制措施。实践证明，采用超前长管棚支护可有效提高隧道软弱破碎地段、浅埋段围岩的稳定性，保证施工安全。本项目洞口段开挖后发现围岩稳定性明显提高，拱顶超挖较小，说明达到了预期的加固效果。