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超前管棚支护在软弱围岩隧道施工中的应用

2020-03-07孙赞田伟

工程建设与设计 2020年2期
关键词:管棚孔口钢管

孙赞,田伟

(95338部队,广州 510000)

1 工程概况

本文选取某市市政工程隧道施工为进行具体分析案例。该隧道长302.5m,施工过程中,最大开挖跨度为12.58m。实地考察发现,该隧道工程所在位置为软弱围岩地段,具体考察可知,该地段围岩为5级和6级软弱围岩。实地考察发现,该隧道工程进洞段洞顶覆盖层厚度在4~5m,隧道拱顶岩体很薄,拱顶覆盖层厚度较小,跨径较小,说明该隧道工程属于超浅埋隧道,难以保证隧道施工质量。另外,隧道洞口上部存在大量人工堆积土料,这些土料非常松散,土层下部为破碎的岩石,具体包括石英岩、花岗岩等,已经严重风化,填充物为亚黏土,因此可知,这一地段的围岩属于软弱松散围岩,其强度较低,稳定性较差,很容易发生垮塌,进而对隧道的顺利施工产生负面影响。基于以上分析,需要在施工过程中,在隧道洞口位置实施超前管棚支护措施,为后续施工的顺利进行打下基础。

2 预支方案比选

当前,针对隧道施工的超前支护方法种类较多,主要包括超前锚杆、超前小导管注浆和超前管棚支护等。不同的超前支护技术具有不同的优点和施工要求,其中,超前锚杆和超前小导管注浆在施工过程中操作简单,而且施工技术难度较低,不需要复杂的机械配套设施,具有良好适应性,其不足之处在于支护长度较小,一般仅能够支护3~5m的距离。部分情况下,由于锚杆和导管依然处于围岩滑移面内,因此,难以实现预期的支护效果。这种情况下工作面很容易失稳,因此,容易造成严重的施工危险。

超前管棚也是超前支护的一种技术,具体施工过程中,需要在隧道等衬砌外周边对应弧线位置进行钻孔,在此基础上安装相应的钢管,然后实施灌浆,最终实现对围岩的固定作用[1]。通过超前管棚支护施工,能够促使隧道拱顶形成稳定性良好的伞形保护结构。这种支撑结构能够有效实现对隧道拱顶的支撑,避免上层土层发生坍塌,为后续掘进和施工打下基础。

3 管棚设计

3.1 套拱设计

为了保证管棚施工的顺利进行,以及起钻支点的和钻孔的准确性,需要在隧道拱部衬砌对应位置设置混凝土套拱,结合工程具体情况,将套拱厚度设置为600mm。套拱的作用在于为后续超前管棚支护实施导向作用,还可以达到对相关设施的固定作用。

3.2 主要技术参数

根据隧道工程所在地的围岩的实际情况以及施工需要,综合考虑洞口破碎围岩长度以及具体的钻机施工能力,对超前管棚支护设置相关参数。具体来讲,超前管棚支护的总长度为24m。并对管棚的结构、材料进行科学的选择和使用,本次施工中选用Q235钢管,在钢管上实施交错钻孔,然后实施支护。本次工程共使用钢管31根,长度为744m。

3.3 钢筋笼

为了提高导管整体强度和稳定性,需要在导管内部加上4根相关规格的钢筋,从而形成稳定性的钢筋笼,并以无缝钢管作为其外部固定架,提高其整体稳定性和强度。

3.4 注浆

结合实际需要选择砂浆材料,本工程以采用M30水泥砂浆。注浆过程中,需要确保砂浆充分填充钢管空隙并达到一定的密实度,还需要对其进行检验和监测,结合压力、注浆量进行考察,确保达到最佳稳定效果。

4 管棚施工

4.1 套拱施工

套拱施工主要包括以下步骤:

1)土模施工。开挖过程中,需要结合当地的实际情况做好设计和施工,利用套拱的土料作为后续浇筑的土胎膜,并针对超挖部分进行回填。

2)拱架制作安装。制作需要使用的钢架,并注意预防钢架在运输施工过程中发生变形。在安装过程中,使用相应的锚杆对钢架进行固定,保证钢架的稳定安装。

3)孔口管安装。在钢拱架上准确确定相关孔口管的方向,并实施焊接,需要注意利用水平仪对其进行检查,确保孔口管的上仰高度,并对其上仰高度实施有效确定。

4)套拱混凝土浇筑。完成孔口管的安装后,需要迅速开展套拱的混凝土施工,施工过程中,需要确保套拱内部混凝土保持对称,以避免拱架发生变形,或者对孔口管的方向产生严重影响。

4.2 钻机安装就位

超前管棚支护施工过程中,管棚的钻孔采用相应的工程钻机,这种钻机具有良好的钻进能力,而且操作过程比较简单,同时,其安全性良好,因此,具有良好的使用价值。实践施工过程中,钻孔直径在110~130mm,钻进深度最大达到60m。

4.3 钻孔及钢管安装

钻机安装好后,要根据实际情况对其钻杆进行调整,确保钻杆位于导向孔的正中间;在钻孔过程中,一般从中间开始,然后向两边转移。早期钻进过程中,需要控制速度,当钻进达到1~1.5m时,合理调整速度,钻进2m时,停止钻进,接入钻杆,继续进行钻进,达到相应深度。如果钻孔过程中出现坍塌等情况,需要实施注浆,然后再次实施钻进,确保达到良好的孔道施工效果。

4.4 注浆

注浆前,需要填充密封导向管和钢管之间的缝隙,一般使用塑胶泥进行密封。完成密封后,安装止浆塞,并实施压水试验,根据实验结果,利用水泥和水玻璃进行注浆,需要根据工程需要科学控制水泥浆与玻璃比例,还需要科学控制注浆压力。

注浆过程中,为了避免液体快速凝固,需要加入一定的磷酸氢二钠缓凝剂。为了避免液体出现串流,需要科学控制注浆操作,一般要从孔道两侧对称进行。

5 结语

通过某隧道的施工案例进行分析得到以下结论:

1)在软弱围岩地区进行隧道施工,需要做好超前支护。如果隧道进洞口埋深较浅,洞口围岩条件软弱,可以结合当地实际科学实施超前管棚支护。在此基础上实施微台阶法施工,挖后及时进行锚喷网及钢支撑联合支护,同时,积极做好仰拱和衬砌的封闭,保证隧道顺利通过洞口段,确保施工安全。

2)针对软弱围岩地区实施超前管棚支护,能够有效避免常规分部开挖频繁的工序交接,这种情况下,可以有效减少临时支护施工过程中烦琐的安装及拆除,减少了工程施工量,降低了工程费用,不仅如此,这种操作还可以为后续机械化作业提供条件,因此,能够从整体上提高工程施工进度。在该段的开挖中,循环进尺控制在0.5~0.75m,日进度约为1.25m,实现了安全、快速施工。

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