城市复杂环境下浅埋暗挖隧道管棚施工方法探析

华林林 王迪 马浩彭

浅埋暗挖隧道施工应严格遵循“十八字方针”。其中超前支护管棚工程是控制的要点，对后续开挖安全影响重大，特别是在城市复杂环境下，更要对管棚施工的各个环节提前策划、重点监控，确保措施的落实。本文以某下穿城市道路隧道工程项目为例，对城市复杂环境下管棚施工进行分析总结，并通过数据校核指导施工，保证工程安全与质量。

一、项目背景

市民大道管廊与凯旋路交叉段采用下穿暗挖形式。凯旋路为城市主干道，现场情况不利，地表沉降、围岩变形等难以控制。而浅埋暗挖超前支护体系能够有效地限制地面沉降并全面地保持自然地层在稳定状态，研究表明，地面的整个沉降量的30%～40%是在一般支护开始发生作用之前发生的，超前支护特别是管棚的实施对加固地层、稳定拱顶、减少地表沉降具有非常重要的作用。

二、工程概况

此次研究的项目为暗挖段地下综合管廊项目，总长75m，结构采用矩形箱涵断面，布置2个舱，结构外断面为6.35（宽）×3.7（高），净宽度分别为2.5米、2.6米，结构埋深约7m。

管棚材料采用直径108mm，壁厚δ=6mm的热轧无缝钢管；共52根（每端26根）每根纵向长度41m，管棚沿洞顶环向布设，间距300mm，注浆采用水泥单浆液。

三、工程特点及重难点分析

1.地层情况复杂。该段城市道路为新近高填方路段，土质以粉土为主夹杂砂土、建筑垃圾等，易塌孔、卡钻等，使得管棚钻孔困难。

2.地面交通繁重。该地区为正在建设的城市新开发区，作为该区域首条建成通车的城市主干道，车流量较大，特别是工程车等重载交通车辆多，对管棚质量要求高。

3.地下管线复杂。作为市政道路，埋设管线较多，包括雨污水、热力、电力、通讯、给水、燃气等，其中污水管线距离管廊结构顶仅63cm，对长管棚钻孔位置精度要求高。

4.结构受力条件差。本管廊为矩形箱涵结构断面，受力条件较差，容易引起拱顶沉降，对管棚超前支护能力要求高。

5.社会关注度高。工程位于新开发区，距离政府单位较近，周边群众关注度较高，管棚施工过程需严格控制，确保各方满意。

四、管棚施工方法及控制要点

超前大管棚为本隧道的主要超前支护，在隧道入洞之前在洞外实施，根据具体情况，决定选用孔口设密封装置“超强管棚导向跟管钻进法”施工，即选用R780高强无缝管做管身，成孔和打设支护管一次完成。其主要程序如下。

1.预埋孔口管，安装密封装置，封闭工作面。

2.用108mm×6mm管做钻具，前端装有导向探头（含回取装置），采用泥浆护壁，利用有线导向仪监控，随钻进，随调整，将支护管依次打入，同时将支护管接口焊接严密，直至达到设计长度。

图1管棚纵断面大样图

3.管棚施工工艺流程

钻孔部位围护桩破除—导向梁施工—修筑钻机平台—钻机进场—测量放线—钻机就位—试钻—跟管钻进—注浆。

4.管棚施工前准备

（1）孔位测定：钻孔前用全站仪定出管棚位置轮廓线，按孔间距定出孔位；钻孔面必须按要求先喷一层混凝土进行封闭，确保钻孔面不出现坍塌。围护桩破除采用手持风镐缓慢破除，尽量减少对防护体系的扰动。

（2）C30混凝土护座施工：护座采用C30砼，内设两榀I25型钢拱架，间距50cm，导向管采用φ152无缝钢管，环向间距30cm，纵向与线路方向保持一致。

（3）机械设备就位：进行场地平整后将钻机安装就位、固定。将钻机与其它辅助设备连接妥当、安全，按提前设计好的钻孔角度调整钻机倾角。

（4）组装钻具（钻头）

图2管棚施工钻头示意图

①取位置安放探棒；

②安装焊接泥浆系统单向阀；

③焊接楔形板（通常与钻杆角度为20°）；

④安装焊接水眼板（水眼为8mm）；

⑤配置泥浆，准备钻进施工。

（5）钻孔

钻孔前先检查钻机各部位运转是否正常,对非正常部位进行更换，检查水压能否达到施工要求；钻孔选用比管棚直径大20～30 mm合金钻头，在钢管一端管口焊接。钻机采用管棚钻机，隔孔施钻。

（6）注浆

①注浆材料根据设计要求采用1∶1水泥砂浆，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。

②注浆采用后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备有出气管与进浆管，由阀门来控制开关。

③关闭孔口阀门，启注浆泵进行管路压水试验,如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆压力。

④注浆时采取低压力、中流量注入，结束注浆后将管口封堵,以防浆液倒流管外。

⑤注浆结束标准及效果检查：每3m注浆总量不应小于设计注浆量的80%，单孔注浆量不能小于设计注浆量的60%；超过偏差时应补管注浆。

⑥注浆管制作

在管壁四周钻间距为100mm、孔径为16mm的花眼，梅花状布置，尾部留250cm止浆段，导管前端应加工成锥形。

图3管棚注浆孔示意图

图4管棚注浆过程示意图

五、结语

超强管棚跟管导向钻进技术的支护作用机理主要在于高强度（R780）无缝钢管、跟管导向精确定位、浆液固结三者的充分融合。一方面使用跟管导向钻解决位置偏差问题，避免了管棚钻穿相邻市政管线的风险并且使得管棚受力路线更加准确清晰；另一方面采用高强无缝管材提高了管棚的支承能力，减小了围岩变形；另外通过浆液固结作用，将钢管与周围松散、软弱的地层形成复合稳定的固结体，使周围土层的力学性质得到改变，稳定性能得到加强。

总之，在城市复杂环境下，特别是在重载交通、高填方、管线毗邻、矩形断面等情况下，本文所述浅埋暗挖隧道管棚施工方法体现了较大的适用性，对于隧道施工安全、道路保通、文明环保、群众满意度等方面都发挥了巨大的优越性，可为类似工程提供一定的经验参考。