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大管棚超前支护在隧道下穿高速公路中的应用 曹虎 （中铁隧道集团一处有限公司， 重庆市， 408013 ） 摘要 管棚法超前支护是沿隧道开挖轮廓周线， 钻设与隧道轴线大致平行的钻孔， 一般有 1～3 的外插角， 而后插入不同直径的钢管， 并向管内注浆， 固结管周边的围岩， 在预定的范围内 形成棚架的支护体系。 关键词 隧道； 管棚； 施工 中图分类号 U455文献标识码 A 文章编号 1004-6429 （2011 ） 01-0110-02 ●应用技术 收稿日期 2010- 12- 02 作者简介 曹虎， 男， 1983 年出生， 2006 年毕业于兰州交 通大学， 助理工程师， 408013， 重庆市涪陵区清溪镇 1工程概况 笔架山隧道出口段 DK222250～304 下穿沈海高速公路， 根据开挖后揭示地质情况， 表层为 MIQ 人工填碎石土间夹块石， 厚为 1.5～2.0 m； 下伏浅红色二长花岗岩， 中粗粒结构， 弱风化， 岩 体完整， 岩体质地坚硬。 施工路段位于高速公路的两个 “S” 形衔接处的曲线上， 行驶 可视距离短， 此高速路段为交通事故多发段。该施工段高速公路 的坡比为 6.21， 宁德到罗源方向上坡。在施工段往罗源方向 23 m 有飞鸾立交桥。施工段高速公路往罗源方向左侧有宽 5 m、 长 38 m 的边坡带。 2管棚支护技术参数的确定 根据地质结构并经专家论证，决定采用以下技术参数施工 管棚 采用热轧无缝钢管 Φ108 mm6 mm， 节长 3 m， 6 m， 单根总 长度为 30 m，自高速公路两端钻设，护拱里程分别为 DK222＋ 250， DK222＋304。中间交叉 6 m， 共 82 根。 管距 环向间距 40 cm。 倾角 外插角 1 （不包括路线纵坡 ） （以上参数设计中不考虑 外插角 ） 。 方向 与路线中线平行。 钢管施工误差 径向不大于 20 mm； 隧道纵向同一断面内的 接头数不大于 50， 相邻钢管的接头至少需错开 1 m。 浆液 1∶1 水泥砂浆； 注浆压力 0.5～1.0 MPa。 3管棚施工 3.1主要工序施工方法和步骤 （1 ）洞口段开挖及防护。 地表注浆同时进行洞口段开挖及防 护， 为便于钻机钻孔、 注浆作业， 在做护拱前， 土石开挖应分台阶 进行，上台阶高度在起拱线附近作为管棚施作平台，平台高度 （指钻孔轴心至钻机底座距离， 应考虑钻机升降能力） 、 长度根据 钻孔设备和管棚钢管最长节长度确定， 如采用 MK-5 水平钻机、 节长 6 m， 平台高度一般为 1.5 m 左右， 长度一般为 8～10 m； 在施 作护拱范围， 挖机挖至一定标高后， 由人工修整为设计要求形状 作为套拱底模。 对开挖面仰坡及边坡采取土钉防护措施。 土钉长 5.0 m， 横向间距 1.5 m， 垂直向间距 1.5 m， 土钉下倾角 15， 土钉 采用预应力 Φ25 中空注浆锚杆。 面层为 20 cm 厚的 C20 喷射砼， 钢筋网距 15 cm15 cm， 采用 Φ8 圆钢， 并在每排土钉位置加一 水平向加强筋， 直径 18 mm。为控制土体变形， 对土钉施加一定 的预应力， 并尽量避开雨季施工， 且配备抽水机作为应急使用。 （2 ）砼套拱施作。采用 C25 混凝土套拱做长管棚导向墙， 砼 套拱厚 60 cm， 长 2.0 m， 套拱内埋设四榀Ⅰ20b 工字钢拱架， 导 向管采用 Φ1334.5 mm 无缝钢管， 工字钢与导向管焊成整体， 并 用 “Ω” 型 Φ16 钢筋固定， 确保导向管稳固、 方向准确， 砼套拱施 作好后， 与其相临面进行喷砼封闭， 保证注浆时不跑浆。 （3 ）钻孔。搭建施工平台， 安装钻机， 钻机平台由上向下， 由 中间至两边， 根据孔位依次搭好。要求钻机平台搭建牢固， 利于 安装固定钻机， 防止施钻时不均匀下沉、 摆动、 位移、 倾斜而影响 钻孔质量， 钻机距工作面距离不大于 2 m； 采用 2 台钻机平行作 业分别施作左右正洞， 互不干扰， 以加快速度。 钻机定位时， 钻杆轴心与导向管轴心一致， 采用扶正器扶正 确保方向准确，为克服钻深后钻具自重产生的下垂影响后期进 洞施工， 钻孔时应经常检查方向是否与导向管方向一致， 并及时 调整扶正器。 施工采用空压机干式成孔，如钻进中遇到不能钻进成孔时 （地质复杂带 ） ， 则采用预注浆加固钻孔法。开孔时， 要低速低压， 等成孔几米后， 再加速加压。钻孔测斜用经纬仪测斜法， 成孔一 半时测斜， 测定方法是先抽出钻杆钻头， 然后把专门制作的光源 插入管内， 送到测定位置， 使用安装在钻机上的方向十字丝， 使 两个十字丝重合再看光源， 测定其偏差量。为加快速度， 提高效 率，也可采用经纬仪测定，其方法是用经纬仪从孔口直接看光 源， 根据光源在孔内位置及孔径大小， 大致判定偏斜情况。 （4 ）管棚插入及孔口处理。钢管采用 Φ108 无缝钢管， 管壁 山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY2011 年第 26 卷第 1 期 110 设 Φ20 溢浆孔， 节长 3 m 和 6 m 两种， 管棚环向间距 40 cm， 方 向与隧道纵向平行， 同一横断面内接头数量不超过 50， 相邻钢 管的接头相错量不小于 1 m， 所以把孔分为奇数和偶数， 编号为 偶数的管节都采用 6 m 钢管， 编号为奇数的首尾两节管采用 3 m 钢管， 其余均为 6 m。 钢管采用丝扣连接， 丝扣长 15 cm， 浅孔段采用人工推进， 孔 深阻力大时， 采用机械顶进。为防止塌孔保证孔向正确， 每钻完 一孔即顶进一根钢管， 注一孔浆。钢管就位后加以固定， 钢管与 导向管间隙用棉纱堵塞、 水泥砂浆封堵。 （5 ）注浆。采用 KBY-50/70 注浆机注浆， 按钻一孔注一孔浆 进行， 全孔一次压入， 注浆浆液的参数由现场实验确定， 浆液扩 散半径不小于 0.5 m。当注浆量达到设计数量或注浆终压达到 1.0 MPa 而浆液注不进时， 再稳压 3～5 min 即可结束。 4经验和总结 （1 ）管棚施工中需根据施钻部位的地质情况选取合适的倾 角， 角度过小将可能导致管棚远端下垂至隧道开挖轮廓内， 影响 后期施工， 角度过大管棚离开挖轮廓距离过大， 并有可能穿越高 速路面， 管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难。 （2 ）长管棚注浆超前支护在破碎堆积体中注浆效果较好， 开 挖后可看到管棚之上破碎石块被胶结成整体，并且长管棚中补 注的水泥砂浆也增大了钢管棚刚度。但是在风化岩层中， 即使岩 块破碎， 但往往岩块中充填湿粘土， 粘土具有可塑性， 而注浆液 渗入几乎为零， 隧道拱部开挖后， 一般管棚之下所谓扩散半径以 内的岩体自然脱落形成超挖， 管棚由于间距达 40 cm， 石块及土 层在高速公路活载作用下， 经常沿缝隙流塌而形成塌穴的现象， 必须及时回填封闭或在后期开挖过程中施作超前小导管注浆进 行支护。 （3 ）钻孔过程中如出现不均匀地质或者孤石， 为防止偏孔， 在 两种地层特别是从较软地层到较硬地层或孤石时， 必须进行扩孔。 （4 ）管棚施工必须选用技术能力强、 有责任心的工人， 以保 证施工质量。 Application of Large-pipe Forepoling in the Tunnels under Expressways CAO Hu ABSTRACTPipe forepoling is drilling based on the contour lines along the tunnel, with drills of one to three degrees of external points parallel to the tunnel axis, and then insert pipes of different diameters, into which concrete is cast to consolidate the surrounding rocks to a supporting system in the predetermined range. KEYWORDStunnel;pipe;construction 欢迎订阅 2011 年 山西科技 11111111111111111111111111111111111111111111111111 111111111 11111111111111111111111111111111111111111111111111 111111111 本刊 E - mail sxzls189 曹虎 大管棚超前支护在隧道下穿高速公路中的应用2011 年第 26 卷第 1 期 111