長大管棚在隧道淺埋段的施工技術

陳榮典 林愛芬

（福建省第一公路工程公司，福建泉州362000）
摘要：介紹福建省首例采用40 m長大管棚超前支護的施工技術，并在參數確定、機具選擇、進度情況、質量控制與成本分析5個方面作了具體介紹。
關鍵詞：長大管棚；施工技術；參數確定；機具選擇；質量控制；成本分析
1 工程概況
楊梅嶺隧道設計為上下行分離式4車道高速公路隧道，隧道左線長1 365 m，右線長為1 340 m。全隧道按新奧法設計和施工，進口左洞和出口右洞洞口淺埋段最薄覆蓋層分別為3?67 m、4?05 m，在洞口35 m范圍內為強風化、弱風化花崗巖，頂板為殘坡積層，風化裂隙，發育具塊狀鑲嵌結構，局部散體結構，圍巖不穩定，易塌。福建省首次采用40 m長大管棚對洞口段進行超前支護。沿隧道襯砌外緣一定距離打入一排縱向鋼管，并且在插入鋼管后，再往管內注漿以固結軟弱圍巖、充填鋼管與孔壁之間的空隙，使管棚與圍巖固結緊密，以提高鋼管的強度。開挖后架設拱形鋼架支撐，形成牢固的棚狀支護結構。
2 施工工藝
2.1 施工工藝流程
施工工藝流程如圖1所示。
2.2 管棚參數
(1)鋼管布設在圓心角為150°的隧道拱部；
(2)鋼管環向間距為50 cm；
(3)管心與襯砌設計外廓線間距為40 cm；
(4)傾角：仰角1°(不包括路線縱坡)；
(5)鋼管施工誤差：徑向不大于20 cm；
(6)管棚長度為40 m，熱軋無縫鋼管φ 108 mm，壁厚6 mm，節長3 m、6 m；
(7)孔口管為天縫鋼管φ 127 mm，壁厚6 mm，節長2 m。
2.3 機具選擇
機具選擇如表1所示。
表1機具選擇表
管棚長度（m）〖〗管棚機型號〖〗管棚機參數8～16〖〗ksz100型〖〗鉆桿外徑50 mm16～40〖〗mk?5型〖〗鉆桿外徑80 mm2?4工藝說明
管棚施工主要工序有開挖支護明洞邊坡、仰坡；施作套拱；搭鉆孔平臺、安裝鉆機；鉆孔；清孔、驗孔；安裝管棚鋼管；注漿。工序技術要求高，工藝復雜，現分別敘述如下。
2.4.1 明洞邊坡仰坡開挖支護
(1)明洞段開挖應在洞頂截水溝施工完成后進行，應盡量避開雨季施工。
(2)邊坡防護應與明洞開挖同步進行：及時施工明洞邊坡的錨桿、掛設鋼筋網、噴射混凝土及時封閉坡面。
(3)對邊坡滲水要及時排、引到坡面外，加強對坡面的防護。
2.4.2 施作套拱
(1)混凝土套拱作為長管棚的導向墻，套拱在明洞外廓線以外施作，套拱內埋設4榀工字型鋼支撐，鋼支撐與管棚孔口管焊成整體。
(2)孔口管作為管棚的導向管，它安設的平面位置、傾角、外插角的準確度直接影響管棚的質量。用經緯儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置；用水準尺配合坡度板設定孔口管的傾角；用前后差距法設定孔口管的外插角。孔口管應牢固焊接在工字鋼上，防止澆筑混凝土時產生位移。
2.4. 3搭鉆孔平臺安裝鉆機
(1)鉆機平臺可用枕木或鋼管腳手架搭設，搭設平臺應一次性搭好，鉆孔由兩臺鉆機由高孔位向低孔位對稱進行，可縮短移動鉆機與搭設平臺時間，便于鉆機定位。
(2)平臺支撐要著實地，連接要牢固、穩定。防止在施鉆時鉆機產生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質量。
(3)鉆機定位：鉆機要求與已設定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機位置。用經緯儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調整，確保鉆機鉆桿軸線也孔口管軸線相吻合。
2.4.4 鉆孔
(1)為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑采用φ 115 mm。
(2)巖質較好的可以一次成孔；鉆進時產生坍孔、卡鉆，需補注漿后再鉆進。
(3)鉆機開鉆時，可低速低壓，待成孔1?0 m后可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓。
(4)鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的現象及時判斷成孔質量，并及時處理鉆進過程中出現的事故。
(5)鉆進過程中確保動力器，扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。
(6)認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述。作為開挖洞身的地質預探預報，作為指導洞身開挖的依據。
2.4.5 清孔驗孔
(1)用地質巖芯鉆桿配合鉆頭(φ 115 mm)進行來回掃孔，清除浮渣至孔底，確保孔徑、孔深符合要求、防止堵孔。
(2)用高壓氣從孔底向孔口清理鉆渣。
(3)用經緯儀、測斜儀等檢測孔深，傾角，外插角。
2.4.6 安裝管棚鋼管
(1)鋼管應在專用的管床上加工好絲扣，棚管四周鉆φ 8出漿孔(靠掌子面4?5 m的棚管不鉆孔)；管頭焊成圓錐形，便于入孔。
(2)棚管頂進采用大孔引導和棚管機鉆進相結合的工藝，即先鉆大于棚管直徑的引導孔(φ 115 mm)，然后可用10 t以上卷揚機配合滑輪組反壓頂進；也可利用鉆機的沖擊力和推力低速頂進鋼管。
(3)接長鋼管應滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應前后錯開。同一橫斷面內的接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1 m。
2.4.7 注漿
(1)安裝好有孔鋼花管后即對孔內注漿，注漿后再施工無孔鋼管，無孔鋼管可以作為檢查管，檢查注漿質量。
(2)注漿參數：水泥漿與水玻璃體積的比例為1∶0?5；水泥漿水灰比1∶1；水玻璃濃度35波美度；水玻璃模數2?4。
(3)采用kby?50/70液壓注漿機將雙液漿注入管棚鋼管內，初壓0?5 mpa～1?0 mpa，終壓2 mpa，持壓15 min后停止注漿。注漿量一般為鉆孔圓柱體的1?5倍，若注漿量超限，未達到壓力要求，應調整漿液濃度繼續注漿，直至符合注漿質量標準，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿。
(4)注漿結束后及時清除管內漿液，并用30號水泥砂漿充填，增強管棚的剛度和強度。
2.5 勞動力組織
管棚施工工序多，工種雜、技術性強、要求技術工人具有各方面獨立操作能力，又能處理管棚施工中一般的故障，管棚施工的質量很大程度上取決于鉆孔和注漿的質量。一臺鉆機三班作業勞力組織為：技術人員1人、機長1人、班長3人、修理工1人、電工1人、電焊工1人、鉆工15人、合計23人。
3 進度情況
鉆機就位、加固：鋼管4?7 h/t
鉆進：鋼管9?5 h/t
掃孔、頂管：鋼管11 h/t
注漿：鋼管5?5 h/t
4 質量控制
(1)鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角。并對每個孔進行編號。
(2)鉆孔仰角的確定應視鉆孔深度及鉆桿強度而定，一般控制在1°～1?5°，鉆機最大下沉量及左右偏移量為鋼管長度的1%左右，并控制在20 cm～30 cm。
(3)嚴格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入隧道開挖線內，相鄰的鋼管不得相撞和立交。
(4)經常量測孔的斜度，發現誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應封孔，原位重鉆。
(5)掌握好開鉆與正常鉆進的壓力和速度，防止斷桿。
(6)在遇到松散的堆積層和破碎地質時，在鉆進中可以考慮增加套管護壁，確保鉆機順利鉆進和鋼管順利頂進。
5 管棚費用評價
管棚費用主要包括管棚的套拱費用、管棚施工的人工費、管棚施工的機械臺班費、管棚施工的材料費4大部分。現以福寧高速公路楊梅嶺隧道進口左洞40 m 管棚（沿拱頂150°范圍內布設33根長度各為40 m 注漿鋼管，管棚的鋼管總重量為21 t）為例，分析管棚在現場施工中的實際費用。
5.1套拱費用
（1）套拱ⅰ18工字鋼：1?567 5 t×6 000 元/t=9 405元；
（2）孔口管（φ 127×4mm無縫鋼管）：0?800 58 t×5 000 元/t=4 002?9元；
（3）固定鋼筋（φ 25鋼筋）：0?457 38 t×4 000 元/t=1 829?5元；
（4）普通混凝土（c 25）：41?26 m3×400 元/m3=1 650 4元。
5.2 人工費
（1）加工管棚鋼管：214?5 工日×40 元/工日=8 580 元。包括割、焊鋼管錐形探頭，鋼管施鉆φ 8 mm出漿孔等；
（2）加工鋼管絲扣接頭：20 元/個×231 個=4 620元；
（3）搭工作架、布設水、電、氣管路等準備工作：18 工日×40 元/工日=720 元；
（4）鉆機就位、鉆孔、掃孔、頂管、注漿：5 157?6 h×4 元/h=20 630?4 元。
5.3 機械臺班費
（1）地質潛孔鉆機：53?76 臺班×432 元/臺班=23 224?32 元；
（2）電動空壓機（20 m3/h）：53?76 臺班×674 元/臺班=36 234?24 元；
（3）壓漿機（50 l）：14?49 臺班×36 元/臺班=521?64元；
（4）拌漿機：14?49 臺班×20 元/臺班=289?8元。
5.4 材料費
（1）鋸木：35?2 m3×800 元/m3=14 080 元(按兩次攤銷)；
（2）鋼管：21 t×4 200 元/t=88 200 元；
（3）砂漿（30#）：10 m3×240 元/m3=2 400 元；
（4）水泥（32?5級）：43?71 t×330 元/t=14 424?3 元；
（5）水玻璃（35波美度）：38?48 t×900 元/t=34 632 元；
（6）磷酸氫二鈉（緩凝劑）：0?88 t×4 600 元=4 048 元。
4項費用合計：284 346?1元；
管理費與稅收按15%計：42 651?91 元；
管棚費用按每噸鋼管計：
（284 346?1+42 651?91 元）/21 t
=15 571?33元/t。
按隧道延米計：
（284 346?1+42 651?91 元）/40 m
=8 174?95元/m。
6 結語
6.1對于隧道洞口的軟弱破碎圍巖地段、淺埋地段采用長大管棚施工工藝，提前發揮超前支護作用，增加了施工安全度，提高隧道的長期穩定性，具有顯著的經濟效益和社會效益。
6.2在管棚支護下開挖，可減少地表下沉和防止圍巖坍塌。
6.3管棚鉆孔可作為地質預探預報，地質資料可指導洞身開挖提供依據。
6.4管棚施工工藝的引用，對福建省隧道施工技術的探索邁開新的步伐。
參考文獻
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[2]福建省高速公路施工技術規范?福建省高速公路建設總指揮部，1999?
[3]tlejgf—93—27 巖溶隧道管棚支護工法?北京：人民交通出版社，1993