大管棚超前支護技術(shù)在隧道穿越古滑坡堆積層施工中的應(yīng)用
摘要：本文介紹了大管棚超前支護技術(shù)及其設(shè)計參數(shù)與適用范圍，并以平定高速公路的控制性工程崆峒隧道西口段的施工為例，探討大管棚超前支護技術(shù)在隧道穿越古滑坡堆積層施工中的工程實踐，同時通過對監(jiān)控測量結(jié)果的分析，判定大管棚超前支護技術(shù)在隧道穿越古滑坡堆積層施工中的可行性及其效果。
關(guān)鍵詞：崆峒隧道；大管棚；超前支護；古滑坡堆積層；監(jiān)控量測
前言
隨著我國公路、鐵路建設(shè)的高速發(fā)展，隧道工程的日益增多，如何解決隧道進洞，保障施工安全，防范隧道進洞風險，對大管棚施工技術(shù)的進洞應(yīng)用進行深入研究是十分必要的，本文主要對大管棚技術(shù)穿越古滑坡堆積體段的應(yīng)用及注意事項進行總結(jié)分析。
一、 大管棚超前支護技術(shù)適用范圍
大管棚超前支護技術(shù)：指利用鋼拱架與沿開挖輪廓線，以較小的外插角，向開挖面前方打入鋼管或鋼插板構(gòu)成的棚架，對開挖面前方圍巖進行超前支護的一種開挖面輔助穩(wěn)定措施，其布置形式如圖1所示。
適用范圍：管棚因采用鋼管或鋼板作縱向支撐，又采用鋼拱架作環(huán)向支撐，其整體剛度加大，對圍巖變形的限制能力較強，且能提前承受圍巖壓力。故其主要適用于圍巖壓力來得快，對圍巖變形及地表下沉有較嚴格限制要求的軟弱破碎圍巖隧道工程中。對于破碎地層、塌方體、巖堆、偏壓等地段，輔以灌漿效果更好。對于有流塑狀巖體或巖溶、嚴重流泥、富水等地段，則可利用鋼管注漿堵水和加固圍巖。[1]
二、 崆峒隧道工程概況
崆峒隧道是甘肅省平?jīng)觯_漢洞）至定西高速公路穿越六盤山的一座越嶺隧道。該隧道分左、右兩線，左線全長為2891m，最大埋深336.904m；右線全長為2927m，最大埋深353.982m。隧道地處六盤山低山區(qū)，受六盤山褶皺山體東、西界斷裂的影響，隧道區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動痕跡較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性復(fù)雜，并有多條斷層通過。
隧道西口110m屬于淺埋區(qū)，圍巖級別為Ⅴ級。該段位于古滑坡區(qū)內(nèi)，主要為崩積、滑坡堆積形成的塊石、碎石及粘土，結(jié)構(gòu)松散。
三、 大管棚超前支護技術(shù)的適用性分析
崆峒隧道西口段，由于地下水的長期沖刷，塊石之間的泥巖、粘土被水流帶走，造成塊石之間存在空洞、裂隙，相互之間粘結(jié)力變小，使塊石堆積體有可能局部失穩(wěn)（坍塌）和整體失穩(wěn)（邊坡滑移、開裂）。其圍巖主要為崩積、滑坡堆積形成的塊石、碎石及粘土等松散結(jié)構(gòu)體，軟弱破碎，隧道開挖將會改變滑坡體目前的應(yīng)力平衡狀態(tài)和地下水條件，可能導(dǎo)致古滑坡復(fù)活，結(jié)合以上大管棚超前支護技術(shù)的適用范圍的闡述，故決定對LK132+480-LK132+520，K132+491.5-K132+531.5西口洞口段采用￠108大管棚超前支護進洞。
采用大管棚超前支護有以下幾個優(yōu)點：[2]
1、大管棚注漿能有效地阻止古滑坡堆積層滑移，防止坡口仰坡面失穩(wěn)，并對松散巖體起固結(jié)作用。
2、大管棚內(nèi)加入鋼筋籠并注漿后，管棚支護具有剛度大、結(jié)構(gòu)強度高、承載能力強等優(yōu)點，能夠加大一次支護的長度，減少超前支護的次數(shù)，縮短工作時間，早日進洞。
3、采用大管棚超前支護可依據(jù)實際情況，局部穿插超前小導(dǎo)管或超前錨桿
支護，施工靈活方便，隨時應(yīng)對地質(zhì)條件的變化。
四、 施工方法
1、施工方法
Φ108大管棚施工前應(yīng)先施工混凝土套拱作為導(dǎo)向墻,套拱施工程序:清理地基-加工及安裝套拱鋼筋－預(yù)埋導(dǎo)向鋼管-架設(shè)套拱模板-澆注套拱混凝土。套拱施工長度2.2m，厚80cm，導(dǎo)向鋼管2.2m，導(dǎo)向鋼管應(yīng)與Φ16固定鋼筋焊接牢固，嚴格按照放樣的位置及仰角布置，套拱鋼筋在加工房加工成品，在現(xiàn)場用縱向連接筋焊接成型。套拱支架采用20b工字鋼，模板為100×30cm鋼模板，堵頭模板采用木模板。套拱采用人工澆注，澆注時應(yīng)防止導(dǎo)向鋼管變形。管棚套拱如圖3所示。
混凝土澆注完成待強度達到70%后進行管棚的施工。Φ108大管棚設(shè)置于較長距離為地質(zhì)較差的洞口淺埋地段，采用4m、6m的Φ108×6mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40cm，絲扣連接，縱向長40m。鋼管設(shè)置于襯砌拱部，管心與襯砌設(shè)計外輪廓線間距大于30cm，平行路面中心布置，仰角1°（不包括路線縱坡）。要求鋼管偏離設(shè)計位置的誤差不大于50mm，沿隧道縱向同一橫斷面內(nèi)接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。管棚布置斷面如圖3所示，管棚導(dǎo)管橫斷面如圖4所示。
Φ108大管棚的施工采用XY-28-300電動水平鉆機鉆眼、頂進。其施工程序及工藝為：檢查開挖斷面的中線、高程和開挖輪廓；符合要求后支立套拱支架模板、綁扎鋼筋；將Φ133×4.5mm孔口管嚴格按管棚間距布置，焊接在套拱主筋上；灌注套拱砼；套拱強度達70%后，在孔口管內(nèi)打孔，孔徑比Φ108×6mm鋼花管大20～30mm。首先打有孔鋼花管，鋼管孔采用梅花型布置，孔中心間距10cm，孔徑10mm。注漿后再打無孔鋼管，無孔鋼管作為檢查管，檢查注漿質(zhì)量。管棚導(dǎo)管大樣如圖5所示。
鋼花管接頭采用絲扣連接，連接長度15cm。編號為奇數(shù)的第一節(jié)管采用4m長鋼管，編號偶數(shù)的第一節(jié)管用6m長鋼管，以后每節(jié)均采用6m長鋼管。鋼花管內(nèi)注入C20水泥砂漿，漿液擴散半徑不小于0.5m，分段注漿。封堵塞有進料孔和出氣孔，在出氣孔流漿后，才停止注漿，注漿壓力為初壓0.5-1Mpa，終壓2Mpa。管棚注漿施工工藝可流程及平面布置如圖6所示。
3、施工中應(yīng)注意的事項
�。�1）、鉆孔時當出現(xiàn)卡鉆、塌孔等情況，應(yīng)注漿后再鉆。如坍孔嚴重時，可加水泥漿或化學漿液護壁繼續(xù)進行；如不能成孔時，可將鉆頭直接焊接在鋼管前段鉆進。也可直接將管棚鋼管鉆入，但開孔時應(yīng)低速低壓，成孔后可加壓到1.0~1.5MPa。鉆孔速度應(yīng)保持勻速，特別是鉆頭遇到夾泥夾沙層時，控制鉆進速度，避免發(fā)生夾鉆現(xiàn)象。
�。�2）、注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、河溝、覆蓋較薄部位有無串漿現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)串漿，應(yīng)立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵漿口，也可用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續(xù)注漿。
（3）、單液注水泥漿壓力突然升高，可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機檢查；雙液注水泥與水玻璃漿如壓力突然升高，則關(guān)停水玻璃泵或注清水，待泵壓正常時，在進行雙液注漿；水泥漿單液和水泥與水玻璃雙液注漿進漿量很大，壓力長時間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短膠凝時間，進行小量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對停留時間，以便凝結(jié)，但停留時間不能超過混合漿的膠凝時間，才能避免產(chǎn)生注漿不飽滿。
（4）、注漿方式有前進式、后退式及全孔一次式等，可根據(jù)涌水量大小及注漿孔的深度選用。當鉆孔遇有較大涌水時，應(yīng)暫停鉆孔，待再壓裝后，重復(fù)鉆孔、注漿，這種注漿方式稱為前進式注漿。當鉆孔中涌水量較小時，則鉆孔可直鉆到設(shè)計深度，然后從孔底向孔口進行分段注漿，這種注漿方式稱為后退式注漿。當鉆孔直到孔底，然后一次注漿完畢，這種方式稱為全孔一次注漿。一般在軟弱地層中多采用分段前進式注漿。
�。�5）、注漿結(jié)束后應(yīng)及時對注漿效果進行檢查，通常采用分析法、檢查孔法、聲波監(jiān)測法三種方法來對注漿效果進行鑒定，如注漿未能達到設(shè)計要求時，應(yīng)補充孔再注漿。
綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場實測監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，古滑坡堆積層幾乎沒有位移，圍巖變形量小，量測數(shù)據(jù)在設(shè)計規(guī)范要求范圍以內(nèi)，表明大管棚與工字鋼拱架形成的環(huán)向支撐體能夠有效地阻止古滑坡堆積層的滑移與坍塌，通過注漿將古滑坡堆積層中的松散結(jié)構(gòu)固結(jié)了起來，提高了圍巖自身的承載能力，成功進洞，為順利的穿越崆峒隧道西口110m的淺埋區(qū)打下了堅實的基礎(chǔ)。
崆峒隧道西口的工程實踐再次證明，大管棚超前支護技術(shù)在軟弱破碎圍巖隧道的施工中，尤其是洞口段的施工中，具有廣泛的應(yīng)用價值和推廣意義�！ �
參考文獻
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