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隧道洞口长管棚施工方法及要点

日期：2016-2-22 14:34:30　来源：互联网　浏览数：
　

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在目前的超前支护方法中，主要有超前锚杆、超前小导管注浆、超前管棚几种方法。超前锚杆和超前小导管注浆具有施工便捷、技术易掌握，机械化配套程度要求不高等优点，但存在支护长度小（仅3~5m），锚杆或小导管伸入工作面前端滑动线内距离短，开挖循环进尺受限制的缺陷。一般在浅埋松散地层中循环进尺多控制在15~17 m；循环次数增加，工序交换频繁，特别是在自稳能力极差的围岩中，锚杆和导管前端仍在滑移面内，起不到超前支撑保护的作用，极易造成工作面失稳，存在较大的安全隐患，而此时采用长管棚施工可有效控制这些问题。
    1· 工程概况
    阿尔格勒特山隧道为一座上、下行分离的四车道高速公路长隧道，隧道位于新疆维吾尔自治区和布克赛尔县境内。隧道右线起讫桩号为K189+260~K191+695，全长2 435 m，明洞占20 m，明暗洞分界桩号为K189+280，左线起讫桩号为ZK189+273~ZK191+672，明洞占20 m，明暗洞分界桩号为K189+293，全长2 399 m。
    2· 工程地质
    2.1 地形地貌
    阿尔格勒特山隧道位于低山丘陵区，微地貌为山梁、基岩坡。海拔高程995.12~1 113.54 m，最大相对高差118.42 m。隧道最大埋深约95 m，暗洞最小埋深约6 m。
    2.2 地层岩性
    阿尔格勒特山隧道基本处于基岩裸露区，基岩为泥盆系呼吉尔斯特组和朱鲁木特组安山岩、安山玢岩等。
    2.3 地质构造
    隧道位于阿尔加提隆褶区，地质构造相对复杂，隧址区为一短轴背斜轴部，发育有一系列断层和褶皱，在隧道拟穿越地段，发育有一条断裂。在YK189+285~YK189+500段内，发育有断裂一条，与洞身呈大角度相交，断层附近地层为变质砂岩，断层破碎带充填有绿泥石片岩，且洞口处岩石较为破碎。
    3· 进洞施工
    隧道进口的主要工作项目洞口及明洞段的土石方、洞门、防排水、洞口边坡防护、大管棚施工。整体施工步骤有：准备工作、测量放线、洞口明挖、边仰坡刷坡与支护、洞顶截水沟施工、管棚套拱和大管棚施工。
    4 ·喷锚支护
    在长管棚施工前必须先进行洞口刷坡，成型后及时施工永久性边仰坡支护，即挂网喷砼C25，确保边坡稳定。
    5· 管棚套拱及洞口段管棚施工
    由于隧道洞口地质条件差，设计采用长管棚进行超前支护。
    5.1 施工工艺
    套拱施工、钻机就位、测量放样、钻机固定、钻孔、钻机退出、分节顶进、焊接管棚钢管、安放钢筋笼、管棚钻机撤出、浆液制备、注浆、效果检查
    5.2 设置长管棚导向墙———套拱
    为保证钻孔方向以及成洞面稳定，先开挖洞口段土石方，并在洞口处留一个作平台，在明洞衬砌外缘洞口段设置60 cm厚、2 m长的C25混凝土套拱做为管棚的固定端。套拱内设4榀20 b工字钢，工字钢上布设47个Φ150 mm孔口导向管。孔口管的导向直接影响管棚的质量，必须严格控制安装。
    5.3 长管棚施工方法
    管棚为Φ108 mm壁厚6 mm热轧无缝钢花管，长32.4 m（有效长度30 m，其中管尾段留2.25 m不钻孔作为止浆段，管头15 cm做成尖锥状）。管节长度4~6 m，管棚设置于衬砌拱部180 觷范围内，环向间距45 cm，断面上设置47根，外插角1 觷，钢管上设注浆孔，孔径10~16 mm。
    5.3.1 搭设平台
    搭设钻孔操作平台，引入水电管线，水压力≥3.5 kg/cm2，安装钻孔机接通水管即可开钻，必须备有若干个异型接头，管前端安装环形钻头，一边钻孔一边高压水将钻碴冲出。
    5.3.2 钻孔
    钻孔顺序：先从两侧拱脚开始，先钻单孔号，后钻双孔号，对称向拱顶钻孔顶管，使下部注浆体有力地支托其上部钻进和顶管，既能防止坍孔，又便于顶管。
    施钻时，将减速器升上限位置，把钻杆旋紧后，开启气动马达，待空载正常后，再慢慢开启推气缸，待钎头置于工作面上，关闭推进气缸，再开启冲击器，徐徐钻进，待钎头钻进100 mm左右时，再以全风门冲击。在钻进过程中，视进程速度慢慢开启或关闭推进气缸，使钻具始终保持一定推进力。
    工艺要求：①钻机就位时用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机杆轴线和导向轴线相吻合；②钻孔时随时检查孔眼的方向与仰角，发现误差超限应及时纠正，至终孔仍然超限者应封孔，原位重钻；③在钻孔时，若出现卡钻、塌孔时应注浆后再钻。钻孔时，应认真填好钻孔记录，除记录钻孔深度、方向角外，还应根据孔出屑或取芯情况记录不同孔时的围岩情况，达到超前探测围岩的目的。孔钻完之后应进行清孔。
    5.3.3 顶管
    ①清孔：钻眼达到设计长度后，检查管内钻碴是否冲洗干净，否则再用较小钻头加高压水在管内钻除余碴；②管件制作：管棚ф108 mm无缝钢管，分为管尖端、标准段、管顶段。预制钢管时，第一根钢管前端要焊上合金钢片空心钻头，以防管头顶弯或劈裂，钢管间联接用加工好的管节联接套，预先焊在每节钢管两端，以便于联接；③顶管：顶进钢管利用电动机启动液压马达，以及挖掘机配合人工作业。当第一根钢管推进孔内，孔外剩余30~40 cm时，人工进行接管，严格控制角度，人工持液压钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。然后再低速推进钢管，根据管棚设计长度，按同样方法继续接长钢管。
    5.3.4 钢筋笼安装
    安装钢筋笼，钢筋笼由4根主筋和固定环组成，主筋型号为HRB335，直径为20 mm，钢筋之间每1.5 m间距用5 cm长，φ42 mm壁厚为4.5 mm钢管连接。
    5.3.5 止浆墙制作
    钢筋笼安装完成后准备注浆。在注浆前，必须进行堵露处理。沿插管周围喷射15 cm厚C20混凝土一圈，封闭该工作面，形成止浆墙。由于施工要求，湿喷法喷射砼时加入一定量的速凝剂，以满足施工要求。
    5.3.6 长管棚注浆
    管棚安装完毕后，开始注浆。利用浆液的渗透作用，将周围岩体预先加固，起到超前支护的作用，同时又加强了管棚的强度和刚度。浆液采用水灰比为1誜1的水泥浆液，如遇地下水较发育可添加水泥浆液体积5%的水玻璃，水玻璃浓度35 觷Be·，应通过现场试验合格注浆参数。注浆顺序原则上由低孔位向高孔位进行。
    工艺要求：①注浆前应采用喷混凝土加注浆或其它的方式对开挖工作面进行封闭，形成止浆墙，防止浆液回流影响注浆效果；②注浆的顺序原则上由低向高依次进行，有水时从无水孔向有水孔进行，一般采用逐孔注浆；③注浆压力根据岩层性质、地下水情况和注浆材料的不同而定，一般情况下注浆初始压力取0.5~1.0 MPa，注浆终压取1.0~2.0 MPa；④注浆方式：在管棚口直接注浆，注浆管深入管棚内0.2~0.5 m；⑤以单孔设计注浆量和注浆压力作为注浆结束标准，其中应以单孔注浆量控制为主，注浆压力控制为辅，注浆到φ108 mm无缝钢管（壁厚6 mm）与导向管之间的空隙连续流出水泥浆为止；注浆时要注意对地表以及四周进行观察，如压力一直不上升，应采取间隙注浆方法，以控制注浆范围。
    6· 结语
    长管棚施工法是隧道工程建设中一项十分重要的工序，掌握其施工方法可有效控制洞口围岩坍塌。本文结合工程实例对长管棚施工方法进行了分析总结，希望能对工程建设者有一定的作用。