管棚法施工软弱围岩隧道浅埋段的技术运用分析

高军1，2林晓3陈拥军4王伟4翁小川5

1.清华大学土木工程系北京海淀100083；2.国家铁路集团武广高铁公司湖北武汉430212；3.中铁咨询公司北京丰台100061；4.中铁十八局集团第三工程有限公司河北涿州071000；5.中铁十八局集团第五工程有限公司天津塘沽300450

摘要：本文以实际工况入手，讨论管棚法施工软弱围岩隧道浅埋段的技术运用，分别从施工方案、施工技术、开挖支护、质量评价几方面入手，总结软弱围岩隧道浅埋段管棚法施工的应用价值，仅供参考。

关键词：管棚法；软弱围岩隧道浅埋段；施工技术；运用研究

本文以清水隧道泥石流沟的软弱围岩隧道浅埋段施工为例，总长40m，该区段由雨水多年冲刷形成。研究软弱围岩隧道浅埋段施工阶段，管棚法施工技术的应用，重点讨论89mm长管棚施工技术及要点。

1工程概括

以某隧道为例，地形陡峭，相对高差位310m，隧道最大埋深为260m，最小埋深为34m，隧道出口局部位于曲线，洞身位于直线上。隧道全长3316m，为砂质黄土，下层基岩为千枚岩。前期选择超前小导管施工方式，但未进入浅埋层，其变形就超过预期，施工效果不达标，无法保障软弱围岩隧道浅埋段施工质量及施工安全。为此，项目部提出选择10m的长管棚超前支护注浆施工技术。

2管棚法施工软弱围岩隧道浅埋段的技术运用

2.1施工方案

在洞内拱部120°范围内施作89号管棚，间距设置为40cm，长度总计10m，外插角控制在5°-10°范围。合理应用超前预注浆技术，在开挖轮廓线外围形成专门的加固圈，厚度设置为4.0m，管棚布置形式，如下图1所示。在进行开挖及掘进过程中，朝着墙部洞内3.0m直径注浆，以此提升洞壁围岩的稳定性。

图1管棚布置形式

选择三台阶临时仰拱法进行开挖，借助围岩的承载能力，开挖后施作格栅拱架，使用锚网喷支护体系，促使最初的支护与注浆加固形成一个整体的支护结构，如下图2所示。

图2超大管棚布置示意图

施工过程中需要建设科学、合理的监测体系，以此控制及监测支护体系的变形。借助该体系，可保障施工的安全性及稳定性，并及时将相应的数据反馈给设计单位、施工单位。

参照软弱围岩隧道浅埋段的勘探资料，分析其地质特征，制定相应的施工方案。本文施工工序主要包括：①全方位测量隧道，对比测量数据及以往监控数据，评估隧道情况；②进行地表袖发管注浆；③施作洞内管棚，合理进行注浆；④选择超前小导管注浆，实施超前支护；⑤选择三台阶临时仰拱法进行隧道洞内掘进施工。

2.2施工技术

2.2.1工艺要点：

①棚管直径为89.0mm，管棚选择热轧无缝钢管分节制作，并用丝扣将其连接牢固。管棚周身选择梅花型钻孔，管棚前端设置为椎体，为安装提供便捷性，管棚尾端选择焊接法连接；②在开展管棚施工，且安装导向管前，就靠近掌子面的初期支护，需要在钢架外侧增加钢架，并进行临时闭合。在钢架上安装140mm的钢管，作为定位导向管，间距设置为40cm；③钻孔前需要精准测量孔洞的平面位置、孔的倾斜角、外插角度数，应当设置相应的编号。外插角控制在5°-10°，依照实际状况调整，仰角控制在1°-15°；④钻孔检测合格之后，持续延长钢管，在钻机旋转顶内将其安装，选择丝扣连接，将注浆阀门焊接牢固；⑤在搅拌、制作水泥浆时，严格依照配合比进行投料，在高速搅拌内均匀搅拌；⑥注浆施工结束后，浆液的浓度会逐步上升，可促使浆液朝着拱顶方向扩散，以此提升浆液的紧密性，避免后期出现浆液渗漏现象。注浆施工阶段，从管棚两端的钢管开始注浆，应用跳孔注浆形式，促使浆液朝着隧道拱顶钢管方向推进。

2.2.2小导管注浆补强

在开挖过程中，选择的是长管棚注浆加护的方式，使用范围有限，难以达到4.0m加固圈的要求，施作小导管注浆，以此弥补加固圈缺陷。该注浆补强选择的是50热轧无缝钢管，总长为5.0m，开孔长度为4.0m，间距为15cm，外插角为200°-250°。小导管水泥浆与水灰比为1：1，依照现场实际情况，合理开展注浆作业。

2.2.3开挖及初期支护

洞身选择的是三台阶临时仰拱法进行开挖，穿插进行开挖施工及小导管注浆作业，选择Ⅲ型超前小导管注浆，进行超前支护，逐步进行开挖施工。每循环开挖0.5m-1.0m，及时施作临时仰拱，促使拱圈及时闭合成环，以此更好的抵抗周边压力。为保障支护体系能够及时封闭，以此减少围岩开挖后的暴露时间。初期支护应当在开挖结束之后，及时进行施作。

需要注意的是，为避免回填塌方后，洞室产生较大变形，使得初期支护结构侵入衬砌净空，在开挖之后需要预留20cm的下沉量。施工过程中，迅速施作仰拱支护结构，并封闭成环，以此改善洞室内的受力条件。

2.3施工质量

1）108mm长管棚到导向管间距为0.40m，外插角度为6°-11°，符合设计、规范要求，可确保管棚安装及施作精度；2）108mm长管棚施工，只有1个孔位出现偏移，且与旁边的管棚出现相交现象，偏移比例为3.0%。依照现场实际情况，发现管棚打设不均匀。在后续施工中，管棚打设均匀、整齐，且在120°范围形成一个稳固的扇形护拱棚架，质量评价较高。3）检查发现第二序施工有明显的回水现象，且钻孔与顶管棚钻渣内存在水泥固结体。对比发现，第一序施工的注浆效果较好，固结填充效果最佳。4）现场长管棚注浆记录显示，双号孔注浆过程中压力上升较快，说明该区域注浆充实。

3结束语

综上所述，软弱围岩隧道浅埋段施工阶段，选择长管棚施工技术，能够缩短施工时间，本案例40m长的浅埋段，只用了24d就完成了支护施工工作，保障了施工安全与施工质量，且将围岩变形稳定在一定的数值，施工效果显著。

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