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[摘 要]长大管棚是隧道施工中对隧道前方围岩进行超前预加固的主要措施之一。宜万铁路鲁竹坝二号隧道出口浅埋段下穿209国道，采用长大管棚作为超前预支护措施，较好地控制了隧道洞内及洞外道路路面的变形，从而顺利通过209国道的下穿施工，确保了隧道施工及209国道的行车安全，为浅埋隧道下穿公路施工提供了一定的经验。
[关键词]长大管棚；浅埋隧道；下穿公路；应用
中图分类号：TG305 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0161-02
1 工程概况
宜万铁路鲁竹坝二号隧道起讫里程DK204+390～DK209+530，全長5140m，DK209+490～+530段为浅埋隧道，埋深6～30m，主要为硅质岩、炭质页岩夹煤层，围岩级别为V级，岩层节理发育。隧道出口下穿209国道段隧道埋深仅8m～9m，为确保隧道施工过程中209国道的行车安全，防止路面塌陷、开裂等现象发生，采用大管棚作为隧道进洞及隧道开挖的超前预支护措施，并与初期支护相结合，共同组成支护体系，以保证安全、顺利的进行施工。
2 管棚超前预支护原理
管棚工法是在隧道开挖之前沿隧道开挖断面外轮廓，以一定间隔与隧道轴线形成一定的外插角钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆，浆液在钢管周围一定区域内扩散，通过浆液的胶结作用，使土层或岩层的力学性质得以改善，来增加钢管外围岩土的抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化，由管棚和围岩构成棚架体系，从而保证隧道开挖的安全。该项目超前管棚的参数如下：
2.1 管棚参数
长度：30m 规格：φ108mm×9mm，管内设钢筋笼
材质：热轧无缝钢管 数量：33根
间距：中至中40cm 外插角：1°
钢管布置方式：沿隧道开挖轮廓线外环形布置一排，如图1所示。
3 施工工艺
3.1 工艺流程
管棚施工工艺流程如图2所示。
3.2 施作砼导向墙
导向墙在隧道开挖轮廓线以外施作，是施做管棚的临时辅助工程，主要作用是准确定位导向管。导向墙纵向长度2m，内埋设2榀I18型钢拱架，并安设Ф121mm×4mm导向管。
3.2.1 架立钢拱架
将加工好的钢拱架按预先的设计位置进行架立，钢拱架间距1.2m，布置在导向墙砼中。为便于准确控制导向管外插角，需严格控制拱架的安装位置。
3.2.2 安设导向管
钢拱架安装完成后，根据预先计算的每跟管棚钢管所对应导向管的首尾端的空间坐标值，现场采用全站仪放样确定导向管位置。导向管采用Ф121mm×4mm钢管制作而成，单根长2m，环向间距40cm，准确定位后与钢拱架焊成一体，以达到钻进的导向作用。导向管进口孔位误差应控制在5cm 以内。
3.2.3 浇筑导向墙砼
导向墙内模采用土模或组合钢模板，外模采用木模或钢模，内外模用连接筋联成一体。砼浇筑过程中需注意保护好导向管，以免砼进入管内，影响管棚钢管的顺畅通过。导向墙如图3所示。
3.3 钢花管制作
管棚采用φ108mm×9mm的热轧无缝钢管制作，单根长40m，每根40m长的钢管均由长度为4m和6m两种钢管通过丝扣套管连接而成，钢管两端头公丝扣长15cm，套管长30cm，内加工30cm母丝扣，如图4所示。每根钢管前端38m范围按间距30cm梅花型布置φ10mm注浆孔，如图5所示。
3.4 钢筋笼制作
钢管内设置主筋为4Φ22的钢筋笼，钢筋采用φ42钢管（壁厚3.5mm）作固定环，固定环节长5cm，间距100cm，与钢筋笼焊接，如图6所示。
3.5 钻孔
3.5.1 钻孔准备
钻机就位后，首先利用钻机的变角度油缸根据导向管的方向初步调整钻杆的方向，再利用全站仪对钻杆的空间位置进行复核校正，确保钻杆与导向管角度一致。
3.5.2 钻孔
采用YGL-100A型液压履带式钻机、φ89钻杆和φ120mm潜孔锤，钻孔直径为120mm，根据地层情况，容易成孔时采用潜孔锤钻进，如果因围岩较破碎导致成孔困难，采用潜孔锤跟管钻进。
第一节钻杆钻入岩土后，待尾部外露20～30cm时，停止钻进，推进机构退回原位，安装第二根钻杆。加钻杆时，注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心孔位是否畅通，并检查钻孔的质量，如有偏离应及时调整。钻孔过程中需收集记录岩性特征和钻孔参数等资料。
4 管棚安装
钻孔完成后及时安装钢管，防止时间过长造成塌孔而影响钢管的顺利安装。钢管由节长4m、6m两种钢管采用套管连接而成，相邻两根钢管接头均错开2m。每根钢管安装到位后，及时安装钢筋笼。
5 管棚注浆
注浆是为了固结管棚钢管周围一定范围内的岩体，是管棚施工的一项重要工序，施工中必须加强注浆质量控制。注浆材料为水灰比1：1的普通水泥单液浆，注浆压力0.5～1.0MPa，浆液扩散半径不小于0.25m（岩层孔隙率设计取10%，单孔设计注浆量0.63），水泥浆由孔口一次注入。
每安装完一根钢花管，及时注入水泥浆，再对相邻钢管孔钻进时，可作为上一根钢管注浆效果的检查孔。注浆采用单孔注浆量和注浆压力进行双控，满足单孔注浆量达到设计注浆量或当注浆量小于设计注浆量但压力达到设计终压并持荷不少于5分钟即可结束注浆。为增强钢管的刚度，注浆完成后，钢管内注入C30水泥砂浆。
对注浆加固区选取了2处进行钻孔取芯，通过芯样显示，水泥将夜在岩层裂隙中填充饱满，局部破碎岩层被水泥浆凝结成板块，注浆效果较好。
6 施工效果
隧道开挖显示下穿209国道采用管棚超进行前支护的措施是非常成功的。一方面，公路路面上方没有出现开裂和塌陷，路面沉降沉均匀，沉降值在7mm以内；另一方面，隧道开挖过程中没有出现拱顶大块掉碴和边墙坍塌现象，说明长大管棚通过钢管的梁效应和注浆的加强效应为下穿公路浅埋隧道暗挖起到了很好的保护作用。
7、结束语
宜万铁路鲁竹坝二号隧道出口下穿209国道段浅埋隧道暗挖采用长大管棚超前支护技术达到了预期的目的，得到了业主及监理的高度评价，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 铁道第四勘察设计院. 宜万铁路宜昌至万州段新建工程施工图—鲁竹坝二号隧道设计图[R].武汉：2004.
[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.
作者简介
李燕（1981—），女，汉族，安徽黄山人，2001年毕业于合肥铁路工程学校工程管理专业，助理工程师， 主要从事土建工程施工。
[关键词]长大管棚；浅埋隧道；下穿公路；应用
中图分类号：TG305 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0161-02
1 工程概况
宜万铁路鲁竹坝二号隧道起讫里程DK204+390～DK209+530，全長5140m，DK209+490～+530段为浅埋隧道，埋深6～30m，主要为硅质岩、炭质页岩夹煤层，围岩级别为V级，岩层节理发育。隧道出口下穿209国道段隧道埋深仅8m～9m，为确保隧道施工过程中209国道的行车安全，防止路面塌陷、开裂等现象发生，采用大管棚作为隧道进洞及隧道开挖的超前预支护措施，并与初期支护相结合，共同组成支护体系，以保证安全、顺利的进行施工。
2 管棚超前预支护原理
管棚工法是在隧道开挖之前沿隧道开挖断面外轮廓，以一定间隔与隧道轴线形成一定的外插角钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆，浆液在钢管周围一定区域内扩散，通过浆液的胶结作用，使土层或岩层的力学性质得以改善，来增加钢管外围岩土的抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化，由管棚和围岩构成棚架体系，从而保证隧道开挖的安全。该项目超前管棚的参数如下：
2.1 管棚参数
长度：30m 规格：φ108mm×9mm，管内设钢筋笼
材质：热轧无缝钢管 数量：33根
间距：中至中40cm 外插角：1°
钢管布置方式：沿隧道开挖轮廓线外环形布置一排，如图1所示。
3 施工工艺
3.1 工艺流程
管棚施工工艺流程如图2所示。
3.2 施作砼导向墙
导向墙在隧道开挖轮廓线以外施作，是施做管棚的临时辅助工程，主要作用是准确定位导向管。导向墙纵向长度2m，内埋设2榀I18型钢拱架，并安设Ф121mm×4mm导向管。
3.2.1 架立钢拱架
将加工好的钢拱架按预先的设计位置进行架立，钢拱架间距1.2m，布置在导向墙砼中。为便于准确控制导向管外插角，需严格控制拱架的安装位置。
3.2.2 安设导向管
钢拱架安装完成后，根据预先计算的每跟管棚钢管所对应导向管的首尾端的空间坐标值，现场采用全站仪放样确定导向管位置。导向管采用Ф121mm×4mm钢管制作而成，单根长2m，环向间距40cm，准确定位后与钢拱架焊成一体，以达到钻进的导向作用。导向管进口孔位误差应控制在5cm 以内。
3.2.3 浇筑导向墙砼
导向墙内模采用土模或组合钢模板，外模采用木模或钢模，内外模用连接筋联成一体。砼浇筑过程中需注意保护好导向管，以免砼进入管内，影响管棚钢管的顺畅通过。导向墙如图3所示。
3.3 钢花管制作
管棚采用φ108mm×9mm的热轧无缝钢管制作，单根长40m，每根40m长的钢管均由长度为4m和6m两种钢管通过丝扣套管连接而成，钢管两端头公丝扣长15cm，套管长30cm，内加工30cm母丝扣，如图4所示。每根钢管前端38m范围按间距30cm梅花型布置φ10mm注浆孔，如图5所示。
3.4 钢筋笼制作
钢管内设置主筋为4Φ22的钢筋笼，钢筋采用φ42钢管（壁厚3.5mm）作固定环，固定环节长5cm，间距100cm，与钢筋笼焊接，如图6所示。
3.5 钻孔
3.5.1 钻孔准备
钻机就位后，首先利用钻机的变角度油缸根据导向管的方向初步调整钻杆的方向，再利用全站仪对钻杆的空间位置进行复核校正，确保钻杆与导向管角度一致。
3.5.2 钻孔
采用YGL-100A型液压履带式钻机、φ89钻杆和φ120mm潜孔锤，钻孔直径为120mm，根据地层情况，容易成孔时采用潜孔锤钻进，如果因围岩较破碎导致成孔困难，采用潜孔锤跟管钻进。
第一节钻杆钻入岩土后，待尾部外露20～30cm时，停止钻进，推进机构退回原位，安装第二根钻杆。加钻杆时，注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心孔位是否畅通，并检查钻孔的质量，如有偏离应及时调整。钻孔过程中需收集记录岩性特征和钻孔参数等资料。
4 管棚安装
钻孔完成后及时安装钢管，防止时间过长造成塌孔而影响钢管的顺利安装。钢管由节长4m、6m两种钢管采用套管连接而成，相邻两根钢管接头均错开2m。每根钢管安装到位后，及时安装钢筋笼。
5 管棚注浆
注浆是为了固结管棚钢管周围一定范围内的岩体，是管棚施工的一项重要工序，施工中必须加强注浆质量控制。注浆材料为水灰比1：1的普通水泥单液浆，注浆压力0.5～1.0MPa，浆液扩散半径不小于0.25m（岩层孔隙率设计取10%，单孔设计注浆量0.63），水泥浆由孔口一次注入。
每安装完一根钢花管，及时注入水泥浆，再对相邻钢管孔钻进时，可作为上一根钢管注浆效果的检查孔。注浆采用单孔注浆量和注浆压力进行双控，满足单孔注浆量达到设计注浆量或当注浆量小于设计注浆量但压力达到设计终压并持荷不少于5分钟即可结束注浆。为增强钢管的刚度，注浆完成后，钢管内注入C30水泥砂浆。
对注浆加固区选取了2处进行钻孔取芯，通过芯样显示，水泥将夜在岩层裂隙中填充饱满，局部破碎岩层被水泥浆凝结成板块，注浆效果较好。
6 施工效果
隧道开挖显示下穿209国道采用管棚超进行前支护的措施是非常成功的。一方面，公路路面上方没有出现开裂和塌陷，路面沉降沉均匀，沉降值在7mm以内；另一方面，隧道开挖过程中没有出现拱顶大块掉碴和边墙坍塌现象，说明长大管棚通过钢管的梁效应和注浆的加强效应为下穿公路浅埋隧道暗挖起到了很好的保护作用。
7、结束语
宜万铁路鲁竹坝二号隧道出口下穿209国道段浅埋隧道暗挖采用长大管棚超前支护技术达到了预期的目的，得到了业主及监理的高度评价，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 铁道第四勘察设计院. 宜万铁路宜昌至万州段新建工程施工图—鲁竹坝二号隧道设计图[R].武汉：2004.
[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.
作者简介
李燕（1981—），女，汉族，安徽黄山人，2001年毕业于合肥铁路工程学校工程管理专业，助理工程师， 主要从事土建工程施工。