论文部分内容阅读
摘要：在软弱围岩隧道进行的施工时，极易出现掌子面失稳及地表下沉的现象。以科学、合理的支护方法增强支撑力，能够有效控制施工问题的出现，管棚技术就是其中一种有效的方法。本文以某软弱隧道工程为例探讨了其施工技术要点。
关键词：管棚；软弱围岩；注浆
一、工程概况
长寿山隧道位于黄河北岸的大砂坪乡与富民村之间，横穿兰州市两区一县，起点里程HDK41+910，终点里程HDK54+425，全长为12515m，属于中铁二十局集团兰州枢纽项目控制性节点工程。自开工以来，项目部把长寿山隧道列为创鲁班奖工程。隧道进HDK54+265～HDK54+425段有一个喇叭口断面，为双线集装箱喇叭口隧道，该里程段隧道地质条件较差，施工难度大，技术含量高，线路穿越Ⅴ级全～强风化花岗岩。洞口段表层为坡积土，层厚0.5m～2m，进洞口 30m浅埋段为全风化花岗岩，岩体呈角砾碎块松散状结构，岩体完整性差，洞口边仰坡及围岩自稳能力弱。
自隧道准备开始进洞，随着清除洞口表层土后，仰坡地表处产生裂缝，最大裂缝5cm，形成3～4cm的错台，且裂隙水入渗时，有滴水现象，洞口开挖工作面产生坍塌，施工进洞困难。根据现场实际情况，结合其他隧道施工经验，认为较为合理的施工方法是采用长管棚超前预注浆，先对洞口段进行固结处理，以保证洞口浅埋段经济、快速、安全的进洞。
二、管棚注浆法工艺原理
注浆管棚通过注浆填充围岩裂隙，提高围岩的强度和刚度，从而提高围岩的整体承载能力。通过向围岩注浆形成的加固圈起到“承载拱”的作用，支承“承载拱”上部的岩层重量，使拱内部的围岩与支护系统处于免压状态。拱内部的围岩与支护系统受到的力仅是由于隧道变形引起的形变压力，当管棚为惯性力矩较大的厚壁钢管，且沿隧道开挖轮廓线周密布置时，加固圈的变形较小，因此，隧道支护结构所承受的上部荷载大大减小。另外，在管棚进口端一般加有套拱基础，另一端深入到隧道围岩较为完整、坚硬处，这样可以对上部的破碎软弱围岩形成一个稳定的“简支梁”支撑结构，此简支梁可起到承受上部压力或者传递上部荷载的作用。
管棚作为隧道施工的辅助方法之一，适用于软弱砂土质地层、砂卵砾石地层，膨胀性软流塑、硬可塑状粉质粘土地层，裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩，并对地层变形有严格要求的工程。通常情况下，在穿越铁路修建地下工程、穿越地面及地下结构物修建地下工程、修建大断面地下工程、隧道洞口段加固等特殊地段施工时，一般采用管棚进行超前支护。
三、管棚在软弱围岩隧道施工中的应用
（一）施工参数
1、长度的选择
管棚长度应视隧道所处地形、地质等情况而定，首先必须要穿过掌子面上的土体破裂面一定的长度，使土压力传到已封闭的支护结构上，其次满足钻机设备的工作参数要求。特别是在地质重要任务比较复杂的情况下，一般应沿隧道轴向进行试钻，取得详细资料，从而决定长管棚的施工区长度。本隧道管棚长度为32m。
2、鋼管的选择
管棚钢管型号的选择根据地质条件和支护条件，本隧道采用Ф108mm热轧无缝钢管，壁厚6mm，节长分别为4m和6m。
3、钢管的间距
管棚环向布设钢管间距多为30～50mm。间距布设对防止洞口上方土体坍落及松驰有很大的影响，施工中应根据现场情况选择合理的间距。本隧道钢管采用33cm。
4、注浆参数
注浆采用水灰比1：1（重量比）单液水泥浆，在早期强度要求较高时可采用双液浆。在钢管最外端1.5m范围内不设置注浆孔，采用M10水泥砂浆灌注。孔口用厚度3-5mm钢板凿孔焊接注浆管等直径小导管来封堵；钢管与孔壁空隙得封堵，利用自制工具将早强水泥砂浆塞入孔口封堵，封堵材料入孔内不小于1m长度，确保封堵质量。注浆量及注浆结束与否，不是以时间来判断，而是以注浆压力来控制，当注浆压力持续升高，接近或达到注浆额定压力时，该管注浆即可结束。注浆初压0.5～1.0Mpa，终压2～2.5Mpa。
单孔注浆量：式中为浆液扩散半径，取=0.6，为钢花管长，取0.85为注浆饱满系数，为地层孔隙率，根据现场土工试验测得，由此算得单孔注浆量为0.9～2.0。
（二）施工技术
1、安设钻机
采用MGJ―50型锚杆工程钻机，无伸缩臂功能，钻机升降采用在底架上用千斤顶升降，加设枕木垛调节所需高度。
2、开孔
开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联结是否紧密，偏心扩孔器转动是否灵活。在架设好钻机、调整好孔位的水平位置及仰角后，采用大于钢套管直径1～2级的潜孔锤，钻凿2～3m深的孔口，然后退出潜孔锤。
3、安装管棚钢管、钢花管
（1）顶进钢管采用4m和6m两种长度规格，管棚钢管、钢花管节与节之间通过丝扣接头连接，丝扣长15cm。为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节管采用6m钢管，以后每节钢管采用6m长钢管，以保证同一断面上接头数不超过50%。钢管节段间接头采用企口焊接，确保连接可靠。（2）对有孔钢管前4.5m不开孔，作为止浆段，其余部分按20cm间距交错设置10㎜的注浆孔，管头设置为圆锥形，以便入孔。（3）安装钢管前期靠人工送管，当阻力增大，人力无法送进时，采用钻机顶进，顶进困难时，用锤击钢管或用卡钳扭转钢管，以取得较好的顶进效果。在下管前，将要顶进的钢管节搭配到设计长度并试拼接，并做好记录。
4、钻进
将第一节带有套管靴的钢套管套入钻具，使偏心钻头露出到套管外，检查扶正器、导正器、钻杆三者是否同轴，以避免在钻进中钢套管歪斜，导致发生孔斜和加不进钻杆和钢套管的困难。钻机加压进入正常钻进作业后，要注意排屑是否正常，要经常调整钻压，力求保持一个恒定的排屑速度。 5、退钻：在退钻倒换钻具或退出孔口之前，冲击器应后退进行吹孔或注水清洗，把环状空间的岩屑清除干净后，再把钻杆及钻具退出。反转钻具时不要太猛，防止钻杆或冲击器脱扣。
6、注浆
管棚安装完成后，旋上孔口阀，连接注浆管路。利用注浆泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，再做压水试验，以冲洗岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液充塞的密实性，正式注浆时应保证注浆的连续性，这样才能更好的保证上部固结层的受力均匀。
在注浆前应由试验确定浆液配比、注浆压力、浆液初凝时间等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径，现场通过试验孔确定。配制浆液时，要注意加料顺序和速度，先加水后加水泥及外加剂，按照现场施工进度配置，防止浆液结块。
清孔后，按由下至上，由中心至两侧的顺序施工，浆液先稀后浓、注浆量先大后小，如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。
采用终压和注浆量双控制。以单管设计注浆量为标准，当注浆压力达到设计终压 不小于20min，进浆量仍达不到设计标准时，也可结束注浆，如进浆量大于试验或设计量的1.5倍时，应停止注浆，查看周围是否存在漏浆或地下河流，待处理完后再行注浆。
结束语
隧道采用超前管棚支护注浆施工，顺利通过隧道进洞顶浅埋段及出口严重偏压地段。现场情况表明，超前管棚支护结合注浆技术很好地改善了松软破碎岩层的物理力学性质，水泥浆液在压力的作用下向四周扩散，充满了钢管周围地质的缝隙，起到了固结围岩的作用。管棚支护和后期施工的初期支护形成一个统一整体，纵横交错，共同受力，使整个开挖工作面处在管棚的“保护”之中。进洞口地段均采用管棚注浆施工进洞，达到了“零进洞、零开挖、零扰动”的目的，且顺利进洞，实际施工效果证明，采用管棚支护和预注浆加固技术对于偏压、浅埋隧道进出洞口段安全进洞开挖是安全、可靠的。
参考文献：
[1]張凯，叶云侠.超前管棚支护在隧道工程中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013年23期.
[2]冯勇.长管棚技术在艺坡岭隧道施工中的应用[J].山西建筑，2009年10期.
[3]徐坤.大管棚超前支护技术在浅埋暗挖隧道施工中的应用[J].四川建筑，2010年5期.
[4]郑世杰.超前长管棚技术在崔家冲隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术，2011年z1期.
关键词：管棚；软弱围岩；注浆
一、工程概况
长寿山隧道位于黄河北岸的大砂坪乡与富民村之间，横穿兰州市两区一县，起点里程HDK41+910，终点里程HDK54+425，全长为12515m，属于中铁二十局集团兰州枢纽项目控制性节点工程。自开工以来，项目部把长寿山隧道列为创鲁班奖工程。隧道进HDK54+265～HDK54+425段有一个喇叭口断面，为双线集装箱喇叭口隧道，该里程段隧道地质条件较差，施工难度大，技术含量高，线路穿越Ⅴ级全～强风化花岗岩。洞口段表层为坡积土，层厚0.5m～2m，进洞口 30m浅埋段为全风化花岗岩，岩体呈角砾碎块松散状结构，岩体完整性差，洞口边仰坡及围岩自稳能力弱。
自隧道准备开始进洞，随着清除洞口表层土后，仰坡地表处产生裂缝，最大裂缝5cm，形成3～4cm的错台，且裂隙水入渗时，有滴水现象，洞口开挖工作面产生坍塌，施工进洞困难。根据现场实际情况，结合其他隧道施工经验，认为较为合理的施工方法是采用长管棚超前预注浆，先对洞口段进行固结处理，以保证洞口浅埋段经济、快速、安全的进洞。
二、管棚注浆法工艺原理
注浆管棚通过注浆填充围岩裂隙，提高围岩的强度和刚度，从而提高围岩的整体承载能力。通过向围岩注浆形成的加固圈起到“承载拱”的作用，支承“承载拱”上部的岩层重量，使拱内部的围岩与支护系统处于免压状态。拱内部的围岩与支护系统受到的力仅是由于隧道变形引起的形变压力，当管棚为惯性力矩较大的厚壁钢管，且沿隧道开挖轮廓线周密布置时，加固圈的变形较小，因此，隧道支护结构所承受的上部荷载大大减小。另外，在管棚进口端一般加有套拱基础，另一端深入到隧道围岩较为完整、坚硬处，这样可以对上部的破碎软弱围岩形成一个稳定的“简支梁”支撑结构，此简支梁可起到承受上部压力或者传递上部荷载的作用。
管棚作为隧道施工的辅助方法之一，适用于软弱砂土质地层、砂卵砾石地层，膨胀性软流塑、硬可塑状粉质粘土地层，裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩，并对地层变形有严格要求的工程。通常情况下，在穿越铁路修建地下工程、穿越地面及地下结构物修建地下工程、修建大断面地下工程、隧道洞口段加固等特殊地段施工时，一般采用管棚进行超前支护。
三、管棚在软弱围岩隧道施工中的应用
（一）施工参数
1、长度的选择
管棚长度应视隧道所处地形、地质等情况而定，首先必须要穿过掌子面上的土体破裂面一定的长度，使土压力传到已封闭的支护结构上，其次满足钻机设备的工作参数要求。特别是在地质重要任务比较复杂的情况下，一般应沿隧道轴向进行试钻，取得详细资料，从而决定长管棚的施工区长度。本隧道管棚长度为32m。
2、鋼管的选择
管棚钢管型号的选择根据地质条件和支护条件，本隧道采用Ф108mm热轧无缝钢管，壁厚6mm，节长分别为4m和6m。
3、钢管的间距
管棚环向布设钢管间距多为30～50mm。间距布设对防止洞口上方土体坍落及松驰有很大的影响，施工中应根据现场情况选择合理的间距。本隧道钢管采用33cm。
4、注浆参数
注浆采用水灰比1：1（重量比）单液水泥浆，在早期强度要求较高时可采用双液浆。在钢管最外端1.5m范围内不设置注浆孔，采用M10水泥砂浆灌注。孔口用厚度3-5mm钢板凿孔焊接注浆管等直径小导管来封堵；钢管与孔壁空隙得封堵，利用自制工具将早强水泥砂浆塞入孔口封堵，封堵材料入孔内不小于1m长度，确保封堵质量。注浆量及注浆结束与否，不是以时间来判断，而是以注浆压力来控制，当注浆压力持续升高，接近或达到注浆额定压力时，该管注浆即可结束。注浆初压0.5～1.0Mpa，终压2～2.5Mpa。
单孔注浆量：式中为浆液扩散半径，取=0.6，为钢花管长，取0.85为注浆饱满系数，为地层孔隙率，根据现场土工试验测得，由此算得单孔注浆量为0.9～2.0。
（二）施工技术
1、安设钻机
采用MGJ―50型锚杆工程钻机，无伸缩臂功能，钻机升降采用在底架上用千斤顶升降，加设枕木垛调节所需高度。
2、开孔
开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联结是否紧密，偏心扩孔器转动是否灵活。在架设好钻机、调整好孔位的水平位置及仰角后，采用大于钢套管直径1～2级的潜孔锤，钻凿2～3m深的孔口，然后退出潜孔锤。
3、安装管棚钢管、钢花管
（1）顶进钢管采用4m和6m两种长度规格，管棚钢管、钢花管节与节之间通过丝扣接头连接，丝扣长15cm。为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节管采用6m钢管，以后每节钢管采用6m长钢管，以保证同一断面上接头数不超过50%。钢管节段间接头采用企口焊接，确保连接可靠。（2）对有孔钢管前4.5m不开孔，作为止浆段，其余部分按20cm间距交错设置10㎜的注浆孔，管头设置为圆锥形，以便入孔。（3）安装钢管前期靠人工送管，当阻力增大，人力无法送进时，采用钻机顶进，顶进困难时，用锤击钢管或用卡钳扭转钢管，以取得较好的顶进效果。在下管前，将要顶进的钢管节搭配到设计长度并试拼接，并做好记录。
4、钻进
将第一节带有套管靴的钢套管套入钻具，使偏心钻头露出到套管外，检查扶正器、导正器、钻杆三者是否同轴，以避免在钻进中钢套管歪斜，导致发生孔斜和加不进钻杆和钢套管的困难。钻机加压进入正常钻进作业后，要注意排屑是否正常，要经常调整钻压，力求保持一个恒定的排屑速度。 5、退钻：在退钻倒换钻具或退出孔口之前，冲击器应后退进行吹孔或注水清洗，把环状空间的岩屑清除干净后，再把钻杆及钻具退出。反转钻具时不要太猛，防止钻杆或冲击器脱扣。
6、注浆
管棚安装完成后，旋上孔口阀，连接注浆管路。利用注浆泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，再做压水试验，以冲洗岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液充塞的密实性，正式注浆时应保证注浆的连续性，这样才能更好的保证上部固结层的受力均匀。
在注浆前应由试验确定浆液配比、注浆压力、浆液初凝时间等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径，现场通过试验孔确定。配制浆液时，要注意加料顺序和速度，先加水后加水泥及外加剂，按照现场施工进度配置，防止浆液结块。
清孔后，按由下至上，由中心至两侧的顺序施工，浆液先稀后浓、注浆量先大后小，如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。
采用终压和注浆量双控制。以单管设计注浆量为标准，当注浆压力达到设计终压 不小于20min，进浆量仍达不到设计标准时，也可结束注浆，如进浆量大于试验或设计量的1.5倍时，应停止注浆，查看周围是否存在漏浆或地下河流，待处理完后再行注浆。
结束语
隧道采用超前管棚支护注浆施工，顺利通过隧道进洞顶浅埋段及出口严重偏压地段。现场情况表明，超前管棚支护结合注浆技术很好地改善了松软破碎岩层的物理力学性质，水泥浆液在压力的作用下向四周扩散，充满了钢管周围地质的缝隙，起到了固结围岩的作用。管棚支护和后期施工的初期支护形成一个统一整体，纵横交错，共同受力，使整个开挖工作面处在管棚的“保护”之中。进洞口地段均采用管棚注浆施工进洞，达到了“零进洞、零开挖、零扰动”的目的，且顺利进洞，实际施工效果证明，采用管棚支护和预注浆加固技术对于偏压、浅埋隧道进出洞口段安全进洞开挖是安全、可靠的。
参考文献：
[1]張凯，叶云侠.超前管棚支护在隧道工程中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013年23期.
[2]冯勇.长管棚技术在艺坡岭隧道施工中的应用[J].山西建筑，2009年10期.
[3]徐坤.大管棚超前支护技术在浅埋暗挖隧道施工中的应用[J].四川建筑，2010年5期.
[4]郑世杰.超前长管棚技术在崔家冲隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术，2011年z1期.