中铁二十一局集团第四工程有限公司 青海省西宁市 810006
摘要：介绍拉日铁路卓玛隧道洞口采用30 m长大管棚超前支护的施工技术，并在参数确定、施工技术；质量控制3个方面作了具体介绍。
关键词：长大管棚；施工技术；参数确定；质量控制；
1 工程概况
卓玛隧道位于拉日铁路DK175＋584～DK176＋338里程段，隧道通过范围属低高山区，自然山体高陡，冲沟发育，山体自然坡度较陡，一般坡度为40o～60o。隧道全长754m，Ⅳ级围岩占549m，Ⅴ级围岩占205m，隧道洞身地质条件较简单，最大埋深约92m。浅埋段DK176＋130～DK176＋170埋深不足4m，长度40m。定洞门里程为入口DK175＋584，出口DK176＋338，洞门采用翼墙式洞门。隧道进口段DK175＋584～DK175＋845.22位于直线上，其它均位于R-1600m的圆曲线上。隧道洞身为坡度10‰的单面下坡。全隧道按新奥法设计和施工，浅埋段DK176＋130～DK176＋170埋深不足4m，长度40m。岩层为强风化、弱风化凝灰岩，顶板为残坡积层，节理裂隙发育，岩石呈土夹碎块状结构，局部散体结构，围岩不稳定，易塌。采用30 m长大管棚对洞口段进行超前支护。沿隧道衬砌外缘40cm打入一排纵向钢管，并且在插入钢管后，再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙，使管棚与围岩固结紧密，管棚外50cm以上范围内岩土固结成整体，以提高钢管的强度。开挖后架设拱形型钢钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构。
2 施工工艺
2.1 施工工艺流程
长管棚施工工艺流程图如图1所示。
管棚施工主要工序有开挖支护明洞边坡、仰坡；施作套拱；搭钻孔平台、安装钻机；钻孔；清孔、验孔；安装管棚钢管；注浆。工序技术要求高，工艺复杂，现分别叙述如下。
2.4.1 明洞边、仰坡开挖支护
(1)明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行，应尽量避开雨季施工。
(2)边坡防护应与明洞开挖同步进行：及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。
(3)对边、仰坡渗水要及时排、引到坡面外，加强对坡面的防护。
2.4.2 施作套拱
(1)混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱在明洞外廓线以外施作，套拱内埋设3榀18号工字型钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体。
(2)孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
2.4. 3搭钻孔平台安装钻机
(1)钻机平台可用枕木或钢管搭设脚手架，搭设平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位。
(2)平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。
(3)钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线和孔口管轴线相吻合。
2.4.4 钻孔
(1)为了便于安装钢管，钻头直径采用Φ 115 mm。
(2)岩质较好的可以一次成孔；钻进时产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。
(3)钻机开钻时，可低速低压，待成孔10 m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
(4)钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。
(5)钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
(6)认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。
2.4.5 清孔验孔
(1)用地质岩芯钻杆配合钻头(Φ 115 mm)进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。
(2)用高压气从孔底向孔口清理钻渣。
(3)用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。
2.4.6 安装管棚钢管
(1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻Φ 12注浆孔；管头焊成圆锥形，便于入孔，并且防止浮渣进入空内，影响注浆效果。
(2)棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔(Φ 115 mm)，然后可用10 t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进；也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。
(3)接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1 m。
2.4.7 注浆
注浆堵水施工工艺图如图3所示。
(1)安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆后再施工无孔钢管，无孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。
(2)注浆参数：水泥浆与水玻璃体积的比例为1∶0.5；水泥浆水灰比1∶1；水玻璃浓度35
波美度；水玻璃模数2.4。
(3)采用KBY50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0.5 MPa～1.0 MPa，终压2.0 MPa，持压15 min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
(4)注浆结束后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。
2.5 劳动力组织
管棚施工工序多，工种杂、技术性强、要求技术工人具有各方面独立操作能力，又能处理管棚施工中一般的故障，管棚施工的质量很大程度上取决于钻孔和注浆的质量。一台钻机三班作业劳力组织为：技术人员1人、机长1人、班长3人、修理工1人、电工1人、电焊工1人、钻工15人、合计23人。
3 质量控制
(1)钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔进行编号。
(2)钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～15°，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20 cm～30 cm。
(3)严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
(4)经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
(5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
(6)在遇到松散的堆积层和破碎地质时，在钻进中可以考虑增加套管护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。
4结语
4.1对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工工艺，提前发挥超前支 护作用，增加了施工安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。
4.2在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。
4.3管棚钻孔可作为地质超前预报，地质资料可指导洞身开挖提供依据。
4.4管棚施工工艺的引用，对卓玛隧道施工技术的探索迈开新的步伐。
论文作者:史玲天
论文发表刊物:《防护工程》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/30
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