摘要：隧道通过软弱破碎地带时，给掘进带来相当大的困难，而且存在很大的施工安全风险。因此制定合理、科学、有效的处理方案避免塌方，对隧道顺利此地段极为重要。本文通过对某双线隧道复杂的岩溶、水文地质、风化严重、岩体松散等条件，重点介绍管棚在洞内施工的施工工艺、施工方法，并总结其应用效果和存在的问题，以期对隧道安全施工技术有一定的借鉴意义。
关键词：隧道；施工；软弱破碎围岩；安全风险；超前管棚
0引言
顺利贯通软岩松散围岩是一个在施工中比较棘手的难题，运用什么样的方式进行掘进，在施工中采取什么样的保护措施都没有一个具体的标准和流程。一般软岩松散岩体（如泥岩，软砂岩等）尤其是夹有大块孤石时，其施工安全风险性大，有可能引起突泥、塌方，如处理得当，既能减少坍塌，又节省资金以及拖延工期的风险。本文结合多年施工经验，主要以隧道大管棚施工为例进行分析总结大管棚的应用。
1隧道概况
某双线高速铁路隧道，全长2104.4m，设计车速为250km/h。该隧道处于云贵高原中部，地势东高西低，北高南低，山脉和水系多呈南北向展布。隧道轴线通过地段地面标高1076.70～1132.83。相对高差56.13米，地形坡度25°～55°。地表溶蚀结构发育，属溶蚀、低山地貌。沉积类型繁多沿线各时代地层分布较为齐全，褶皱发育、断裂、，致使岩体节理极其发育、破碎。主要不良工程地质有富水断层破碎带、泥石流、溶洞、顺层等。施工地下情况复杂地表水分部不均，混凝土由于长时间在水中浸泡会对其有一定的腐蚀破坏作用。
2超前支护形式的选择
在隧道软弱松散地段处开挖施工，超前预支护一般选用超前固结灌浆、超前锚杆（管）支护、超前管棚、缩短循环进尺等方法进行。而针对此隧道岩体软弱、松散夹有大块孤石，且其岩质结构变化快，围岩自稳能力极差。无法采用超前固结灌浆，而且其局限性太大；若采用超前锚杆（管），因为其直径小，固结范围相对较小，刚度有限，承载力较小，存在安全风险。因此此类岩体采用超前大管棚施工。
3超前管棚施工准备
1）工作空间
临近管棚施工部位时初期支护断面前3～5榀钢架每榀抬高8～7cm，总抬高32～35cm，形成工作断面，以便于控制管棚施工角度，保证管棚有效支护长度。如下图所示：
大管棚施工示意图
2）管棚制作
⑴选材
管棚材料采用厚度为6mm的Ф89（108）热轧无缝钢管加工而成，环向间距为0.5m。根据实际情况施工过程中可将间距缩小，两侧管棚往拱顶集中，管棚总根数不变。
为加强及提高导管的抗弯折能力，在管棚内增设钢筋笼。钢筋笼由4根主筋和固定环组成，主筋采用Ф18钢筋，钢筋之间每1m间距用5cm长的Ф32钢管连接，钢管壁厚3.5mm。
⑵管棚注浆孔制作
管棚上钻注浆孔，孔径为10～16mm，孔纵向间距15～20mm，呈梅花型布置，孔间距20cm。尾部留不小于100cm的不钻孔止浆段。
3）管棚安装
⑴布孔、钻孔及清孔
管棚定向可取用两种方法：第一，安装定向套管，套管的选取要比钻头大，通常采用2 m左右长度，套管的方向直接决定了钻孔的方向。第二，采用挂线定向的方式，在定向时应考虑线路纵坡对外插角的影响。两点之间距离以10 m为宜，通过前后两点挂线确定管棚的方向。
采用管棚钻机风动干钻法钻进成孔，孔径应大于管棚直径15mm，管棚成孔后应来回扫孔两次，将孔内岩粉残碴清除干净，以便于管棚安装。钻机回旋钻头直径、钻压、转速、风量、风压等钻进参数应满足施工需要。
⑵顶管
在钢管接长之前要检测钻孔是否合格。用钻机旋转或人工配合挖掘机装入孔内，在施工中遭遇故障首先把孔清理干净以后再把钢管接入固定好。
4）注浆作业
⑴作业前先用混凝土封闭掌子面用来防止后期漏浆。
⑵作业前要仔细检查各条管路以及机械状况有问题再施工前快速解决，期次要做压浆试验并调整好具体灌浆参数。
⑶作业材料要采用水玻璃双液浆、普通水泥。施工配合比为：W：C=1：1，C：S=1：1（重量比）水玻璃浓度为35Be`。用注浆泵按先单后双，先下后上，先稀后浓的原则注浆。注浆压力控制在0.6～1.0Mpa。
⑷注浆量根据地层孔隙率确定，一般可根据下列公式计算
式中：
为浆液注浆量；
为浆液有效扩散半径，
；
注浆段长度，
；
为土体孔隙率（或为岩石裂隙率）%，（土、砂土，
）；
为浆液充填率，
，（土、砂土，
）；
为超耗系数（含超注浆、冒浆、损耗等），
。
⑸注浆过程中派专人值班，并填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液损耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控联通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
5）管棚施工工艺流程图如下
6）注浆效果检查
常采用的方法有开挖取样法、分析法、变位推测法和物探法。在此隧道中主要采用：①注浆终孔压力达到1.0MPa以上，则满足要求；②用铁锤、撬棍等铁器类物体不断敲击钢管，如相声清脆，则未注满，反之满足；③开挖眼层面观察判断。
4监控量测
针对该段岩体软弱，重点监控拱顶下沉、围岩收敛。在施工开始后要进行埋设观测点，及时准确采集初始数据留档备案，通过实时观测的数据进行处理分析以便于更好的掌握地层的变化规律。碰遇险情，及时调整施工方式和保护措施提供数据支持。
5洞身开挖
5.1施工方法
此段采用三台阶七步开挖法施工。
采用人工配合挖掘机开挖，局部较硬岩层采用破碎锤开挖。如需爆破，采用小药量松动爆破，多打孔，少装药，尽量减少对围岩的扰动。开挖循环进尺不得大于一榀钢架间距，边墙落底一次开挖不超过2榀拱架。
5.2三台阶七步开挖法施工工法说明
（1）第一，上部弧形导坑开挖：在拱部支护后进行，要预留核心土，核心土宽要是隧道宽度的1/3～1/2，长度要3～5m。开挖循环进尺根据初期支护最大不得超过0.6m，开挖后立即初喷3～5cm混凝土。上台阶开挖矢跨比大于0.3为原则，确定上台阶高度为3.4m。，
（2）第二三，左右两侧中台阶开挖：开挖前确定支护架间距，最大不得超过0.6m，开挖高度为3.4m，两侧台阶错开2～3m，开挖以后要立即喷3～5cm混凝土，及时进行系统支护，接长钢架，要在墙角上30cm的高度处，紧贴钢架紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
（3）第四五，左、右侧下台阶开挖：开挖进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过0.6m，开挖高度为3.6m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
（4）第六，上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
（5）第七，隧底开挖：每循环开挖长度不大于3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为6m。
6注意事项
⑴打孔之前，精确测量打孔的位置、倾角等，并进行编号。
（2）仰角的位置应该以钻孔杆的强度和钻孔的深度而决定，洞内一般控制在3°～5°，钻孔机最大偏移量和下沉量应该为钢管长度的1%左右，并且要控制在15～20cm。
（3）要严格控制钻孔的位置，管棚不能侵入隧道的开挖线以内，相邻的钢管之间不能立交和相撞。
（4）要经常测量孔的斜度，发现误差及时纠正，到达终孔超过限制的应该进行封堵，在原来位置重钻。
⑸严格贯彻“先排水、段进尺、快支护、早封闭、勤量测”的原则，不可盲目求快。
⑹严格按照设计施工，合理组织劳动力、搭配技术力量、机械等，保证工序有序施工。
7 结束语
以上管棚应用施工方法，能有效地加固软弱破碎层，防止隧道开挖时发生坍塌和洞内涌水、涌泥等现象，有效控制地面沉降和隧道周边变形。在重难点、高风险隧道中常被采用，因此在现场实际施工过程中得到了很好的应用和验证，为工程缩短工期、提高质量、节约成本作出了突出的贡献，创造了良好的经济效益和社会效应，也为以后类似工程快速施工提供了参考依据，以便更好的应用到施工中去。
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[4]陈豪雄，殷杰.隧道工程[M].北京.中国铁道出版社.1995.
论文作者:王文玉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：隧道论文; 钢架论文; 超前论文; 进尺论文; 注浆论文; 间距论文; 钻孔论文; 《基层建设》2019年第8期论文;