摘要：当前社会各界广泛呼吁节能环保，在这种背景下，对隧道施提出了更高要求。力求隧道洞口施工对洞口围岩结构的扰动和地表生态环境的影响降到最低，破坏性要尽可能避免。这些都催化了超前支护进洞的技术的蓬勃发展。顾名思义，管棚支护就是沿着隧洞开挖轮廓周线，在开挖前方的地层内打入钢管，注浆加固来一个棚架支护体系，以支撑来自外侧的围岩压力，从而保证其隧洞挖掘、衬砌工程一气呵成。
关键词：城市隧道；超前管棚支护；施工技术
引言
在现代公路隧道工程的建设中，多采用的是地下暗挖方式。施工中，常常需要对开挖面前方不稳定的土体进行预加固和预支护，使之满足开挖要求。管棚法施工技术，就是一种很好的预加固和预支护工法。应用管棚超前支护，可以很好地控制隧道结构线型，并可抑制其片邦、冒顶、坍塌等。
1管棚作用机理
1.1承载拱作用
管棚内注满浆液，变成实心，使拱顶直接形成一个加固的保护环，将地面荷载和岩层重量完全承包，使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力，避免了内部围岩不能承其重而发生塌陷事故，为下一步施工创造了理想的开挖条件，很大程度上保障了施工者的生命财产安全。在沿隧道挖掘轮廓的前进管开口密集的情况下，加强环的变形减小，传递到隧道保护结构的上部载荷大大减小，同时围岩的变形应力传递到支撑拱，支撑臂之间的相互连接形成整体支撑，有效保证了挖掘结构的安全性和初始支撑。
1.2托起隧道墙体的中心梁的作用
洞口管棚杆体本身经过套拱及后续开挖型钢支护与未开挖岩体支护下逐渐形成一自然托梁整体。既可以缓解地表下沉的情况，又可以将受到的围岩压力进行平均分配到洞身周围，大大降低了围岩传递给初期支护的承重要求。
2工程概况
某高速公路隧道设计左洞总长度为1540．36m，隧道施工洞口段为软弱围岩，稳定性差，为Ⅴ级围岩。洞口段覆盖层较薄，仅为4m～5m，属于超浅埋隧道，施工难度大，成洞条件极差。隧道洞口上部覆盖层主要为堆积土，松散破碎，不易成洞。为了保证隧道施工安全，防止隧道拱顶坍塌，保证施工的正常进行，采用超前管棚支护。设计管棚直径为108mm，壁厚为6mm，管棚设计长度为30m。为了保证隧道洞口段施工安全，施工前制定专项施工方案，严格进行超前管棚施工质量控制。
3超前长管棚结构设计
3.1管棚主要技术参数
根据隧道洞口的围岩情况，设置超前长管棚的长度为30m。管棚钢管采用直径为108mm的Q235无缝钢管，管壁厚度为6mm。管节设计长度为3m和6m两种，管壁上设置注浆孔，孔径尺寸为10mm～15mm，孔位间距300mm，采用梅花形布置。为了考虑防止注浆漏浆，最后一节钢管尾部2m不设置注浆孔。超前长管棚设计中心距为500mm，管棚总根数为31根，设计总长度为930m。
3.2套拱设计
为了保证超前管棚施工的钻孔精度和安装位置准确，设置2m套拱。套拱采用C25混凝土，厚度为600mm，内部设置钢筋和工字钢。套拱内工字钢为20号工字钢拱架，间距为600mm。为了保证钻孔精度，在工字钢拱架上焊接长2m的Ф127×5mm无缝钢管作为导向管。导向管焊接在钢拱架上必须保证稳固，以保证施工过程中不移位。考虑到管棚长度较长，防止侵入开挖界限，导向管设置2°的外插角。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆套拱混凝土施工可采用浇筑混凝土，特殊情况下也可以采用喷射混凝土。
3.3钢拱架
为了提高导向管的刚度，在套拱内设置4根20号钢拱架，间距为600mm，并采用Ф22钢筋连接，可保证导向管的稳固。
3.4注浆
为了提高围岩稳定性，采用注浆的方式对管棚周边的围岩进行加固。管棚钢管上设置有注浆孔，采用注浆机进行注浆。注浆采用水泥—水玻璃双液注浆，注浆过程中对浆液制备的配合比、注浆量和注浆压力进行严格控制，保证注浆加固质量。
4城市隧道施工中超前管棚支护施工技术
4.1边仰坡防护
1）该隧道边仰坡施工中采用锚杆钢筋网喷射混凝土联合支护的方式，锚杆采用Ф22螺纹钢筋，长度为3m；钢筋网片采用Ф8盘条，网格尺寸为200mm×200mm，喷射混凝土强度为C25。
2）隧道边仰坡边开挖边防护，并尽量避免大挖大刷。当开挖至套拱顶标高时，注意将套拱位置留出，并开挖出套拱施工工作面。
3）根据设计标高，对套拱拱脚基底进行平整。如套拱拱脚基底为软弱土壤，应检测其承载能力。如基底承载力不足，可采用浆砌片石进行加固，厚度不少于50cm。
4.2套拱施工
4.2.1套拱拱架与内模安装
1）安装套拱钢拱架，并用Ф22钢筋连接，连接间距为1m。本项目套拱施工采用4榀20号工字钢，钢架垂直度偏差不能超过2°，采用5mm厚钢板连接拱架，每块连接钢板上设置6个螺栓。
2）套拱施工模板采用木模板，模板铺设应平整，并保证接缝平顺。
3）为了防止由于各种外界荷载作用造成套拱变形与沉降，套拱尺寸较设计尺寸增大5cm。
4.2.2导向管安装
1）为了保证管棚钻孔精度，本项目施工采用的导向管为Ф127×5mm无缝钢管，长度为2m。
2）导向管必须与钢拱架焊接牢固，导向管设置2°的外插角，以防止由于钻机钻孔时钻头下垂侵限。
3）施工中采用坐标法进行导向管的安装定位，可在贴近开挖工作面处设置小钢管，垫高保证导向管的倾角。
4.2.3外模安装
1）模板安装必须保证稳固，必须采用木桩对模板底部进行支撑，以防止在浇筑混凝土施工中跑模。
2）套拱外模采用木模板，用钢筋作为加强箍筋，并采用木桩、钢管进行辅助固定。
3）套拱外模安装必须保证拼装严密，尽量做到接缝处不漏浆，拱顶3m范围可不安装模板，作为混凝土浇筑入口。
4）导向管采用塑料编织袋或土工布等进行封堵，防止进入混凝土堵塞。
4.2.4混凝土浇筑
1）套拱钢拱架、导向管、模板安装完成后，即进行现浇混凝土施工。
2）本项目采用C25混凝土，施工过程中严格控制其坍落度和水灰比。
3）混凝土浇筑采用对称浇筑的方式，并采用挖掘机配合作业，两侧浇筑高度差不宜超过50cm。
4）混凝土浇筑过程中严禁加水，并采用插入式振动棒进行充分振捣。
5）混凝土浇筑完成后即开始养生，养生期应保水保湿，并采用土工布或保鲜膜覆盖，养生期不少于5d。
4.4钻孔
钻机钻孔必须停放在稳固的地基上，钻孔过程中应保证钻孔精度，钻孔孔径应略大于钢管孔径，深度不低于设计深度，并防止出现塌孔。钻机钻进过程中出现卡钻、跳钻现象，应分析原因，做好应对。钻孔达到设计深度后，必须进行清孔，并尽快进行钢管安装，防止塌孔。
4.5钢管安装
为了方便管棚钢管安装，第一节加工成尖锥状。管棚节段处采用螺纹丝扣连接，安装时先安装带有注浆孔的节段，最后安装尾部没有注浆孔的节段。相邻的管棚钢管的接缝在横断面上的接头应相互错开，如奇数段第一段采用3m长钢管节段，则偶数孔采用6m长钢管节段作为第一段进行施工。
4.6注浆
注浆前将导向管和钢管间的空隙用锚固剂封堵，并在钢管端部安装注浆口。管棚注浆压力不小于0．5MPa，施工中严格控制注浆量和注浆压力。注浆过程中如出现漏浆，可停止30min后，添加水玻璃后继续注浆
结语
综上所述，通过利用超期管棚支护使地面沉降得到了显著的控制，采用隧道管棚施工和冷开挖施工相结合的方法，保证了上方有建筑物结构的隧道施工安全。
参考文献：
[1]JTGD70-2004·公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[2]JTGF60—2009·公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009.
论文作者:陈鸿翔
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/11
标签：隧道论文; 围岩论文; 注浆论文; 混凝土论文; 钢管论文; 导向论文; 钻孔论文; 《防护工程》2018年第31期论文;