王天明1 张旭2
1.中交二公局萌兴工程有限公司 西安市 710119；
2.南阳市交通基本建设工程质量监督站 河南南阳 473000
摘要：阐述了码头隧道左洞出口浅埋段超前大管棚的施工，通过对监控量测结果进行分析，总结了超前预支护技术在通过软弱围岩时的作用。`
关键词：雨季；隧道；超前预支护；堆积体；施工；效果评价
1.工程简介
宝天高速公路牛背至天水段的码头隧道全长862.5m，隧道设计为上下线分离的四车道，建筑限界净宽10.25m，净高5m。右洞进口桩号YK34+495，设计标高89.42m。隧道右洞进口段位于浅埋地段，埋深12～19m，为第四纪（Qc4）坡积层与强风化花岗闪长岩接触地带。表层为松散无粘性的砂状土，下伏强风化花岗闪长岩，岩石已风化呈土状，夹杂部分角砾碎石，结构松散，围岩自稳性极差，遇水易坍塌。隧道所处山体植被发育，地表、地下水丰富。
2.问题的提出及方案确定
隧道施工随着表土清除，洞口开挖工作面形成，时值雨季提前到来，长时间降雨造成围岩受浸泡富水饱和，地表泉水涌出，造成洞口段围岩软化，仰坡地表多处产生裂缝，最大裂缝宽12cm，形成2～3cm错台。洞口开挖工作面发生坍塌，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大管棚超前预注浆，先对洞口段堆积体进行固结处理再进行开挖，可以有效保证洞口边仰坡安全，确保顺利进洞。
3.施工设计
3．1 注浆机理
由于堆积体结构松散破碎，本工程采用渗透注浆及压密注浆。
3．2 施工参数选择
3．2．1 大管棚设计
大管棚采用φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长分别为3 m、6m。管棚环向间距拱部为30cm，墙部为50cm。外插角3°～ 5°。有孔、无孔钢管交叉布设。有孔钢管布设注浆完毕后再布设无孔钢管。有孔钢管上注浆孔孔径12mm，孔间距20cm，梅花型布置，尾部50cm范围内不钻孔作为止浆段。
3．2．2 注浆参数设计
（1）注浆材料及配合比：注浆浆液采用水泥浆，水泥采用32.5（R）普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.8：1～1：1；
（2）注浆压力：2.0～3.0MPa；
（3）浆液扩散半径：不小于0.5m；
（4）单根钢管注浆量：
Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β
式中：r为钢管半径，L为钢管总长度，考虑与钻机连接，取29m；R为浆液扩散半径，取0.5m；η为地层孔隙率，堆积体经测试η为12%；α为浆液有效充填率，取0.9；β为浆液损耗系数，取1.15。
经计算，单根钢管注浆量Q=3.09 m3。
4.方案实施
4．1 大管棚施工前准备工作
4．1．1 疏排地表水
洞口仰坡稳定地层，增设环型截水沟一道，拦截地表雨水；
4．1．2 引排地下水
在洞口附近位置钻设2个φ20CM降水井，利用深井潜水泵和螺杆泵抽取地下水以疏干土体，降低洞口周围地下水位。
4．1．3 施作套拱作为大管棚导向墙
洞口前端采用4m 长套拱（25#砼）作为大管棚导向墙。孔口套管沿拱圈环向布设间距、位置及方向应准确。
4．2 管棚施工
先施钻、安设及注浆所有有孔钢管，再施作无孔钢管。
4．2．１ 钻孔
（1）根据套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。
（2）钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹沙层时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。
（3）为避免钻杆太长，钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，开钻上挑角度控制在 3°～ 5°之间，并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。
4．2．２ 安设管棚
⑴钻孔完成后及时安设管棚钢管，避免出现塌孔。
⑵钢管逐节顶入，采用丝扣连接，丝扣长15cm。
⑶及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实，在钢管外露端焊上法兰盘、止浆阀，并检查焊接强度和密实度。
4．3 管棚注浆
4．3．1施工程序及方法
⑴注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，据以施工。
⑵注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。
⑶注浆压力达到2.5Mpa，并持压5min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。
⑷注浆过程应派专人负责，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
4．3．2 待有孔钢管已全部注浆完毕后，再进行无孔钢管的钻孔、安设。
4．3．3 注浆效果评定
⑴对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况。
⑵在进行无孔钢管钻孔时观察孔内涌水颜色及涌水量，水颜色如较澄清或夹带水泥渣块，涌水量小于0.4L/min，则注浆效果较好，如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时，应补注或重注。
5.堆积体段开挖
该段洞身开挖采用双侧壁导坑法，进洞前先施做超前小导管，将围岩固结。超前小导管采用φ50×5mm无缝钢管，节长5m，钢管上注浆孔孔径8mm，孔间距15 cm，梅花型布置，尾部40 cm范围内不钻孔作为止浆段，小导管环向间距50 cm，纵向间距250 cm，外插角15°。
6.效果评价
为保证施工安全及检查大管棚的实施效果，施工单位专门组织对堆积体段的净空收敛量测。在25m堆积体处理段埋设了3条收敛基线，监测数据分析见表1。从量测情况看，埋设初期3条曲线收敛增长较慢，上核心土开挖时收敛变形急剧增长，然后趋于稳定，均满足设计要求。充分说明了大管棚预注浆超前支护对防止围岩恶化，控制隧道变形作用是显著的。
表1 净空收敛监测变形分析mm/d
7总结及体会
面临雨季施工的不利环境，利用大管棚作为穿越堆积体段的超前支护，其成功之处在于：通过注浆将松散的堆积体固结起来，利用大管棚支护围岩，注浆体和管棚连成一个整体而受力，在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体，有效地阻止了松散体出现坍塌，为隧道洞身安全、顺利地施工创造条件，是新奥法与其他辅助施工方法的完美结合。
参考文献：
[1]JTJ026-90，公路隧道设计规范[S].
[2]JTJ042-94，公路隧道施工规范[S].
[3]程骁，张凤祥，土建注浆施工与效果检测[M].上海：同济大学出版社，1998.
论文作者:王天明1,张旭2
论文发表刊物:《基层建设》2015年14期供稿
论文发表时间:2016/1/11
标签：注浆论文; 隧道论文; 钻孔论文; 围岩论文; 浆液论文; 洞口论文; 钢管论文; 《基层建设》2015年14期供稿论文;