广西壮族自治区 530047
摘要：结合广西桂中治旱乐滩水库引水灌区二期工程古风~高镜隧洞工程洞口段超前预支护施工工艺及方法，介绍超前大管棚施工工艺，实践证明：超前大管棚施工技术方法简单、造价低、施工安全、质量容易控制，经济效益和社会效益显著。
关键词：隧洞；导向墙；超前大管棚；支护；施工；质量；安全
1.概述
广西桂中治旱乐滩水库引水灌区二期工程古风~高镜隧洞工程设计引水流量为31.72m3/s，进口位于来宾市兴宾区平阳镇大龙屯与古风屯之间的古风屯西北面800m（平阳镇至溯社村三级路以西600m旁）的山坡脚处，隧洞出口位于来宾市兴宾区平阳镇高境村高境屯西约200m的山坡脚处，隧洞长7560m，隧洞进口布置有节制闸、泄水闸和八角龙支渠分水闸各1座，隧洞进出口均各布置有长15m暗涵，输水线路总长7650m。隧洞进口水面线高程102.99m，底高程为99.01m，出口处水面线高程101.17m，底板高程为97.19m，底坡为1/4200。按无压隧洞设计，城门洞型，底宽为5.3m，高5.92m，项目投资约2.4亿元。
隧洞进口和出口洞口土层覆盖比较厚，在洞口15米范围内为土层及强风化石灰岩、白云岩，风化裂隙，设计采用超前大管棚进行超前支护，沿隧洞衬砌外缘打入一排纵向钢管，并在钢管上开孔，插入钢管后，再往管内注浆以固结围岩，使管棚和围岩固结紧密，开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固城门洞支护结构。
2.施工准备
2.1施工运输便道
隧洞进口位于来宾市兴宾区西部的平阳镇大龙村附近，距合山市约23km，距迁江镇约25km；隧洞进、进口附近有合山～平阳～迁江二级路，平阳～上林二级路及平阳～溯社的乡镇道路通过，隧洞沿线乡村公路路网较为发达，可作为施工物资设备、建筑材料进场运输的对外交通运输干线，工程对外交通较为便利。
2.2施工用水
洞挖用水主要为风钻、锚喷混凝土等用水。在施工区打井取水和从大龙村引入自来水，以保证施工和生活用水。在隧洞进口处拌合系统附近合适高程位置（满足施工供水压力需要），开凿适当平台，结合施工总体布置规划，利用在进口工作面修筑的100m3的蓄水池进行供水，并做好防渗漏处理。采用井水和自来水用Φ80钢管从洞口高位水池向洞内供水，供水管安设洞底部左侧，主管道安装随开挖进尺跟进，距开挖掌子面30～50m设分水器，接1寸胶管至各用水设备。
2.3施工用电
隧洞进口工作面施工用电，由设置在隧洞进口的400KVA变压器接取主线路到达工作面附近，并设置配电盘及保护装置，再从配电盘接线到施工面。
2.4施工供风
隧洞进口段开挖施工用风主要为100B地质钻机、手风钻和混凝土喷射机等设备用风。计划在隧洞出洞口设2台20m3/min电动空压机，保证其钻孔及喷混凝土用风。供风管路主管采用Φ100的无缝钢管引至施工用风工作面的分风器，再由高压橡胶管引至各个用风设备。
电动空压机布置在洞口一侧；主供风管路均布设在隧洞右侧墙脚。管道安装随开挖进尺跟进，与开挖掌子面保持30～50m距离。
2.5砼临时拌和站
砼临时拌和站承担导向墙混凝土及洞口边坡喷护混凝土等工程任务，布置在隧洞进口施工场地。配置一座JS500型混凝土搅拌机，生产能力为25m³/h，经业主和监理验收后投入使用。混凝土由搅拌机集中拌制及供应，通过综合分析、计算和校核，该搅拌机满足本工程前期零星工程混凝土浇筑强度的要求，并考虑了一定的富裕系数。
2.6钢木加工厂
钢木加工厂布置在隧洞进口施工场地，隧洞进口工作面前期所用的钢筋、型钢、锚杆、导管、网片等由钢木加工厂集中加工和制作，汽车运至施工现场进行安装。
2.7弃渣场
根据本工程总体布置规划，进口工作面弃渣场为大龙弃渣场，在工程施工前，对渣场进行储量平衡，并派专人负责渣场的管理工作。
渣场的在弃渣过程中严格根据征地范围和规划区域进行弃料，并根据设计规划做好排水设施。在施工过程要对排水系统进行管理和维护，及时修复排水系统，以免造成水土流失。
3.施工技术
3.1施工程序
材料准备→测量放样→导向墙施工→钻孔→验孔→顶入钢管→注浆→检查验收→封孔。
施工工艺流程详见图1：
图1 管棚施工工艺流程图
3.2施工准备
1）对管棚施工所用原材料进行检测并满足设计及规范要求。
2）管棚施工前首先进行导向及导向管施工。
3）根据地质情况进行注浆试验，确定注浆参数。
4）测量定位，标示孔位，机械就位。
3.3导向墙施工
在开挖轮廓线以外拱部150°范围内施作导向墙，采用C25混凝土浇筑，截面尺寸为200cm×60cm（宽×高）。为保证长管棚的施工精度，导向墙内设4榀I18工字钢架，工字钢间距60cm，钢架外缘设φ130壁厚5mm导向钢管，导向钢管与钢架焊接，工字钢纵向以Φ25钢筋焊接连接，连接筋环向间距为1.2m。导向墙底部高程为103.000m，顶部高程为106.340m，内部半径为3.880m，外部半径为4.480m。施工平台采用钢管脚手架搭设钻机平台，搭设平台一次性搭好，支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。钻孔时，按时量测钢管钻进的偏斜度，保证钻孔方向准确。
3.4钻孔
为了便于安装钢管，钻头直径采用φ110mm，孔间距为30cm。岩质较好的可以一次成孔；如果由于围岩破碎，钻进时产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。也可以采取套管跟进的方法钻孔。钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
利用100B地质钻机作为钻孔机械。钻机就位后，由测量技术人员按设计图准确画出钻孔位置。施钻深孔时，钻机大臂顶紧在掌子面上，当第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，接长第二根钻杆，用联接套把两根钻杆连接牢固，又重新钻孔，直至钻孔达到要求深度（比管棚长0.5m以上）后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。在钻孔时，要确保孔径比管棚外径大15～20mm。
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，开钻在原有规定的钻进角度上再上挑角度控制在 1°～ 3°之间，并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。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。
钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
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。
3.5清孔验孔
1）用钻机进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。
2）用高压风、高压水清理孔内石碴。
3）用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
3.6制作钢花管
在φ89壁厚6mm的无缝钢管上钻注浆孔，孔径12mm，孔间距500mm，呈梅花形布置，钢管前部为20cm长的圆锥形管头，尾部留不钻孔止浆段200cm。
3.7安装管棚钢管
1）棚管顶进采用机械和地质钻机钻进相结合人工配合下顶进钢管。
2）为满足受力要求，相邻钢管的接头前后错开。一般按编号，奇数的第一节管采用3m钢管，偶数的第一节管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管隧道纵向同一截面内接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
3）管棚管用φ89mm、壁厚6.0mm长的无缝钢管。管棚间采用焊接连接，花管棚管四周钻φ12出浆孔（靠掌子面2.0m的棚管不钻孔）。管头20cm长度焊成圆锥形，便于入孔。
4）棚管顶进采用大孔引导和地质钻机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔（φ125 mm），采用地质钻机造孔，利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。
3.8注浆
1）注浆材料：注浆材料用水泥-水玻璃双液浆，水灰比及水泥、水玻璃等掺量可根据现场注浆效果进行调整，其参数如下：
（1）水泥浆水灰比W/C=1：1，水泥浆与水玻璃的体积比为1：0.5；
（2）水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥；
（3）水玻璃波美度35，模数为2.4。
2）采用UBJ-1.8G注浆机将水泥浆液注入管棚钢管内，初压0.5MPa～1.0MPa，终压2.0MPa，持压10min后停止注浆。
4）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，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。
3.9检查验收及封孔
在注浆过程中，现场要有专人留守检查，看注浆量、注浆压力是否达到要求，以避免重反工序。
注浆结束后用M30水泥砂浆充填钢管，增强管棚的刚度和强度。
单根钢花管的注浆量按下式估算：
Q=πRk2Lη
式中：Rk为浆液扩散半径，取Rk=0.6Lo；Lo为钢花管中心间距；L为钢花管长；η为围岩空隙率（%），各种地层下围岩空隙率参考值：砂土40%，粘土20%，断层破碎带5%。
注浆要求：注浆前用清水试压管路，检查管路是否连接紧密。如有问题及时处理；排气管要通到孔底，以防孔内压注空气浆液不能注到孔底；注浆结束后要及时清洗管路，防止残留浆液凝固堵塞管路。
注浆次序：由下向上间隔注入（或根据监控数据改变注浆次序），先注有水的孔后注无水的孔，出现串管现象时，应间隔再大些。
闭浆：注浆达到设计压力时或达到设计注浆量时，稳压15分钟即结束注浆。
3.施工质量
质量要求：管距：环向间距50cm，施工根数32根；外插角：钢管轴线与衬砌外缘线夹角1-3°；钢管施工误差，径向不大于15cm；中线及高程误差±50mm；为保证受力，相邻钢管的接头至少需错开1m；注浆：水泥浆水灰比0.5：1，注浆压力0.5～1.0mpa，当注浆压力逐步升高，达到设计终压继续注浆15分钟后，即可停止。
注意的问题：
按设计，洞口管棚套拱C25底座，施工高度为2.50m，长度4.50m断面，呈梯形，该施工可按设计断面开槽，其余断面内土体不动，（标高越高越有利于施工）即保留核心土；管棚注浆要求一次性完成，并安装一根注一根；管棚基座基底承载力大于0.3mpa，施工时，应测试基底应力，不满足时可采用技术手段予以处理。
4.施工安全
严格按照安全生产三级管理制度执行：施工项目部设专职人员负责进行安全生产制度制定、总体管理、监督控制工作；作业队设置专职安检员，负责日常安全管理、监督防范工作；班组严格按照有关安全制度执行；严格按照有关安全操作程序进行施工作业，设置安全标识警示牌以及专职人员防护，特殊地段、特殊作业制定相应的防护措施（夜间作业、隧道高空作业、爆破作业等），以确保工程有序进行；配备相应的安全防护设施以及佩戴相应的防护用具，提供必要、合理的施工条件和环境，严禁违章操作，避免造成不良后果和隐患；进行定期和不定期的安全检查，制定相应的防范措施和整改措施，并加以落实和实施；修改施工当中不合理、有隐患的条款和措施，进行不断调整和总结，并加以避免类似情况重复出现；加强安全方面的宣传力度，组织学习、培训，提高员工安全觉悟，自觉遵守安全。
5.结语
对广西桂中治旱乐滩水库引水灌区二期工程古风~高镜隧洞工程洞口的软弱破碎围岩地段、土层地段采用超前大管棚施工工艺，提前发挥支护作用，增加了施工安全度，提高隧洞长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。管棚钻孔可以作为地质超前预报，地质资料可指导洞身开挖提供依据。
参考文献
[1]tlejgf-93-27岩溶隧洞管棚支护工法，北京：人民交通出版社，1993
[2]王维刚，牟秀云.ksz100型潜孔钻机制作长管棚工法，2010
论文作者:蓝琦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第33期
论文发表时间:2019/3/5
标签：隧洞论文; 注浆论文; 钢管论文; 钻孔论文; 钻机论文; 平阳论文; 围岩论文; 《建筑学研究前沿》2018年第33期论文;