浅谈管棚技术在隧道软弱围岩施工中的应用

浅谈管棚技术在隧道软弱围岩施工中的应用

岳增东

岳增东

（浙江联顺道路筑养科技有限公司，浙江，杭州，310000）

【摘要】通过对诸暨金沙岭隧道进出口段Ⅳ～Ⅴ类围岩开挖时采用的大管棚和小导管超前支护方法对隧道破碎围岩地段进行超前支护运用的实践,介绍了在隧洞洞口施工中遇到不良地质条件即Ⅳ～Ⅴ类围岩时及时采用超前支护(小导管和大管棚支护)进行预加固的施工方法，使进出口隧洞开挖顺利穿过软弱岩层段,避免开挖中山体发生坍塌，为其他类似工程提供借鉴。

【关键词】管棚技术；软弱围岩；应用

引言

诸暨金沙岭隧道位于31省道延伸线上的马剑镇金沙村，长403m，采用双向双车道二级公路技术标准，设计速度60km/h，总基本宽1.0m，净高5.0m。隧道断面采用喷锚支护复合模注砼衬砌，内夹防排水层。隧道路面采用单面横坡。路侧排水沟位于人行道下暗埋，路基中央设中心排水沟。金沙岭隧道进出洞口段为陡坡地形，植被较发育，表层为残坡积碎石土、强风化花岗岩，岩体呈破碎，碎裂状，局部分布全风化层，节理裂隙较发育。根据钻探岩芯完整性较差，综合判定为IV级围岩和V级围岩。由于洞口段覆盖层厚度较大，自稳性很差，洞口施工组织设计采用大管棚超前预支护，优先考虑采用“Φ108管棚+注浆”预支护。进洞以后，在保证安全作业的前提下采用“小导管+注浆”预支护。

1、隧道洞口的施工

洞口的施工是隧道施工的开始,洞口段安全可靠是隧道施工成败的关键，必须保证在明暗洞衔接部位开挖时仰坡不滑，洞口不塌。为保证洞口不塌陷，施工要采取挖一点、支护一点的办法，逐步将“大门”打开。其做法如下：

（1）将明洞做至仰坡坡脚，以支护坡脚。

（2）预加固暗洞拱部围岩，在明洞与暗洞衔接部分，暗洞拱部打入超前锁口管棚，明暗洞衔接部位打两层。在管壁上钻若干个小孔，以利水泥浆内围岩内渗透。管棚打入时倾角平行于路线纵坡，方向平行于路中线，间距0.4，管棚打入岩层后向管内压浆（加速凝剂），在水泥浆形成强度后，环向开挖管棚下部岩土。

（3）开挖的基本方法是用风镐挖掘，对大的孤石，采用微量震荡装药爆破，将其松动后挖除。

（4）采用先拱后墙、小断面、微台阶方式开挖，开始挖掘断面宽为1～1.5m，进尺为0.5m～1.0m，支护后再逐步扩大。

（5）使用快速临时支护，对挖一点、塌一点的围岩用木板和圆木作应急支撑，然后用喷网加固。

2、大管棚注浆超前支护技术

从以上施工程序可以看出，所有的施工均需要有一个稳定的施工空间环境，其关键在于通过采用大管棚预注浆超前支护，从而使开挖部位形成棚幕和一层壳体，以增加施工的安全性和可靠性。下面就大管棚注浆超前支护技术进行具体阐述。

2.1大管棚加工

大管棚采用Φ108热轧无缝钢管加工制成，管身钻孔，孔眼直径6～8mm，间距50cm，按梅花形交错布孔以加大浆液渗透能力，管头加工成锥形以便于送入，为确保接头质量，以长15cm的丝扣连接。或在端头连接处采用一根以1.0m的Φ100钢管,伸入Φ108钢管中40cm，在端部用电焊将管之间缝隙焊满，剩余60cm用作送入前一根钢管的尾部，并用电焊焊满，起连接和导向作用。为防止浆液倒流，每根管棚尾部均焊有止浆板，止浆板采用2cm厚钢板制作，中间钻有Φ20带螺纹的眼，以备注浆时用,管棚连接采用长1m的φ100钢管插入焊接连接。

2.2、管棚钻机施作大管棚

（1）测量放样出隧道设计轮廓线并按40cm间距标出管棚的位置。

（2）管棚钻机移动、定位。

（3）在标出的管棚位置上使用顶驱液动锤按设计角度3°～5°(洞口1°～2°)把套管与钻杆同时同步冲击回转钻入岩土层内至设计度。套管与钻具同时跟进，产生护孔功能，避免内钻杆在提出孔后产生塌孔或涌水事故，提供临时护孔，方便往孔内插管注浆。

（4）钻孔完结后，先把套管内孔注水清洗洁净后，才把钻杆取出。套管仍保留在孔内供护孔作用。钻杆取出采用钻架配置的两度液动夹头，进行夹紧及卸拧钻具丝扣，避免使用手动扳手操作，增大了安全系数，减少了劳动强度。

（5）把按设计要求加工好的钢花管插入套管内，接头采用15cm长的厚壁管箍，上满丝扣。并把钢管轻轻打入岩土地内，以固定钢管不易滑出孔口。

（6）钢管插进完毕后，取出套管，钻进其它孔眼。套管取出时，冒落的岩土会于孔内压紧钢管。钢管口与孔口周壁用水泥密封。

（7）接上水泥浆液管，用高压把水泥浆压注入钢管，水泥浆液通过钢管的孔眼注入孔壁的缝隙内，固结附近岩土层。

2.3、注水泥浆技术

注浆时要控制以下几点：

（1）注浆配合比

合适的浆液配比既能提高浆液的扩散加固范围又能控制浆液的胶凝时间，在施工过程中配比要控制在如下范围内:水灰比为：0.5:1～1:1。

（2）控制注浆压力

每根管的注浆结束与否，不是以时间来判断，而是以注浆压力来控制，当注浆压力持续升高，接近或达到注浆预定压力时，该管注浆才可结束。注浆初压0.5～1.0Mpa，终压2～2.5Mpa。注浆结束后用10号水泥砂浆充填管棚钢管，增强钢管的强度和刚度。

（3）注浆程序

当管棚安装完毕后，用小木楔在钢管与围岩壁楔紧，再用防水胶泥（锚固剂）将空隙封闭住。止浆板与注浆泵之间用管接器相连。管接器由Φ20闸阀和长10cm的Φ20的镀锌管制作，镀锌管两边加工成丝扣。大样见下图：

注浆时一般是先注无水孔，后注有水孔。在无水地段可从拱脚起顺序注浆。注浆速度根据注浆孔出水量大小而定，一般从快到慢。注浆结束时将闸阀关闭，卸下进浆管，进入下一循环。

2.5超前小导管注浆技术

洞口在大管棚支护下完成以后进入洞内施工，起始段地质条件与洞口相近，但由于埋深增加，岩体稳定性有所提高，施工中采用超前小导管注浆加固岩体，在其支护下开挖掘进。超前小导管注浆对围岩加固的范围和强度是有限的，在本隧道进出口段施工中，围岩条件特别差而变形又要求严格控制，超前小导管注浆被作为一项主要的辅助措施，与管棚结合起来加固围岩，其施作过程如下：

（1）喷射砼封闭开挖轮廓面和掌子面；

（2）钻孔并安设小导管。钻孔直径大于钢管直径20mm以上，超前小导管按环向间距40cm，每排布置34根，辅射角为5°～7°，纵向留1.46m的搭接，导管用直径42mm，壁厚4mm的钢管制作，每根长5.5m，钢管前端加工成锥形，尾部焊接加劲箍，钢管围壁钻四排φ6mm压浆孔。

（3）注浆。注浆采用水泥浆；其浆液的水灰比为0.5:1～1:1，水泥标号为425。注浆压力为0.6～1Mpa,为防压裂工作面，同时还需控制注入量,当每根导管的注浆达到设计量时即可停止。当孔口压力达到规定但注入量不足时也应停止。

（4）检查注浆效果。注浆结束后，必须钻孔检查注浆效果，如未达到要求时补孔注浆。

3、结语：

本隧道洞口及进出洞地段为Ⅳ～Ⅴ类围岩，岩体破碎，自稳性较差，采用大管棚支护结合小导管注浆的施工措施是适当的。管棚的配置、形状、施工范围、管棚间隔及断面等均根据现场实际地质条件、周边环境、隧道开挖断面、埋深以及开挖方法等因素来确定，参数设置合理，措施控制得当，取得了较好的技术经济效果。