管棚超前支護(hù)在那沙嶺隧道中的應(yīng)用

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一、前言

　　那沙嶺隧道位于江西省西北部宜豐縣，起訖樁號(hào)為K123+490-K123+950，長(zhǎng)460m，設(shè)計(jì)為連拱式隧道，采用新奧法原理施工。

　　二、工程概況

　　1.地形條件

　　那沙嶺隧道處于九嶺隆起變質(zhì)巖丘陵區(qū)，地形起伏較大，微地貌有山間沖洪小盆地、山脊及山間沖溝等。最高海拔位于山脊，標(biāo)高為245.8m，最低點(diǎn)在隧道出口，標(biāo)高為149.9m，相對(duì)高差為95.9m。山間樹(shù)枝狀小溪發(fā)育，落差大水流急，河水暴漲暴落。

　　2.圍巖組成與分布情況

　　洞口地層情況為第四系中更新統(tǒng)殘坡積和雙橋山群下亞群。上部為腐植土，土質(zhì)松散，中部土層旱季呈硬可塑狀，雨季呈軟可塑狀，下部土層為軟可塑狀，在殘坡積土層內(nèi)夾有塊狀孤石。隧道洞口處于V級(jí)圍巖區(qū)，圍巖成份復(fù)雜，均質(zhì)性差，各向異性明顯，圍巖的開(kāi)挖穩(wěn)定性極差。

　　3.水文地質(zhì)條件

　　根據(jù)對(duì)隧道內(nèi)的工程地質(zhì)調(diào)查，地表水系發(fā)育，溪溝水頭落差較大，水流湍急，具有較強(qiáng)的沖刷。

　　隧道區(qū)K123+500-123+630右側(cè)為一近南北向的沖溝，寬約20m，地表常年積水，周?chē)襟w地下水多排泄于該沖溝，地下水長(zhǎng)年出露。

　　雨季地表徑流明顯，地層內(nèi)飽含孔隙水，并順孔隙下滲。

　　4.不良地質(zhì)

　　那沙嶺隧道區(qū)的不良地質(zhì)作用主要表現(xiàn)為：

　　風(fēng)化：主要體現(xiàn)在隧道進(jìn)、出洞口處，風(fēng)化作用改變了原巖結(jié)構(gòu)，形成較厚的全～強(qiáng)風(fēng)化層松散體，直接降低了巖體的強(qiáng)度，工程穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生崩塌或滑落，增加了進(jìn)洞施工支護(hù)難度。

　　結(jié)構(gòu)破碎帶：隧道區(qū)巖層受揉皺強(qiáng)烈，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，且兩組裂縫面傾向與路線走向大角度相交，邊坡易沿裂隙面產(chǎn)生滑塌，同時(shí)易給隧道施工帶來(lái)掉塊、坍塌、等不安全隱患。

　　5.洞口工程地質(zhì)條件

　　那沙嶺隧道進(jìn)出洞口由第四系中更新統(tǒng)殘坡積和雙橋山群下亞群組成。上部土質(zhì)松散，中下部為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖，裂隙發(fā)育，巖體破碎。

　　三、方案設(shè)計(jì)及作用原理

　　1.隧道洞口邊、仰坡預(yù)加固

　　對(duì)隧道洞口邊、仰坡的預(yù)加固，設(shè)計(jì)采用Ф42注漿小導(dǎo)管，長(zhǎng)度為4m，呈梅花形布置，小導(dǎo)管間距為1.2m×1.2m，并掛直徑Ф8，網(wǎng)孔為250mm×250mm的鋼筋網(wǎng)片，噴150mm厚的混凝土。

　　2.洞內(nèi)超前預(yù)加固

　　進(jìn)洞前，對(duì)開(kāi)挖輪廓線一定范圍內(nèi)的破碎圍巖預(yù)加固，設(shè)計(jì)采用超前長(zhǎng)管棚，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：長(zhǎng)度35m，采用熱軋無(wú)縫鋼管Ф89×6mm，外插角以不侵入隧道開(kāi)挖輪廓線越小越好，設(shè)計(jì)為1-2。環(huán)向間距40cm，管節(jié)長(zhǎng)為3m、6m，管棚導(dǎo)管前端呈尖錐狀，便于貫入，管壁四周鉆Ф12mm、間距45cm的圓孔，以便注漿漿液流動(dòng)。每個(gè)鋼管內(nèi)插入Ф32螺紋鋼筋1根，可以增加鋼管的剛度，提高支護(hù)強(qiáng)度。

　　3.主要作用原理

　?。?）地表對(duì)邊、仰坡的預(yù)加固措施，阻斷了地表水滲入下部圍巖孔隙的通道，對(duì)表層松散圍巖起到了支護(hù)和加固作用。

　?。?）鋼管內(nèi)插入鋼筋及管內(nèi)注入水泥漿，增強(qiáng)了管棚剛度，因而也就增強(qiáng)了管棚的支護(hù)強(qiáng)度，同時(shí)，通管注漿，使水泥漿壓入破碎圍巖，通過(guò)水泥漿的膠結(jié)作用及對(duì)孔隙的充填壓密，提高圍巖的C、Ф值，從而提高了圍巖的整體強(qiáng)度，增強(qiáng)了開(kāi)挖穩(wěn)定性。

　　四、施工工藝

　　1.施工順序

　　洞口段開(kāi)挖及防護(hù)→測(cè)量定位→混凝土套拱施作→搭設(shè)平臺(tái)→安裝鉆機(jī)→鉆孔（加工管棚鋼管）→管棚插入及孔口處理→注漿→導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)。

　　2.施工具體項(xiàng)目

　?。?）洞口段開(kāi)挖及防護(hù)。洞口邊、仰坡開(kāi)挖至設(shè)計(jì)坡率后，施作小導(dǎo)管及注漿，再掛網(wǎng)噴射混凝土，進(jìn)行坡面及地表的深層防護(hù)。為便于鉆機(jī)鉆孔，注漿作業(yè)，應(yīng)在作套拱前；洞口土石方開(kāi)挖應(yīng)分臺(tái)階進(jìn)行，上臺(tái)階高度在起拱線附近作為管棚施作平臺(tái)，平臺(tái)高度（指鉆孔軸心至鉆機(jī)底座距離，應(yīng)考慮鉆機(jī)升降能力。）、長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)鉆孔設(shè)備和管棚鋼管最長(zhǎng)節(jié)長(zhǎng)度確定，在施作套拱范圍，挖機(jī)挖至一定標(biāo)高后由人工修整為設(shè)計(jì)要求的形狀作為套拱底模平臺(tái)。

　?。?）混凝土套拱施作。采用C30混凝土套拱做長(zhǎng)管棚導(dǎo)向墻，混凝土套拱厚1.0m、長(zhǎng)3.0m，套拱內(nèi)埋設(shè)四榀I20b工字鋼拱架，導(dǎo)向管采用Ф108mm×4.5mm無(wú)縫鋼管，工字鋼和導(dǎo)向管焊成整體，并用“∏”型Ф16鋼筋固定，確保導(dǎo)向管穩(wěn)定，方向準(zhǔn)確?；炷撂坠笆┳骱煤笈c其相臨面進(jìn)行噴混凝土封閉，保證注漿時(shí)不跑漿。

　　（3）鉆孔。搭建施工平臺(tái)，安裝鉆機(jī)，鉆機(jī)平臺(tái)由上而下，由中間至兩邊，根據(jù)孔位依次搭好，要求鉆機(jī)平臺(tái)搭建牢固，利于安裝固定鉆機(jī)；開(kāi)孔時(shí)，要低速低壓，等成孔數(shù)米后，再加速加壓，鉆孔測(cè)斜用經(jīng)緯儀測(cè)斜法，成孔一半時(shí)側(cè)斜。鉆孔側(cè)斜測(cè)定方法是先抽出鉆桿鉆頭，然后把專門(mén)制作的光源插入管內(nèi)，送到測(cè)定位置，使用安裝在鉆機(jī)口的方向十字絲，使兩個(gè)十字絲重合再看光源，測(cè)定其偏差值。二是采用全站儀測(cè)定，其方法是用全站儀從孔口直接看光源，根據(jù)光源在孔內(nèi)位置及孔徑大小大致制定偏斜情況。

　?。?）管棚插入及孔口處理。鋼管采用Ф89無(wú)縫鋼管，管壁設(shè)有Ф12mm溢漿孔，節(jié)長(zhǎng)3m和6m兩種，管棚環(huán)間距離40～50cm，方向與隧道軸線平行，同一橫斷面內(nèi)接頭數(shù)量≤50%，相鄰鋼管的接頭至少須錯(cuò)開(kāi)1m。淺孔段采用人工推進(jìn)，孔深阻力大時(shí)，采用機(jī)械推進(jìn)，為防止塌孔并保證孔向正確，每鉆一孔即頂進(jìn)一根鋼管，注一孔漿，鋼管就位后加以固定，鋼管與導(dǎo)向管間隙用棉紗堵塞，水泥砂漿封堵。

　　（5）注漿。采用注漿機(jī)注漿，按照鉆一孔注一孔漿的原則進(jìn)行，全孔一次壓入，注漿參數(shù)為：

　?、偎酀{水灰比1∶1；

　?、谧{壓力：初壓0.5Mpa～1.0MPa，終壓2.0MPa，

　　漿液擴(kuò)散半徑≥0.5m，當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)量或注漿

　　終壓達(dá)到2.0MPa而漿液注不進(jìn)時(shí)，再穩(wěn)壓3～5min即可結(jié)束注漿。同時(shí)，注漿的漿壓濃度及壓力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

　　五、施工注意事項(xiàng)

　　1.根據(jù)施鉆部位的地質(zhì)情況，選取合適的傾角角度，角度過(guò)小，將可能導(dǎo)致管棚遠(yuǎn)端下垂至隧道開(kāi)挖輪廓內(nèi)影響后期施工，角度過(guò)大，管棚離開(kāi)挖輪廓距離過(guò)大，管棚下方的三角土體坍塌給洞身開(kāi)挖支護(hù)帶來(lái)很大困難。

　　2.長(zhǎng)管棚注漿超前支護(hù)在破碎堆積物中注漿效果較好，但有時(shí)管棚之下所謂擴(kuò)散半徑以內(nèi)的巖體自然脫落形成超挖，管棚由于間距達(dá)40cm-50cm，石塊及土層在地下水作用下，經(jīng)常沿縫隙流塌而形成塌穴的現(xiàn)象，必須及時(shí)回填封閉或在后期開(kāi)挖過(guò)程中施作超前小導(dǎo)管注漿進(jìn)行支護(hù)。

　　3.鉆孔過(guò)程中如出現(xiàn)不均勻地質(zhì)或孤石，為防止偏孔，在兩種地層特別是從較軟地層到較硬地層或孤石時(shí)，必須進(jìn)行擴(kuò)孔。

　　六、結(jié)語(yǔ)

　　那沙嶺隧道洞口破碎巖層，通過(guò)地表及洞內(nèi)開(kāi)挖輪廓線一定范圍內(nèi)圍巖的加固，方案設(shè)計(jì)合理，施工工藝及施工組織得力，為隧道成功進(jìn)洞創(chuàng)造了有利條件，確保了隧道施工安全進(jìn)洞，值得類似工程借鑒。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTJ042-94.交通部重慶公路科學(xué)研究所。