２０１４年第４期 西部探矿工程 １８３ 超前管棚支护技术在城市隧道施工中的应用 葛文昌 ，史国庆 （１．河北凯瑞达岩土工程有限公司，河北石家庄０５００５０； ２．石家庄市道桥管理处桥东所，河北石家庄ｏ５ｏｏ５ｏ） 摘要：利用小型设备进行长管棚超前支护施工，克服了施工空间狭小、地质条件复杂等不利因素的 影响，长管棚在雨水方沟、污水主管道和隧道顶板之间仅仅６０ｃｍ的狭小空间内顺利通过，确保了城 市主干道的安全。实践证明，在城区复杂地下环境下使用该技术对确保大型隧道施工安全具有非常 重要的意义。 关键词：市政隧道；长管棚；施工技术；超前支护；浅埋暗挖 中图分类号：Ｕ４５５．１４９文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２０１４）０４—０１８３—０３ １工程概况 由于裕华路为石家庄市迎宾大道，属于城市主干 道，因此路面以下管线众多，包括煤气管道、热力管道、 电力隧道、通信管道、上水管道、雨水方沟、污水方沟 等。其中，雨水方沟和污水方沟底板距离隧道顶板只 有６０ｃｍ，如果隧道顶板发生较大沉陷导致方沟渗漏那 后果将不堪设想。隧道原计划按照正台阶＋ＣＤ工法进 行施工，但是刚开始便发现随着隧道的开挖地面迅速 变形，几天内最大沉降已经达到１２￣１５ｃｍ，且还在持续 发展导致停工，证明这一方案不可行。在随后的专家 （１）裕华路某地下通道位于石家庄市最繁华的迎 宾大道裕华路东段，隧道南北向穿越裕华路，隧道全长 约１２０ｍ，宽度１０ｍ，高度６ｍ。全隧道按浅埋暗挖法设 计和施工，洞内拱部轮廓设计为半圆形，原设计初期支 护采用间距７５ｃｍ的Ｉ２２ａ 字钢钢拱架闭合支撑，锚一 网一喷２５ｃｍＣ２０混凝土。 场地地层属于第四系全新统一晚更新统，依其岩 性及物理力学性质划分为５个工程地质层，自上而下分 述如下： ①层杂填土。本层包括路面结构层及路面基层， 灰黑色，主要成分包括沥青混凝土路面、碎石土和石灰 土，一般厚度０．６ｍ。 会上提出采用超前长管棚支护技术，但在具体实施时 又遇到了困难。因隧道和雨污方沟距离太近，原施工 单位经过试孔后担心无法精密控制孔斜而放弃，后经 协商由我公司继续实施。 ２长管棚设计 ②层新近堆积黄土状粉质粘土。浅褐色，稍湿，硬 塑，具非自重湿陷性，中等压缩性。土质不均匀，含植 物根系和虫孔，局部含碎砖瓦片等。一般层厚０．４０～ １．７０ｍ。 长管棚工法是隧道开挖施工中用以防止掌子面坍 塌并围岩变形的一种预支护手段，其主要原理是 在隧道开挖之前沿隧道衬砌外缘部位施工一排纵向钢 花管，再往管内注浆以加固围岩围岩、充填钢管内及其 与孔壁之问的空隙，使钢管桩体形成棚状围护结构，与 分步架设的钢拱架、分布钢筋网片及喷射混凝土一起 ③层黄土状粉质粘土。浅褐色，稍湿一湿，可塑一 硬塑，具非自重湿陷性，中高压缩性。局部夹薄层粉 土，土质不均匀，一般层厚４．５０～５．８０ｍ。 ④层细砂。灰黄色或灰白色，稍湿，稍密一中密， 主要成分为石英，长石，含少量云母和暗色矿物。局部 夹有粉土夹层，工程性质较好。一般层厚２～３ｍ。 ⑤层粉质粘土。黄褐色，稍湿～湿，可塑一软塑， 形成综合防护体系，以确保隧道施工安全。 根据本工程实际情况，每个管棚工作室的长管棚 立面、纵向布置见图１、图２。 夹薄层粉土，中等压缩性。一般层厚５～６ｍ。 收稿日期：２０１３—０７—０８修回日期：２０１３—０７—０８ 具体设计参数如下： （１）沿隧道走向每隔１２￣１５ｍ设置一个管棚工作 第一作者简介：葛文昌（１９６９一），男（汉族），河北保定人，注册岩土工程师，现从事岩土工程设计、施＿Ｔ等方面的工作。 １８４ 西部探矿工程 ２０１４年第４期 长度１５ｍ大管棚 图１长管棚立面图 图２长管棚剖面图 室，管棚ｌＴ作室长度为３ｍ，拱券外扩４０￣５０ｃｍ； （２）长管棚只在隧道起拱部位设置，即钢管布设在 网心角为１２０。的隧道拱部，每个断面布设钻孑Ｌ３５根，管 棚的相邻管心之间间距为４０ｃｍ； （３）仰角根据分段管棚长度和该段地下管线相对 关系并结合测斜仪测量结果综合确定，仰角一般为３。～ ６。； （４）每段管棚施Ｔ长度为１５￣１８ｍ，相邻两段管棚 搭接长度不小于ｌｍ； （５）钻孔直径１３０ｍｍ，钢管为热轧无缝钢管，直径 １０８ｍｍ，壁厚６ｍｍ，节长１．５ｍ，套管除孔口段外（２ｍ 左右）均加丁花眼，花眼直径５ｍｍ，花眼间距为０．５ｍ。 （６）注浆主材为ｐｓ３２．５水泥，水灰比０．５：ｌ，加人适 量复合减水剂，同结体强度不小于Ｃ２０。 本丁程管棚施工Ｔ艺流程如下： 管棚Ｔ作室支护 苔设施Ｔ平台一钻机安装定位一 跟管钻进一偏斜纠正一孔口封堵一注浆一移位。 ２．１管棚工作室开挖支护 管棚的位置在隧道顶板以上，不能占用隧道结构 空间，所以其施工需要有一个空问要求，在本工程中， 要求用以管棚施工的工作室径向超挖４０ｃｍ，空间长度 为３ｍ。 工作室开挖支护严格按照正台阶法和中隔断法进 行施工，开挖后及时施作锚杆、安放钢拱架、铺设钢筋 网、喷射混凝土，及时封闭围岩形成安全稳定的施工环 境。 ２．２搭设平台安装钻机 钻机平台采用钢管脚手架搭设，首先将管棚的孑Ｌ 位在掌子面上全部测放出来并作好标记，平台应一次 性搭好，搭设平台时根据拱券形状和钻孔位置进行搭 设，使得钻机高度和施工倾角适合钻孔的要求。 平台支撑点钢管均进入地层５０ｃｍ，水平向使用纵 横扫地杆连接牢固，确保施工平台稳定，防止在施钻时 钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。 采用ＹＧ６０钻机进行管棚施工，钻机固定于平台上 要牢靠稳同，采用倒链进行移位调整。钻机要求与已 设定好的钻孑Ｌ方向平行，钻头精确定位于标记孑Ｌ位，用 罗盘反复调整，确保钻机钻杆轴线与设计钻孔方向相 吻合。 ２．３钻孔 钻机就位后开始安装钻杆、钻具进行空转检查，钻 杆 ８９ｍｍ，钻具采用 １２７ｍｍ偏 ｔｌ，跟管钻具进行风 动潜孔钻进施工，配套动力为美国寿力８２５ＸＨ柴动螺 杆空压机，其流量为２３．４ｍ ／ｒａｉｎ，额定压力为１３．８ｂａｒ。 施工时螺杆空压机放置于隧道一端的地面上，通过高 压风管送风到地下施Ｔ掌子面，前后台通过对讲机进 行联系。 空转正常后开始安装套管，后台送风进行跟管钻 进，钻机开钻时，可低速低压，待成孔１．０ｍ后可根据地 质情况可逐渐调整钻速及风压。 钻孑Ｌ施＿Ｔ应采取跳打措施，认真做好钻进过程的 原始记录，及时对孔口排渣进行地质判断、描述，当排 渣出现软泥或者钻孔内有水渗出时必须停止钻进，马 上采取孑Ｌ内注浆封堵的方法进行处理，以免发生透水 事故。 钻至设计深度后开启高压气自孔底向孔口清理孑Ｌ 内浮渣，经过深度和孑Ｌ斜验收后进人下一个钻孔施Ｔ。 ２．４测斜纠倾 钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，确保管棚 精确设置在各种地下管线和隧道顶板之问，既不能对 ２０１４年第４期 西部探矿工程 １８５ 相邻的管线造成损害，也不能进入隧道顶板以下而影 续进行，如此交替往复形成流水作业，大大提高了施工 响隧道结构施工。孔斜测量仪器为上海力擎地质仪器 效率，完成整个隧道施工共用了５０ｄ时间。 有限公司生产的ＫＸＰ－２ＳＧ型水平孔数字罗盘测斜 在施工期间沿隧道轴向每５ｍ一个断面进行地面 仪，施工时每钻进５ｍ进行一次孑Ｌ斜测量，根据测量数 变形观测，每个监测断面宽度不小于３倍隧道最大洞 据计算出钻孑Ｌ倾斜值和钻头所在标高，分析预测其继 径，监测点密度５ｍ／个。监测结果表明：在实施管棚支 续钻进可能偏差的程度。如果孔斜误差在允许的范围 护之前，隧道顶板上部地面呈现盆状下沉趋势，几天之 内，钻孔不会对地下管线造成损坏且不会进人隧道顶 内其沉陷量达到１０ｃｍ以上，且沉降变形并没有停止的 板以内则可顺利钻进，否则就应采取纠倾措施。 迹象，隧道施工不得不中止进行；施作管棚预支护之 钻孔纠倾采取如下措施：如果倾斜幅度不大时可 后，沿各监测断面监测到的沉降变形量都很小，整个隧、 采取钻杆加扶正器等措施继续钻进；当倾斜较大时则 道完工后监测到的路面最大沉降量仅仅为２ｃｍ，且各 将钻具从孔内抽出，调整钻机钻进倾角重新开钻。当 点变形在隧道施工结束后很快趋于稳定，没有出现沉 钻孔向上倾斜过大时适当减小钻杆仰角，当钻孔向下 降增大的现象，充分体现了超前长管棚支护措施的有 倾斜过大时增大钻杆仰角，一般调整１。～２。即可满足孔 效性。 斜要求。 ４结语 ２．５注浆 （１）对于城市市政大型隧道面临复杂地下施工条 钻孔跟管钻进终孑Ｌ后对钢管与土体问缝隙采用 件时采用长管棚预支护技术，可以大大增加隧道施工 ＭＩＯ砂浆进行封堵，待砂浆养护至一定强度后进行管 的安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效 内注浆施工，注浆施工应隔孑Ｌ进行，相邻钻孑Ｌ不得在同 益和社会效益。 一次序进行注浆。 （２）在长管棚支护手段下施工，可严格控制地面沉 注浆采用ＫＢＹ－５０／７Ｏ双液注浆泵进行施工，设计 降，对于保证地下管线的安全以及保证隧道施工安全 注浆压力０．５ＭＰａ，持压１５ｍｉｎ后停止注浆。 均有重要意义。 ３施工过程及变形分析 （３）在精密测量手段辅助下进行管棚施工，可以在 为缩短施工工期，管棚施工采取自南北两端依次 地下各种管线之间的狭小空间内“穿针引线”，这对于 轮换进行施工，首先在隧道南端竖井工作坑施工第一 复杂地下环境下隧道的安全施工具有重要的借鉴价 段管棚，将该断面管棚施工完毕后进行养护，然后按照 值。 浅埋暗挖法进行该段隧道开挖支护施工，施工完毕该 段隧道则进行掌子面管棚工作室开挖支护；期问管棚 参考文献： 施工转移到隧道北端继续进行，待隧道北端管棚施工 ［１】ＪＴＧ Ｄ７０—２００４公路隧道设计规范［ｓ］． 完毕并养护至一定强度后，进行北段隧道的分步开挖 ［２］ＪＴＧ Ｆ６０—２００９公路隧道施工技术规范［Ｓ］ 支护施工，管棚施工则转移到隧道南端管棚工作室继 【３ 王梦恕．３］地下工程浅埋暗挖技术通论 】． ：， ，０ ，０ ■ ，‘０，‘ｃ， ‘ ， （上接第１８２页） ［１］刘树山．深圳地铁福民站地下连续墙入岩成槽技术 城市 （２）旋挖机在钻主孔时，先采用冲孔机冲０．５～ 轨道交通研究，２００３ ｆ３）：８４—８７． １．０ｍ，然后再用旋挖机进行钻孔，对于保证旋挖机主孔 ［２］许剑丰．福州地铁地下连续墙成槽人岩施工技术ｆＪ１．山西建 的垂直度更有保障。 筑，２０１２，３８（３６）：８４—８５． （３）旋挖机的使用噪音大、设备投入高，要根据周 【３］孙立宝．超深地下连续墙施工中若干问题探讨 探矿工程 边环境、工期计划来选用设备。 （岩土钻掘工程１，２０１０，３７（２）：５１—５５． ［４】李建高，王长虹．超深地下连续墙槽壁稳定性分析与施工措 （４）旋挖钻机配合冲孔机成槽时，在冲副孑Ｌ时，采 施ｆＪ１．隧道建设，２０１１，３１（１）：５７—６３． 用反循环法泥浆循环将会加快冲孑Ｌ机的冲孑Ｌ效率。 ［５】董锋．邻近既有铁路的地下连续墙施工技术与安全控制ｆＪ１． 建筑施工，２０ １ １，３３（４）：２７０—２７２． 参考文献：
