２０１５年第３期 （总第２５３期） 黑龙江交通科技 ＨＥ ＬＬＯＮＧＪｌＡＮＧ ＪｌＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪｌ Ｎｏ．３，２０１５ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２５３） 隧道大管棚超前支护施工技术研究 党 荣 （忻州市交通建设综合开发中心） 摘要：针对大管棚超前支护施工技术，首先概述了大管棚超前支护的作用原理，进而分别在大管棚超前施 工作业技术准备、管棚施作、注浆施工等几方面详细介绍了隧道工程大管棚超前支护施工工艺技术，可以为 相关工程项目的建设施工提供相应的技术参考。 关键词：大管棚超前；支护；施工 中图分类号：Ｕ４４５ 文献标识码：ｃ ０引 言 文章编号：１００８—３３８３（２０１５）０３—００６６一Ｏ１ 随着我国交通事业的迅速发展，隧道工程建设项目也越 （２）施工现场准备。现场准备工作主要是按照隧道施 工作业的实际需要对施工作业场地进行提前规划，并完成洞 来越多，隧道工程施工由于容易受到复杂地质条件下的地应 力、地质物理参数、地下水、断层等因素的影响，所以对于开 挖支护也提出了较高的要求。隧道大管棚超前支护由于可 以通过水泥浆加固土体，并结合利用高强度钢管的刚度，能 够在隧道拱部预先形成伞状钢管棚，抗剪性能强，因此，可以 有效的承载隧道上部土体的荷载，为隧道施工安全开挖施工 提供支撑，同时还可以有效的控制隧道开挖引起的沉降以及 管线变形问题，因而在隧道工程施工中得到了广泛的应用， 非常适用于软弱、浅埋岩体。然而由于大管棚超前施工作业 环节多、施工工艺复杂，对于施工作业管理也提出了较高的 要求。为了确保大管棚真正发挥作用，必须结合大管棚超前 支护施工工艺技术特点，强化现场管理，为隧道施工作业提 供安全、稳固的作业面，确保隧道工程施工作业的顺利推进。 １大管棚超前支护作用原理分析 隧道大管棚超前支护就是将钢管沿着隧道开挖的外轮 廓线打入地层之中，配合钢拱架形成隧道棚架预支护加固体 系来承担管棚上部的荷载，同时采用钢管中布置的注浆孔向 地层中注浆起到加固隧道软弱破碎带的作用，能够有效的提 顶截水沟排水系统以及洞顶上方危石的清除工作。同时，还 应该根据隧道工程施工的实际需要，做好材料的准备以及施 工现场的试验准备工作。 ３大管棚超前支护套拱施工 套拱是在洞口段施工时，固定或支撑管棚端部的拱形结 构，套拱的施工作业内容主要有以下几方面。 （１）套拱基础的开挖施工。套拱基础开挖主要采用机 械开挖作业方式，在套拱开挖之后应该及时对套拱基础进行 地基承载力试验，确保地基承载力满足要求（Ｉ＞０．３ ＭＰａ）。 如果地基承载力不满足要求应该采取换填碎石土等措施提 高基础的地基承载力。套拱基础开挖大多采取环形开挖以 便于后期安装套拱内模。完成套拱基础开挖施工以后，应该 及时的安装套拱基础模板以及预埋埋筋，检验合格后即可浇 筑基础混凝土，现阶段在隧道工程施工中套拱基础一般选择 使用ｃ。 片石混凝土进行浇筑。 （２）模板及导向管安装施工。套拱底模一般采用工字 高地层的自稳能力。大管棚超前支护的具体作用机理主要 有以下几方面。 （１）具有梁拱效应。通过施设管棚，可以在隧道洞Ｉ：１形 成环绕隧道洞口的壳状结构，能够有效地控制围岩的松动和 垮塌。 （２）具有较好的加固效果。通过向隧道围岩裂隙中注 浆可以将松散的岩体有效的固结，进而起到改善围岩物理力 学性质的作用，提高了围岩的自承能力。 （３）可以有效确保施工安全。管棚支护的刚度较大，在 开挖施工中，如果出现坍塌问题，管棚能够有效的起到缓冲 作用，而且即使管棚失稳，破坏过程也相对较为缓慢。 （４）降低开挖施工对于围岩的干扰。如果隧道洞身开 挖采用新奥法等施工工艺，经常会存在爆破施工作业，采用 管棚超前支护，则可以通过管棚的密集环形孔槽吸收爆炸冲 击，因而可以降低对于围岩的干扰。 ２大管棚超前支护施工准备工作 （１）施工技术准备。隧道大管棚超前支护施工技术准 备工作主要内容是对施工图纸进行会审，同时组织施工技术 人员熟悉施工图纸设计意图以及关键施工工序，完成大管棚 超前支护施工组织设计。之后按照施工设计图纸中的相关 要求进行施工测量，尤其是对隧道轴线桩、平面控制三角网 基点桩及高程控制的水准点进行复测，并完成洞顶沉降观测 点的布设。 收稿日期：２０１４—１０—２８ ・钢做底模支持，同时在工字钢之间采用钢筋纵向焊接以确保 底模的整体性。在工字钢搭设加固完成以后在工字钢上采 用钢筋固定木板作为底模模板。在底模安装施工结束以后， 按照施工设计图纸定位测量导向管的位置以及角度准备导 向管的安装。现阶段在隧道工程施工中，导向管一般采用长 度２ ｍ左右的钢管，外插角１。一３。左右，将导向管用钢筋焊 接固定于钢拱架之上，同时将导向管管口封住以免混凝土流 入。在完成套拱钢筋绑扎之后，在钢架上焊接架立钢筋，并 采用外箍筋绑扎固定外模模板。 （３）套拱混凝土的浇筑施工。在隧道工程施工中，套拱 主要采用ｃ如混凝土，为了确保套拱刚度及强度满足要求，一 般采用早强剂确保促进混凝土强度尽快形成。混凝土的浇 筑施工应该连续浇筑作业，在浇筑施工作业过程中需要及时 的进行振捣，直至混凝土没有下沉以及明显气泡上升，同时 混凝土表面出现薄层水泥浆、表面平整为止。 ４钻孔施工 （１）钻机就位。在完成套拱施工以后，即可以使用脚手 架搭设钻孔平台，钻孔施工过程中应该根据孔位的变化及时 的调整钻孔作业平台的高度。在平台安装结束后，就位钻机 设备，采用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方式，确保钻机 位置准确，钻机钻杆轴线与孔口管轴线相一致，并将钻机牢 固的固定在钻机平台之上。 （２）钻孔。钻孔作业一般按照从两侧拱脚开始由下而 上间隔钻孔的施工作业顺序，先钻奇数孔之后再钻偶数孔。 （下转第６８页） ６６・ 总第２５３期 黑龙江交通科技 第３期 转体部分设施，立模施工上转盘，待转体施工完成后，施工承 台后浇部分混凝土。施工时采用低水化热的水泥、在承台内 埋冷却管、加强养护等措施，确保承台混凝土质量。 营业线承台施工一般需按规范和设计要求对铁路及基 坑周边构筑物进行监测。保证异常时按预案处理，确保铁路 运营线的安全。基坑施工时，对所设置测点进行实时观测， 跨线桥基坑四周及铁路钢轨的变形限值表１如下所示。 设备、不造成人身伤害等事故。 （７）墩身脚手架立杆基础要平整夯实，承载力符合要 求，并按规定设置底座、垫木。脚手架高度在７ ｍ以上的，架 体要按规范要求与墩身设置牢固拉结。脚手架外侧要设置 密目式安全网。并增设缆风绳对拉防风措施。 （８）按照《铁路技术管理规程》规定：在接触网支柱及距 接触网带电部分５ Ｉｌｌ范围内的金属结构物（钢模板及脚手） 均须接地。 表１变形限值 （９）搭设、拆除脚手架前要确认与临近既有线和接触网 回流线的安全距离２ ｍ以上，严防钢管侵限和进入接触网回 流线安全范围。 （１Ｏ）墩身塔柱施工养护用水，严禁以柱状流至接触网 及回流线上。 （１１）钢筋在安装时用缆风绳固定，防止其在遇到大风 天气时倾倒；混凝土浇注采用泵送，宜远离铁路摆放，泵机大 ３．２墩身、塔柱施工方案 臂及泵管严禁侵限。 主塔墩墩身采用翻模施工，支架用钢管架。２ 墩台座一 （１２）搭拆脚手架时，严禁抛掷物品，施工区域应设警戒 次浇筑，墩身分两次浇筑，第一次浇筑下部，第二次浇筑顶部 标志。严禁将模板支架、缆风绳、混凝土输送泵管等固定在 实体段，箱内设预埋件及支架。３ 墩施工铰座后墩身施工同 脚手架上。平台、步梯设围栏，周边张挂密目安全网。 ２ 墩。 （１３）塔柱施工中宜分层设置封闭式脚手平台，靠近铁 墩身、塔柱施工属高空作业，施工期间，杂物坠落极易对 路侧采取密目钢丝网等可靠的封闭措施，严防坠落物弹出。 铁路运输安全造成威胁。塔柱施工重点注意，模板及脚手吊 ４结语 ． 装作业安全，靠铁路一侧采用防护板配防护网封闭，防止杂 临近营业线施工具有作业难度大、风险高、危险因素复 物坠落，影响行车，造成伤害。 杂等特点，施工时要切实加强施工组织管理，选择成熟工艺、 ３．３ 临近营业线承台、墩身、塔柱施工特点 可靠设备，重点防范重大危险源，依法合规作业。要点时要 （１）临近营业线承台基坑防护桩施工，同钻孔桩施工需 超前准备充分，考虑细致周全，确保安全高效正点完成任务。 要注意人员机械等侵界、管线保护、作业吊装等问题。 在施工中加强动态管理，作好首件或首段施工总结，调整优 （２）临近营业线承台开挖施工，对营业线线路结构及设 化方案和工艺操作后再批量展开大面积作业。要注意采用 备影响更大，其支护方案应做专项设计及计算，施工中加强 可靠的新技术新方法，对施工可能影响到的结构和设备等进 位移和沉降监测，确保铁路轨道及设备、基坑周边构筑物安 行相应的监测监控，按规范规程控制其变形、沉降、震动等参 全。 数，强化技术保安全。结合郑州市中心区跨线桥工程介绍了 （３）临近营业线承台施工时，应有相应防塌方措施，派 临近铁路营业线钻孔桩及承台、墩身、塔柱施工方案，同时对 专人日夜巡守，列车通过、强降雨或持续降雨期问，及时检查 临近营业线桥梁钻孔桩、承台、墩身及塔柱施工特点进行归 整修，发现路基开裂、变形、坍塌或线路状态异常等，立即采 纳总结，希望能为类似工程提供借鉴。 取措施，危及行车时，严禁盲目放行列车。 （４）临近营业线承台开挖前在基坑顶四周挖设好排水 参考文献： 沟或挡水墙，开挖完成后，在坑底四周设置排水沟及汇水井， ［１］ 李艳哲．郑州市中心区铁路跨线桥施工方案设计［Ａ］．第十九 保证坑内不积水。 届全国桥梁学术会议论文集（上册）［Ｃ］．２０１０． （５）开挖出的泥土，不得堆放在基坑周围，应该及时外 ［２］ 李华强．郑州中心区铁路跨线桥基坑支护创新设计与施工 运处理；靠铁路侧地表严禁堆放任何机械设备及物品。 ［Ｊ］．公路，２０１３，（８）． 彭心强．大跨径桥梁钻孔桩施工浅析［Ｊ］．城市道桥 （６）临近营业线墩身模板作专项设计，保证有足够的强 ［３］张绍敏，与防洪，２０１４，（８）． 度、刚度和稳定性。模板吊装应确保不侵限、不损坏既有线 （上接第６６页） 完成一个钻孔的钻进之后及时的采用管棚钻机顶进一根钢 花管，在完成奇数孔注浆而且凝固之后进行偶数孔的钻设。 在钻孔过程中，如果出现塌孔、卡钻等问题，应该及时的补注 水泥浆之后再进行钻进作业。钻机刚开始钻孔时，保持低速 低压，成孔１ ｍ左右之后方可根据实际地质情况进行相应的 调整。同时在钻进过程中应该及时采用测斜仪测定位置，监 测成孔质量，并根据孔口岩屑对隧道的地质情况进行判断、 描述，作为地质预测资料以指导后期隧道洞身开挖。 （３）清孔作业。在完成钻孔以后，应该采用钻机进行反 复扫孔，以便于彻底清除钻孔内的浮渣，重点保证孔径、孔深 等符合施工质量要求。之后采用高压风从孔底向孔口吹扫 钻渣，确保孔内干净。 ５大管棚钢管安装及注浆施工 范围内。在连接好注浆管路后，首先应该利用注浆泵先进行 压水试验对管路的密闭性检查，之后即可进行现场的注浆施 工作业。为了控制注浆时间，在施工中先应计算分析注浆 量，确保注浆效果。注浆量的计算公式为：Ｑ＝仃Ｘ ｒ２ ＸＬ＋仃 ＸＲ ＸＬ Ｘ．ｒ７× × ；其中：Ｌ为钢管总长ｍ；ｒ为钢管半径， ｍ；Ｒ为浆液扩散半径，ｎｌ；，７为隧道地层孔隙率；卢为浆液损 耗系数；Ｏｌ为浆液有效填充系数。待注浆过程中注浆压力逐 步提高，达到设计终压并继续注浆１５ ｒａｉｎ以上，而且注浆量 达到设计量的９５％以上，即可结束注浆施工，之后及时的清 除管内胶凝浆液，并采用水泥砂浆进行填充。 ６结语 （１）管棚钢管安装施工。管棚钢管一般采用热轧无缝 钢管，长度规格不～，在隧道工程施工中较为常用的主要有 ４ ｍ、６ Ｉｎ两种，为了便于进行注浆施工，钢管大多采用有孔 花管，间隔一定距离按照梅花形设置注浆孔，同时为了便于 钢管的人孔，钢管端头一般设置成锥形。钢管的安装采取管 棚钻机和人工相配合顶进的施工作业方式，如果钢管长度不 足，应该接长钢管，但是应确保相邻钢管的接头应前后错开。 （２）注浆施工。注浆施工是管棚施工作业的关键环节 之一，注浆的效果也直接影响到管棚超前支护的施工质量， 因此必须作为重点控制管理的环节。在隧道工程施工中，一 般控制水泥浆水灰比１：１，注浆压力控制在０．５—１．５ ＭＰａ ・大管棚超前支护施工技术由于可以有效的改善松软破 碎岩层物理力学性质，而且施工作业速度多快，不需要大型 机具设备，因而在隧道工程支护中的应用较为普遍。在施工 过程中，技术人员应当严格按照施工技术规范中的相关要求 进行现场管理，做好工序的衔接，以确保隧道大管棚超前支 护施工质量，提高支护的稳定度和安全系数。 参考文献： ［１］ 曹虎．大管棚超前支护在隧道下穿高速公路中的应用［Ｊ］．山 西科技，２０１１，（１２）． ［２］ 王凤，刘珊，杨旭旭．浅析软弱围岩隧道超前预支护技术［Ｊ］． 高教研究，２０１０，（１０）． ［３］ 宫建岗．地铁区间软流塑地层浅埋暗挖法施工技术［Ｊ］．石家 庄铁道学院学报，２００６，（２１）：１４１—１４６． ６８・
