古浪隧道进口段管棚预加固施工
摘要：古浪隧道进口段围岩稳定性差，地形坡度大，洞口覆盖层薄，成洞因难，施工中采用大管棚进行超前加固处理。本文介绍了大管棚超前支护的原理、施工的工艺与质量控制3个方面。实践证明：应用大管棚超前加固古浪隧道进口段是成功的，保证了施工安全，缩短了施工工期。
关键词：管棚；超前支护；施工工艺；质量控制。
1引言
近年来，人们对环境保护意识的增强，提倡隧道洞口施工尽量减少对洞口围岩结构的扰动和地表生态环境的破坏，采取超前支护进洞的技术得到越来越多的应用。当隧道跨度较大、洞口埋深较浅，洞口地质条件较差时，采用传统的超前小导管或超前注浆锚杆加固方法就很难保证安全进洞。为了保证安全进洞，一种更有效的超前支护技术——大管棚超前支护被提出来[1~2]。
2工程简介
古浪隧道左右线出口隧道中线位置间距为37.3米，净间距为26.44米，出口端坡度为2.6/%。整条隧道处于曲线上，隧道线路处于半径为1200米和1400米的平曲线上，以及半径为40000米的竖曲线上。本标段洞口位置为湿陷性黄土，根据现场地质情况，洞身四周围岩对洞身产生微偏压，洞身所受压力正面压力比较大。
3管棚超前支护原理
隧道衬砌外缘一定范围内环向按一定距离打入一排纵向钢管。在插入钢管后，在钢管内进行有压注浆，使浆液通过钢管渗透、扩散到地层孔隙或裂隙中，改善围岩物理力学性能，提高围岩的自承能力，且浆液能充填钢管与孔壁之间的空隙，增加钢管的抗弯刚度。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构，能有效控制地而下沉，保证地下结构物的顺利施工[3]。
4管棚施工流程及操作要点
4.1施工工艺流程
管棚施工一般按施工准备、套拱施工、平台搭设、钻机定位、钻进成孔、钻孔测位、顶进管棚和注浆8个步骤完成(见图1)。
4.2施工操作要点
4.2.1施工准备
按“先排水、再进洞，统筹安排，减少干扰”的原则，先进行洞口自然边坡的整理和防护，在隧道施工前，加强排水和锚喷、三维植被网等防护。在坡顶设截水沟，排水沟，截水沟采用浆砌片石，平台用浆砌片石封闭加固。浆砌片石施工采用人工挤浆法进行砌筑。在施工范围的左右两侧由人工进行横向刷顺，浆砌块料石护脚，坡面三维植被网防护。根据现场地形及洞口的实际情况，可采用钢筋锚杆进行挂网喷射防护。仰坡平台位置处应设置防落石护栏，以保证施工安全。
4.2.2套拱施工
混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱在明洞外廓线以外施作，套拱内埋设4榀工字型钢支撑，钢支撑与管棚套管焊成整体。套管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准仪、水平尺配合坡度板设定套管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。套管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。套管混凝土浇筑完成后，应待混凝土强度达85%以上时才可开始长管棚的施工。
4.2.3平台搭设
1.钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位[4]；
2.开挖工作坑施作混凝土垫层，确保平台与混凝土垫层连接牢固平台，以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；
3.要充分考虑操作人员的活动空间。
4.2.4钻机定位
钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线也与孔口管轴线相吻合。
4.2.5钻进成孔
影响钻孔精度的因素有：地质情况、钻进工艺、机具设备等。针对不同的地质条件，采用不同的钻进方法及相应的机具设备。对于硬质土层(含有姜砾石的)，因为密实度较高，先采用三翼合金钻头，开钻时低压、低速，防止钻具偏离设计轴线，钻进10m左右初步定位钻孔方向后，将钻头直径逐步换大，重新钻进成孔，保证孔位精度。
对于一般围岩，可采用三翼合金钻头钻进，在满足精度要求的前提下，一次成孔长度可确定为：采用全液压坑道锚杆钻机施钻，当Φ≤108mm时，长度10m~25m为宜，当Φ>108mm时，长度以10m左右为宜。
4.2.6钻孔测位
在钻进过程中，需采用有效办法发现和控制钻孔的精度，主要测定钻头的标高、方位和倾角。可采用的工具为英国RD433HCTX-2管线探测仪，测点沿管向设置，每隔1.5~2.5m测设一次，发现偏斜超标应及时纠偏，主要措施是加重或减轻钻具重量和使钻速减缓。
4.2.7清孔验孔
1.用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。
2.用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
3.用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
4.2.8顶进管棚
1.钢管应在专用的管床上加工好丝扣，钢管孔壁打孔，布孔以梅花型布置，孔径以12mm、孔间距以20cm为优。管头焊成圆锥形，便于入孔；
2.下管时，当孔壁不易坍塌时，采用直接撞击法将导管撞击至设计位置，当孔壁容易坍塌时，用导管与钻头同时钻进的方法。注意相邻管棚的接头位置应错开大于1m。
4.2.9压力注浆
压力注浆是管棚施工的关键环节之一，注浆效果的好坏，直接影响管棚施工质量。浆液采用水泥素浆，水灰比有1.5:1，1:1，0.8:1三个等级。注浆时由稀到浓逐级变换，即先注稀浆，然后逐步变浓至0.8:1，压力控制在0.5MPa-1.0MPa。水泥浆充满钢管内，并通过管壁花孔，压入周围围岩，从而起到加固周围围岩的作用[5]。
1.管棚管口封堵。注浆前，将管棚两端焊钢板密封，一端留压浆孔，另一端设排气孔；
2.管棚注浆。注浆的水泥浆液采用灰浆搅拌机搅拌，待拌和均匀后，经过滤网放入储存桶内。再由注浆泵注入钢管内，控制注浆量及注浆压力，观察注浆管及接口处有无漏浆泄压现象。水泥浆从排气孔流出后，封堵排气孔，继续加压注入浆液，待浆液压力达到设计值后，稳压8min-15min，即可结束注浆。
5质量控制
1.钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号；
2.钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20cm～30cm；
3.严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交；
4.在钻孔过程中，每钻进1m测量钻孔斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻；
5.掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆；
6.在遇到松散的堆积层和破碎地质时，在钻进中可以考虑增加套管护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进；
7.注浆效果控制。注浆采用注浆压力、注浆量进行双控。
6结语
古浪隧道进口段采用18m长管棚超前支护，通过管间注浆，使拱顶形成预先加固的壳体，发挥“承载拱”的作用，承受拱上部的地面荷载和岩层重量，使得地面沉降分布均匀，有效地控制地面的最大沉降值。洞口仰坡变形处于稳定状态，管棚超前支护措施为安全进洞发挥了作用[6、7]。
超前管棚支护实际上是新奥法施工中超前锚杆支护的发展。国内外工程实践证明，超前管棚支护结构有足够的可靠性，对于各种特殊、因难地段有较好的适用性。
参考文献
[1]罗昌宏，龚诗淇等.朱家岩隧道出口段长管棚预加固设计及施工[J].华东交通大学学报,2008,25(1)：28-31.
[2]张明聚，林毅等.厦门翔安隧道洞口段管棚设计与施工[J].北京工业大学学报,2007,33(10):1056-1059.
[3]常艄东.管棚法超前支护作用机理的研究[D].成都：西南交通大学,1999.
[4]铁路隧道施工规范.TB10204-2002[S].
[5]铁路隧道工程施工质量验收标准.TB10417-2003J287-204[S]
[6]姚先成，潘树杰.管棚支护技术在超浅埋隧道施工中的运用[J].施工技术,2004,33(10):43-44.
[7]林希鹤，卢清国等.超前管棚支护在隧道工程中的应用[J].铁道建筑,2006,8:58-60.
