二级公路A 标段下南城隧道全长772m(K2+423~K3+195),但其进口处于破碎土岩堆地段长达182m(K2+423~K2+605),且最浅埋深仅2m,同时围岩含水量大,工程力学性质差,开挖后易坍塌,成洞困难。
为确保开挖稳定,进口K2+433~K2+488段55 m,隧道拱部120°范围采用108×8mm超前大管棚注浆支护辅助施工,共设两环,每环钢管总长度30m。
我公司施工类似大直径的长大管棚,并且达到两环以上(包括两环),这是第一次。其施工工艺和方法尚无成熟的经验可以借鉴,需要进行摸索和研究。因此有必要对ø108大管棚超前支护的施工方法、适用机械、劳动组织等进行研究和总结,以便更好地加以推广和应用。
将ø108大管棚超前支护的施工工艺,形成一整套操作性强、系统完整、详实准确、技术含量高、有推广价值的成果。对于提高工程的科技含量,增强技术创新能力,全面贯彻“科技是第一生产力”,推动公司的科技进步和“科技兴企”战略的实施,都具有重大的意义。
2.工程概况
2.1概述
彭(水)酉(阳)二级公路A 标段下南城隧道位于重庆市彭水县城南郊下南城,隧道穿越下南城山,进口里程K2+423,出口里程K3+195,全长772m,路线设计纵坡-3%、-0.094%。进口30.632m及出口段192.75m分别位于半径为120m及200m的曲线上,其余地段位于直线上。
进口K2+433~+488段55m,为Ⅱ类围岩,隧道位于坡积碎石土层上,含水量大,埋深浅,工程力学性质差,围岩开挖后易坍塌,成洞困难。于隧道拱部120°范围采用超前大管棚注浆支护辅助施工(大管棚共布置两环),边墙及仰拱采用超前小导管注浆支护辅助施工。且设2榀/m拱、墙、仰拱格栅钢架加强支护。
隧道开挖最大尺寸为宽×高=13.24m×9.86m。隧道衬砌内净空宽度为9+2×1.0米。限界净宽:10.5m,限界净高: 5.0m。
2.2大管棚变更情况
原设计管棚里程段为K2+438~K2+488(50m),管棚长度60m,分两环布置。
变更一:管棚里程段由K2+438~K2+488(50m)变更为K2+433~K2+488(55m),形成两个方案:①按两环布置,管棚长度为65m(里程段+一个接头+超前量=55+5+5=65m);②按三环布置,管棚长度为70m(里程段+二个接头+超前量=55+5×2+5=70m)。考虑到按①施工,每环管棚长度都超过了30m,很难达到规范和质量要求。故采用②,每环长度分别定为24m、24m、22m。
实际施工时,钻孔记录显示,第二环管棚已有2m伸入岩层,这样,第三环管棚已无必要,将其取消。
变更二:钢管接头原设计为管子两头车公螺纹,对接后,外套厚壁管箍,将丝扣上紧。考虑到加工螺纹,费用很高,故变更为两种接头方法:外套管和丝扣法。其中,外套管法用于第一环大管棚,丝扣法用于第二环大管棚。
2.3大管棚超前支护方法
2.3.1管棚构造
管棚由钢管和钢格栅拱架组成。管棚是利用钢格栅拱架,沿着开挖轮廓线,以较小的外插角,向开挖面前方打入钢管,形成对开挖面前方围岩的预支护。