隧道超前支护施工技术探索

　　摘要：结合某围岩隧道工程实例，采取管超前、强支护原则，根据本隧道工程地质情况等，对该隧道超前支护采用超前小导管、超前长管棚施工，提出其施工质量技术措施，为同类工程参考。

　　关键词：隧道工程,超前支护,超前小导管,超前长管棚

　　1. 工程概况

　　梅树顶隧道位于广宁古水镇新屋村尾，隧道进、出口里程为DK681+252～DK682+344，隧道全长1092m，隧道内进口为6‰的上坡，出口为3‰的下坡，变坡里程为DK682+100。隧道进为帽檐斜切式洞门，出口为端墙式洞门。本隧道所处地质表层为第四系残坡积粉质黏土，灰褐色硬塑，厚度1.0～3.0m;下伏基岩为寒武系八村群第四亚群粉砂岩、砂岩及页岩，全～弱风化，全风化层厚7～20m，局部大于20m，灰黄色，下为强风化～弱风化，隧道洞身大部分位于全风化～强风化地层中，岩层构造单一，附近地层主要产状为50°∠28°。本隧道围岩类别为Ⅴ类580m、Ⅳ类171m、Ⅲ类356m。根据本隧道工程地质情况等，对该隧道超前支护采用超前小导管、超前长管棚施工，现分别进行详细探讨。

　　2. 超前小导管施工技术

　　在隧道支护施工中，当施工中遇到自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的时候，须使用超前小导管的施工技术。在上部弧形导坑开挖前，先安设小导管，然后对开挖工作面进行喷混凝土封闭，厚度为10～15cm。封闭范围为开挖工作面及临近开挖工作面3m范围的环向开挖面。

　　超前小导管采用Φ42热轧钢管，施工外插角10°～15°。Ⅴ级围岩纵向每3.0m一环，环向间距0.4m，小导管长4.5m;Ⅳ级围岩纵向每3.2m一环，环向间距0.5m，导管长4.5m，搭接长度均不小于1m，注水泥浆液或水泥-水玻璃浆液，注浆压力为0.4~0.6Mpa。结构件在加工工厂制作，前端做成约10cm长的圆锥状，在尾端焊接直径6～8mm钢筋箍，除尾部30～50cm不布眼作为止浆段，其余均在管壁上每隔15cm交错钻眼，眼孔直径8mm。

　　钻孔注浆采用自制的钻孔注浆车施工，采用凿岩机钻孔，钻头采用Φ50大钻头。然后采用吹管法清孔，在孔口端用沾有CS胶泥的麻丝缠绕成不小于孔径的纺锤形柱塞，把小导管插入钻孔内，方向要顺直，带好丝扣保护帽，用风钻打入到设计深度，使麻丝柱塞与孔壁压紧。小导管外露30cm，以便连接孔口阀门和管路，外露端支撑于开挖面后方的钢拱架上，与钢拱架共同组成支护体系。

　　小导管安装完成后，须进行压水试验，压力一般不大于1.0Mpa，并根据设计和试验结果确定注浆参数。水泥浆液须采用拌和桶配制，配制水泥浆或稀释水玻璃浆液时，须防止杂物混入，拌制好的浆液必须过渡后使用。注浆须采用专用注浆泵注浆，为加速注浆，可安装分浆器同时多管路注浆。配制好的浆液须在规定时间内注完，随配随用。注浆顺序为由下至上，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大。当发生串浆时，须采用分浆器多孔注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆。当注浆压力突然升高时应停机查明原因;当水泥浆进浆量很大、压力不变时，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，采用小流量低压力注浆或间歇式注浆。注浆压力须符合设计要求，浆液必须充满钢管及其周围的空隙。当压力达到设计注浆终压并稳定10～15min，注浆量达到设计注浆量的80%以上时，可结束该孔注浆。当采用单液水泥浆时，开挖时间为注浆后8h，采用水泥-水玻璃浆液时为4h。开挖过程中须检查浆液渗透及固结状况，并根据压力-流量曲线分析判断注浆效果，及时调整预注浆方案。

　　3. 超前长管棚支护施工

　　本工程在隧道进、出口段(各40米段)采用Φ108长管棚超前支护，长管棚采用热轧无缝钢管，壁厚6mm，长为40m(管棚的终端位置须达到防护对象的长度加上因开挖而造成的开挖工作面松驰范围的长度)，环向间距0.4m，外插角1°～3°，注水泥浆液。长管棚施工工作面钻孔采用两台管棚钻机，采用注浆泵。

　　施工时运用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，保证钻孔方向准确。为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节钢管采用3m长钢管，编号为偶数的第一节钢管采用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管，避免钢管接头在同一断面。注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上方可结束注浆。

　　3.1 钻孔及管棚安装

　　管棚在隧道拱部范围内环向布设，直径108mm，壁厚5mm，采用热轧无缝钢管或钢花管，钢管接头用内外车丝扣的方法连接，环向间距0.4m。钻孔选用比管棚直径大20～30mm钻头，钻头用氧焊法焊在厚壁钢管上，钻头采用钨合金钢。同时钻机采用地质钻机，开孔时采取低速低压，待成孔1.0m后适当加压，在土质层中钻孔采用低压钻进。

　　3.2 管棚导向墙施工

　　洞口段边、仰坡开挖支护至明暗洞交界处满足长管棚施作高度时，形成台阶，作为超前长管棚施作平台，然后在台阶上沿拱部开挖轮廓线支立管棚导向墙模板，绑扎钢筋，预埋φ140mm套管(间距与设计对应)，浇筑管棚导向墙混凝土。

　　3.3 钻孔及管棚安装

　　管棚在隧道拱部范围内环向布设，采用直径108mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管，钢管接头用内外车丝扣的方法连接，环向间距0.4m。钻孔选用比管棚直径大20～30mm钻头，钻头用氧焊法焊在厚壁钢管上，钻头采用钨合金钢。钻机采用地质钻机，开孔时，低速低压，待成孔1.0m后，适当加压，在土质层中钻孔采用低压钻进。

　　钻进采用一次成孔法，用异型接头把钻杆与钢管连接起来，钢管前端安装合金钻头，钢管随进度连续接长，直到设计位置。当钻进地层易于成孔时，一般采用先钻孔、后插管(引孔顶入法)的方法。即钻孔完成经检查合格后，将管棚连续接长，由钻机旋转顶进将其装入孔内。当地质情况复杂，遇有破碎带不易成孔时，可采用跟管钻进工艺，即将套管及钻杆同时钻入，成孔后取出钻杆，顶进管棚，拨出外套管。循环管棚工作前，须开挖管棚工作室，工作室大小根据钻机要求确定。管棚施工前，在长管棚设计位置孔口作为长管棚的导向管，要求在钻机作业过程中拱架不变形、不移位。洞口管棚采用套拱形定位，套拱部位开挖视位置现场地质条件及配套设备确定，要做到套拱底脚坚实、孔口位置准确。钻孔测斜采用特制精密水平陀螺仪检测偏斜，采取随测随调整。管棚安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙，连接压浆管及三通接头。

　　3.4 管内注浆技术

　　管棚钢管安装好后，检查管内有无充填物。如有充填物，用吹管吹出或掏勾勾出。管棚注浆前，须向开挖工作面、拱圈及孔口管周围岩面喷射厚10cm的C25混凝土，以防钢管注浆时岩面缝隙跑浆。施工采用塑胶泥(35Be水玻璃拌合PO42.5#水泥即可)封堵导管周围及孔口。对于注浆材料则选取用水泥浆液，水灰比1:1，注浆压力0.5～2.5Mpa，施工时，现场试验调整参数。进行注浆，使用注浆泵将浆液输入至孔口混合器，经分浆器流入钢管压入地层。

　　3.5 控制技术

　　对于超长管朋支护施工，其孔口位置在开挖轮廓外边缘，外插角1°～2°，洞口管棚最大≯3°，洞身管棚最大≯12°，钻孔最大下沉量控制在20～30cm以内。管棚钢管不侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不相撞，也不相交。钻孔过程中在开孔后2m处、孔深1/2处、终孔处三次进行斜度量测。如误差超限及时改进钻孔工艺进行纠编，至终孔仍超限时，则封孔重钻。钢管与管箍丝扣拧紧上满，使各管节连成一体，受力后保证不脱开。管棚钢管安装后进行注浆，注浆初压为0.5Mpa,终压为2.0～2.5Mpa，并稳定15min，若注浆量超限，未达规定压力，仍继续注浆，并调整浆液，直至符合注浆质量标准，终止注浆，确保管棚与围岩固结紧密，增强其整体性。注浆后及时扫排管内胶凝浆液，用水泥砂浆充填密实;对于非压浆孔，直接充填即可。

　　4. 中空注浆锚杆支护施工

　　本隧道采取的中空注浆锚杆杆体为中空厚壁全螺纹杆体(外径Φ22)，可任意切割，便于安装配件，同时作为锚杆，齿峰凹槽能进一步提高锚固力。为使锚杆能边钻进边加长到设计长度，使用联结套。杆尾与风钻连接，钻进采用YT-28风钻或锚杆钻机，一次成孔就位。

　　锚杆钻进就位后，杆尾与注浆胶管套接，采用UB-3-A型注浆泵注浆。注浆浆液配比为1∶1水泥砂浆，水灰比0.38～0.45。在施工中，根据地质情况现场试验调整参数。注浆时，用塑胶泥封堵杆体周围及孔口，工作面上的裂纹也用塑胶泥封堵塞。管端外露20cm，以便安装注浆管。采用定量注浆，控制进浆速度，一般每根导管控制在30升/分钟以内，即每孔注入0.30m3浆液。

　　注浆最高压力严格控制在0.5MPa以内，以防压裂工作面。每根导管内注浆量由计算确定，若压力上升，流量减少，虽然注浆量未达到计算值，但孔口压力已达到0.5MPa也应结束注浆。值得注意的是在注浆结束后及时清洗泵、阀门和管路，保证机具完好，管路畅通。

　　5. 结论

　　文章结合某隧道工程地质等特点，对该隧道采取初期支护施工，提出采取超前小导管、超前管棚支护技术方案，详细地探讨这些支护施工技术措施，工程实践效果表明所采取措施能确保本工程顺利实施，而且施工安全性高，可为同类工程提供参考。

　　参考文献：

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　　[2] 张恒，周俊.软弱围岩公路隧道支护施工技术[J].广东土木与建筑，2008，26(01)：101-103.

　　[3] 肖晓珊.软弱及破碎围岩隧道初期支护技术探讨[J].铁道建筑，2006，29(09)：18-19.

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