长大管棚在隧道浅埋段的施工技术

陈荣典 林爱芬

（福建省第一公路工程公司，福建泉州362000）
摘要：介绍福建省首例采用40 m长大管棚超前支护的施工技术，并在参数确定、机具选择、进度情况、质量控制与成本分析5个方面作了具体介绍。
关键词：长大管棚；施工技术；参数确定；机具选择；质量控制；成本分析
1 工程概况
杨梅岭隧道设计为上下行分离式4车道高速公路隧道，隧道左线长1 365 m，右线长为1 340 m。全隧道按新奥法设计和施工，进口左洞和出口右洞洞口浅埋段最薄覆盖层分别为3?67 m、4?05 m，在洞口35 m范围内为强风化、弱风化花岗岩，顶板为残坡积层，风化裂隙，发育具块状镶嵌结构，局部散体结构，围岩不稳定，易塌。福建省首次采用40 m长大管棚对洞口段进行超前支护。沿隧道衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管，并且在插入钢管后，再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙，使管棚与围岩固结紧密，以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构。
2 施工工艺
2.1 施工工艺流程
施工工艺流程如图1所示。
2.2 管棚参数
(1)钢管布设在圆心角为150°的隧道拱部；
(2)钢管环向间距为50 cm；
(3)管心与衬砌设计外廓线间距为40 cm；
(4)倾角：仰角1°(不包括路线纵坡)；
(5)钢管施工误差：径向不大于20 cm；
(6)管棚长度为40 m，热轧无缝钢管φ 108 mm，壁厚6 mm，节长3 m、6 m；
(7)孔口管为天缝钢管φ 127 mm，壁厚6 mm，节长2 m。
2.3 机具选择
机具选择如表1所示。
表1机具选择表
管棚长度（m）〖〗管棚机型号〖〗管棚机参数8～16〖〗ksz100型〖〗钻杆外径50 mm16～40〖〗mk?5型〖〗钻杆外径80 mm2?4工艺说明
管棚施工主要工序有开挖支护明洞边坡、仰坡；施作套拱；搭钻孔平台、安装钻机；钻孔；清孔、验孔；安装管棚钢管；注浆。工序技术要求高，工艺复杂，现分别叙述如下。
2.4.1 明洞边坡仰坡开挖支护
(1)明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行，应尽量避开雨季施工。
(2)边坡防护应与明洞开挖同步进行：及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。
(3)对边坡渗水要及时排、引到坡面外，加强对坡面的防护。
2.4.2 施作套拱
(1)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，钢支撑与管棚孔口管焊成整体。
(2)孔口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；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
2.4. 3搭钻孔平台安装钻机
(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。
(2)平台支撑要着实地，连接要牢固、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。
(3)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孔口管轴线相吻合。
2.4.4 钻孔
(1)为了便于安装钢管，钻头直径采用φ 115 mm。
(2)岩质较好的可以一次成孔；钻进时产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。
(3)钻机开钻时，可低速低压，待成孔1?0 m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
(4)钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。
(5)钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
(6)认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。
2.4.5 清孔验孔
(1)用地质岩芯钻杆配合钻头(φ 115 mm)进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。
(2)用高压气从孔底向孔口清理钻渣。
(3)用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。
2.4.6 安装管棚钢管
(1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻φ 8出浆孔(靠掌子面4?5 m的棚管不钻孔)；管头焊成圆锥形，便于入孔。
(2)棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔(φ 115 mm)，然后可用10 t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进；也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。
(3)接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1 m。
2.4.7 注浆
(1)安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆后再施工无孔钢管，无孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。
(2)注浆参数：水泥浆与水玻璃体积的比例为1∶0?5；水泥浆水灰比1∶1；水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数2?4。
(3)采用kby?50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0?5 mpa～1?0 mpa，终压2 mpa，持压15 min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的1?5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
(4)注浆结束后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。
2.5 劳动力组织
管棚施工工序多，工种杂、技术性强、要求技术工人具有各方面独立操作能力，又能处理管棚施工中一般的故障，管棚施工的质量很大程度上取决于钻孔和注浆的质量。一台钻机三班作业劳力组织为：技术人员1人、机长1人、班长3人、修理工1人、电工1人、电焊工1人、钻工15人、合计23人。
3 进度情况
钻机就位、加固：钢管4?7 h/t
钻进：钢管9?5 h/t
扫孔、顶管：钢管11 h/t
注浆：钢管5?5 h/t
4 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20 cm～30 cm。
(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)经常量测孔的斜度，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。
5 管棚费用评价
管棚费用主要包括管棚的套拱费用、管棚施工的人工费、管棚施工的机械台班费、管棚施工的材料费4大部分。现以福宁高速公路杨梅岭隧道进口左洞40 m 管棚（沿拱顶150°范围内布设33根长度各为40 m 注浆钢管，管棚的钢管总重量为21 t）为例，分析管棚在现场施工中的实际费用。
5.1套拱费用
（1）套拱ⅰ18工字钢：1?567 5 t×6 000 元/t=9 405元；
（2）孔口管（φ 127×4mm无缝钢管）：0?800 58 t×5 000 元/t=4 002?9元；
（3）固定钢筋（φ 25钢筋）：0?457 38 t×4 000 元/t=1 829?5元；
（4）普通混凝土（c 25）：41?26 m3×400 元/m3=1 650 4元。
5.2 人工费
（1）加工管棚钢管：214?5 工日×40 元/工日=8 580 元。包括割、焊钢管锥形探头，钢管施钻φ 8 mm出浆孔等；
（2）加工钢管丝扣接头：20 元/个×231 个=4 620元；
（3）搭工作架、布设水、电、气管路等准备工作：18 工日×40 元/工日=720 元；
（4）钻机就位、钻孔、扫孔、顶管、注浆：5 157?6 h×4 元/h=20 630?4 元。
5.3 机械台班费
（1）地质潜孔钻机：53?76 台班×432 元/台班=23 224?32 元；
（2）电动空压机（20 m3/h）：53?76 台班×674 元/台班=36 234?24 元；
（3）压浆机（50 l）：14?49 台班×36 元/台班=521?64元；
（4）拌浆机：14?49 台班×20 元/台班=289?8元。
5.4 材料费
（1）锯木：35?2 m3×800 元/m3=14 080 元(按两次摊销)；
（2）钢管：21 t×4 200 元/t=88 200 元；
（3）砂浆（30#）：10 m3×240 元/m3=2 400 元；
（4）水泥（32?5级）：43?71 t×330 元/t=14 424?3 元；
（5）水玻璃（35波美度）：38?48 t×900 元/t=34 632 元；
（6）磷酸氢二钠（缓凝剂）：0?88 t×4 600 元=4 048 元。
4项费用合计：284 346?1元；
管理费与税收按15%计：42 651?91 元；
管棚费用按每吨钢管计：
（284 346?1+42 651?91 元）/21 t
=15 571?33元/t。
按隧道延米计：
（284 346?1+42 651?91 元）/40 m
=8 174?95元/m。
6 结语
6.1对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工工艺，提前发挥超前支护作用，增加了施工安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。
6.2在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。
6.3管棚钻孔可作为地质预探预报，地质资料可指导洞身开挖提供依据。
6.4管棚施工工艺的引用，对福建省隧道施工技术的探索迈开新的步伐。
参考文献
[1]公路工程预算定额?北京：人民交通出版社，1998?
[2]福建省高速公路施工技术规范?福建省高速公路建设总指挥部，1999?
[3]tlejgf—93—27 岩溶隧道管棚支护工法?北京：人民交通出版社，1993