长大管棚在高速公路隧道口预支护施工中的应用

时间:2017-09-27 论文范文 我要投稿

  论文关键词:长大管棚 预支护 设计 施工

论文摘 要:本文结合工程实例详细地介绍了长大管棚在高速公路隧道口预支护施工中的设计及施工方法,该施工技术作为在不良地质情况下隧道施工的预支护措施,具有广泛的应用前景。

一、前言
随着我国公路建设的发展,将会面临越来越多的公路隧道项目,公路隧道具有跨度大,结构受力复杂,施工难度大的特点,给设计和施工带来诸多困难。尤其公路隧道经常遇到浅埋松散软弱层及破碎围岩带等不良地质段,由于围岩自稳能力差,加之施工对围岩的破坏扰动,极易造成塌方事故,加大了施工难度。此类特殊地质经常出现在隧道洞口端,因此能否确保安全、可靠、顺利、及早的进洞施工,是前期隧道施工的关键所在。通常采用的开挖辅助支护措施是“超前长管棚+注浆”预支护措施。超前长管棚支护能有效的加固围岩,起到良好的支护效果。
京珠高速公路粤北段一隧道采用108mm×6mm长大管棚,长度达42m,其施工技术要求高,施工难度大,具有典型性,本文介绍了该隧道的长大管棚施工实践及采取的施工技术措施,并对长管棚超前支护技术进行了简单的探讨。
二、工程概况
位于京珠高速公路粤北段的某隧道,近东西走向,隧道长度近两公里。该隧道地质情况复杂多变,施工段围岩受地质构造影响程度较大,节理发育,岩石破碎,隧道围岩稳定性差。隧道区水文条件较复杂,地下水丰富,对隧道施工形成重大影响。经设计单位设计采用洞口长大管棚注浆加固措施,对隧道进、出口进行管棚预支护后,方可进行隧道开挖。
三、长大管棚的设计
针对隧道进、出口端特殊不良地质段,优先采用“长大管棚+注浆”超前预支护辅助措施,设计如下:
①管棚设计长度:隧道进口端为38m,出口端为42m,如遇基岩,则以入岩2m即可终孔。
②环向间距40cm,仰角1.50,保证适当的上抬量,防止钢管侵入断面。
③钢管规格:ф108mm×6mm,节长3~4m,热扎无缝钢管,抗屈服力大于200MPa。
④注浆材料:选用425#普通硅酸盐水泥,单孔吸浆量较大时则掺入适量速凝剂。
⑤注浆参数:水泥浆水灰比为1∶1,注浆初始压力为0.5MPa,终压为2MPa。
注浆结束后应及时向管内充填M30水泥砂浆,提高其抗屈服力。
四、长大管棚的施工
(一)洞口开挖及坡面防护
首先开挖洞口,将洞口边坡、仰坡要一次挖到位,开挖后及时进行坡面防护,按设计要求施作系统锚杆,挂网喷砼。洞顶截水沟要提前施工,尤其正面仰坡喷浆封闭必须封闭密实,达到设计要求厚度。洞口开挖要预留核心土,以便长大管棚施工。
(二)套拱制作
长大管棚施工前应做好套拱,套拱采用C25混凝土,利用套拱上预留孔作为长管棚钻孔的导向孔。预留孔中预埋Φ130mm,厚4mm,长1m的孔口管,套拱制作先要用经纬仪定位,做好孔口导向管角度、方位与设计准确无误。
(三) 搭设施工平台
钻机平台须搭设牢固,利于钻机安装,通常用枕木构成井字台,防止钻孔钻进时不均匀下沉、摆动、位移。
(四) 钻孔
钻孔是长大管棚施工的关键环节,能否保证钻孔精度、孔壁光滑以及不坍塌、不掉块都直接关系到管棚的支护效果。因此,施钻前须认真分析可能影响钻孔质量的各种因素,提前采取有效措施保证钻孔质量。
本工程采用两台MD—50型潜孔钻机,该型钻机为全液压双动力头,以风动冲击 + 电动液压回旋法钻进。钻孔开钻前,对钻机的位置、钻杆倾角及方位角都要认真校对,保证钻具轴线与导向管轴线一致。钻进以排屑顺畅为准,针对不同地层采取不同的钻进方法。如遇卡钻与塌孔,要及时处理,或告知技术人员。保证在下钢管时钻孔精度、孔壁光滑以及不坍塌、不掉块。
(五) 顶进钢管
钢管接头采用丝扣连接,丝扣长8~10cm。钻到预计长度后,用高压风清孔,退出钻杆,把接好的钢管一边旋转一边顶入。此时,应及早发现并采取措施防止造成过大的弯曲,为此要进行经常的弯曲测定。
(六) 钢管注浆
通常采用向钢花管注浆以加固地层,向钢实管中只注砂浆充填,用以检查注浆情况。根据本隧道地质情况,全部使用钢花管,为保证注浆效果,注浆前将导向管与钢管间隙密封以防浆液外流,且孔口应设气孔。
注浆时,采用先低压、中流量注入,注浆过程压力逐渐升高,注浆流量逐渐减少。当压力升至终压时,继续压注5min,再结束注浆。
注浆结束标准:注浆终压达到设计值,注浆量达到设计浆量90%以上,或注浆压力未达到设计值、注浆量已达到设计标准,或注浆压力达到终压80%时出现较大的跑浆,经间歇注浆后,可结束单孔注浆。
五、施工中遇到的问题及采取的措施
长大管棚注浆超前支护在破碎堆积层中注浆效果较好,开挖后可看到管棚之上破碎石块被胶结成整体,并且长管棚中补注的水泥砂浆也增大了钢管棚的截面模量,提高了横担荷载的能力。但在具体施工过程中会遇到许多的问题,应采取相应的措施及时进行解决。
(一)由于地质条件原因,在钻孔过程中各孔均出现不同程度的漏风,无渣排出现象,容易引起卡钻并导致钢管下不到位。采取慢进慢出多次窜动,每钻进10cm即退出20cm,同时以高压风不断吹动,然后缓慢钻进,每钻进一条钻杆则退出两三条,待正常排渣后,再加钻杆钻入。
(二)遇上硬至可塑粘土,因粘性强,风动冲击无法把渣排出来,可加适量清水,把粘土形成泥浆方式排出来。
(三)在钻进过程中,注意钻孔速度、返回介质的成份数量、地下水等资料的收集与记录,发现异常及时解决。
(四)钻进过程如遇严重的塌孔、漏风等现象,应停止钻进,进行注浆,待浆液凝固后,继续钻进。
(五)在施工中,水平钻孔难免有些弯曲,且总是向隧道设计断面弯曲,为此,给以适当的上抬量,应经常测量轴线与衬砌外缘夹角。
六、结束语
该隧道进、出口端长大管棚设计与施工,均取得良好的效果,为今后在风化剥蚀、不良地质情况进行类似施工积累了施工经验,具有一定的借鉴意义。但在工程应用中还应注意以下几个问题:
(一)钻孔:钻孔是管棚施工的关键工序,首先要将钻机稳固在钢管脚手架上,其次是在钻进过程中要慢进慢出,多次窜动。钻孔完成后还需高压风清孔。
(二)顶管:顶管是施工的重要工序,顶管时要缓慢推进,边由钻机回旋转进,边同时由前动力头加压推入。
(三)注浆:注浆是控制施工质量的关键工序,先低压后高压,要按设计的终灌压力及注浆量进行停浆控制。

参考文献
1.林宗元主编.岩土工程治理手册[M]..沈阳科学出版社:1993.
2.黄生根、张希浩、曹辉.地基处理与基坑支护工程[M].武汉:中国地质大学出版社,1999.

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