大管棚超前支护技术在龙头山隧道洞口浅埋段主洞施工中的应用.doc

大管棚超前支护技术在xx隧道洞口浅埋段主洞施工中的应用•工程概况xx隧道是目前国内第一座分离式双向八车道高速公路隧道（特大断面隧道）。xx隧道单洞总长2012米，净宽2×18米；隧道(左线长1010m，右线长1002m)最大埋深98m，最大开挖跨度20.7m。隧道施工采用双侧壁导坑开挖技术。隧道洞口处主要为坡残积土及全-强风化花岗岩，结构松散，不稳定，土黄色、硬塑~半坚硬，含15～20%石英砂岩，可见原岩结构，偶含少量风化碎石块。•大管棚超前支护的必要性及相关的工作原理由于隧道断面大，洞口处岩体风化十分严重，土体松散，所以洞口开挖面极易发生坍塌，施工进洞困难。采用大管棚结合小导管对洞口段堆积体进行注浆固结然后再开挖，这样可以有效保证洞口边仰坡安全，而且使开挖部位形成棚幕和一层壳体，从而大大增加了进洞施工的安全性，确保顺利进洞。超前支护的基本工作原理是在待开挖洞顶轮廓线以外一定角度范围内，环向按照一定的间距超前打入钢管，并在钢管内进行压力注浆。环向钢管形成棚架，为开挖及初期支护作业提供了安全保障；浆液固结后钢管和围岩之间组成了一个共同的固结圈，从而在隧道的纵向和横向分别形成一个刚度较大的梁结构和拱结构。这个结构能有效提高围岩的承载力及自稳能力，减小围岩的变形；同时，隧道开挖后与钢架一起共同组成刚度较大的支护结构，以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。•大管棚超前支护设计3.1大管棚设计参数（1）钢管规格：采用Φ108mm壁厚6mm的热轧无缝钢管，长40m。钢花管内设置钢筋笼，钢筋笼主筋4Φ25，采用Φ42钢环（壁厚3mm）作固定环，固定环节长5cm，与钢筋笼主筋焊接，如下图所示；（2）管距：环向间距为40cm；外插角：1°～3°；（3）同一环管棚中接头的位置应相互错开不小于1m，管棚节长度为6m+6m+6m+6m+6m+6m+4m或4m+6m+6m+6m+6m+6m+6m。（4）施工时应先打编号为单号的钢花管，注浆后再打编号为双号的钢花管。编号为双号的钢花管可作为注浆质量的检查管，若单号钢花管注浆有不密实之处，应在双号钢花管中注浆填实。3.2管棚浆液参数（1）注浆材料及配合比：注浆浆液采用M30水泥浆，水灰比为1:1；（2）注浆压力：2～2.5MPa；（3）浆液扩散半径：不小于0.5m；3.3大管棚超前支护与小导管的结合为了使大管棚超前支护更好的发挥作用，在管棚支护的同时结合了小导管（见导向墙施工图）。具体为：第一环长管棚范围内不设注浆小导管，但小导管与长管棚至少有100cm的搭接长度；注浆导管分两排，第一排长500cm，外插角为6°；第二排长450cm，外插角为15°；搭接长度不小于100cm；注浆导管四周采用混凝土封孔，封孔深度为20cm；注浆材料为M30水泥浆液，水灰比为1：1，注浆压力为0.5～1.0MPa。•大管棚的施工及相关的技术要求大管棚简要的施工工艺流程如图：4.1施工前的准备工作4.1.1疏排水源疏导洞身附近的水源，砌筑顶沟；增设环型截水沟，拦截地表水；建立枝状排水系统，使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围。4.1.2导向墙施作导向墙对于控制钢管的钻孔方向至关重要,同时也可兼作止浆墙。导向墙的厚度为90cm，材料采用C20的钢筋混凝土，其中按设计钻孔位置预埋Φ127mm壁厚5.5mm的导向钢管,并将孔口预埋一定的上抬量。具体的施工图如下：4.1.3钢花管制作钢花管按照设计要求制作，管头加工成锥形以便送入，为确保接头质量，以长15cm的丝扣连接，或在端头连接处采用一根长1.0m的Φ100钢管，伸入Φ108钢管中40cm，在端部用电焊将管之间焊缝焊满，剩余60cm用作送入前一根钢管的尾部，并用电焊焊满，起连接和导向的作用。为防止浆液倒流，每根管棚尾部均焊接有止浆板，止浆板采用2cm厚钢板制作，中间钻有Φ20带罗纹的眼，以备注浆时用。4.2管棚的施作4.2.1测量放样、钻机定位测量放样出隧道设计轮廓线并按40cm的间距标出管棚的位置。将钻机移动并定位至标定位置。4.2.2钻孔使用顶驱液动锤按设计角度1°～2°，把套管与钻杆同时同步冲击回转钻入岩土层内至设计度。套管与钻具同时跟进，产生护孔功能，避免内钻杆在提出孔后产生塌孔或涌水事故，提供临时护孔，方便往孔内插管注浆。钻孔要求精度高，终孔位置准确，各开孔的孔眼与终孔的孔眼落在同一周界面上，避免产生较大的偏差和变形。同时要确保钻孔的同轴度，以避免管棚送入时受卡。4.2.3清孔钻孔完结后，先把套管内孔注水清洗洁净后，才把钻杆取出。套管仍保留在孔内供护孔作用。4.2.4顶进钢管棚把按设计要求加工好的钢花管顶入套管内，接头采用15cm长的厚壁管箍，上满丝扣；并把钢管轻轻打入岩土地内，以固定钢管不易滑出孔口。钢管插进完毕后，取出套管，钻进其它孔眼。套管取出时，冒落的岩土会于孔内压