摘要：文章以來(lái)賓至都安高速公路鳳凰1號(hào)隧道及鳳凰2號(hào)隧道施工為例，對(duì)超前大管棚施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)、創(chuàng)新，提出在鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，管棚鋼管跟隨著鉆頭與鉆桿一起同步鉆進(jìn)，從而使管棚鋼管能及時(shí)對(duì)成孔起到護(hù)壁作用，有效地防止了鉆孔的坍孔。該工藝施工簡(jiǎn)便，超前支護(hù)效果出色，能避免塌孔、卡管，達(dá)到一次成孔，提高成孔效率，有效解決了在不穩(wěn)定地層中鉆孔成孔、送管困難的問(wèn)題，且管棚安裝位置可調(diào)整控制，施工質(zhì)量有保證。

關(guān)鍵詞：隧道；大管棚；全套管

U455.4A431353

0 引言

在新奧法施工隧道時(shí)，對(duì)于自穩(wěn)性差的地層，引孔頂入法施工的超前大管棚施工是常用的超前支護(hù)方式，但是該方法在不穩(wěn)定地層中鉆孔成孔困難，且即使成好孔，在送管頂入過(guò)程中也極易出現(xiàn)因觸碰摩擦成孔孔壁造成坍孔卡管，一旦出現(xiàn)此問(wèn)題就需要反復(fù)鉆孔或拔出已插入的管棚鋼管重新鉆孔，施工難度大、管棚安裝位置與長(zhǎng)度的施工質(zhì)量難保證、花費(fèi)成本高、處理時(shí)間長(zhǎng)。

來(lái)賓至都安高速公路起點(diǎn)樁號(hào)為K223+564.742，終點(diǎn)樁號(hào)為K292+080，全長(zhǎng)約66.462 463 km，總造價(jià)約60億元。本項(xiàng)目主線按四車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建，設(shè)計(jì)時(shí)速采用120 km/h，路基寬度為26.5 m，施工工期為42個(gè)月。鳳凰1#隧道及鳳凰2#隧道施工中，對(duì)超前大管棚施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)、創(chuàng)新，提出在鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，管棚鋼管跟隨著鉆頭與鉆桿一起同步鉆進(jìn)，從而使管棚鋼管能及時(shí)對(duì)成孔起到護(hù)壁作用，有效地防止了鉆孔的坍孔。該工藝施工簡(jiǎn)便，超前支護(hù)效果出色，能避免塌孔、卡管，達(dá)到一次成孔，提高成孔效率，有效解決在不穩(wěn)定地層中鉆孔成孔、送管困難的問(wèn)題，且管棚安裝位置可調(diào)整控制，施工質(zhì)量有保證。

本方法主要適用于隧道穿越坡積松散體、松散破碎帶、軟弱地層、塌方堆積體等自穩(wěn)性差地層的超前支護(hù)，也可用于自穩(wěn)性差、易塌孔的地層的邊坡錨桿鉆進(jìn)。本方法超前支護(hù)效果良好，有利于保持土體穩(wěn)定，減少水土流失，防止因水土流失而導(dǎo)致大量的泥漿水污染附近田地及水源，很大程度上減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，且能避免因管棚施工質(zhì)量問(wèn)題引起后續(xù)施工次生災(zāi)害的發(fā)生。

1 工藝原理和特點(diǎn)

1.1 工藝原理

隧道跟進(jìn)式管棚施工工法工藝的主要材料由管靴、管節(jié)、接箍組成。管節(jié)為寶鋼R780，每節(jié)長(zhǎng)1.5 m，兩端設(shè)有內(nèi)螺紋。管棚鉆孔采用C6XP多功能鉆機(jī)，鉆頭選用與管棚直徑大小相適應(yīng)的偏心鉆頭［1］。管靴連接管節(jié)，管節(jié)之間用接箍相連，鉆頭與鉆桿穿過(guò)管靴、管節(jié)、接箍，鉆頭卡住管靴的內(nèi)壁牽引著管靴、管節(jié)、接箍鉆進(jìn)，隨著鉆頭與鉆桿的鉆進(jìn)牽引，逐節(jié)安裝接箍和管節(jié)接長(zhǎng)至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，然后從管靴、管節(jié)、接箍中間退出鉆頭和鉆桿，最后安裝止?jié){閥進(jìn)行注漿。見(jiàn)圖1。

采用隧道跟進(jìn)式管棚與常規(guī)引孔頂進(jìn)式管棚在超前支護(hù)的效果一致，對(duì)地層能起到有效的支撐加固作用，能有效地控制地層變形與沉降，能確保管棚施工質(zhì)量。同時(shí)，隧道跟進(jìn)式管棚施工工藝簡(jiǎn)單、施工方便，提升了施工效率和管棚鋼管安裝精度控制，在保證質(zhì)量、安全的前提下大大加快了施工進(jìn)度，能避免因管棚施工質(zhì)量問(wèn)題引起的后續(xù)施工次生災(zāi)害發(fā)生與處置，施工成本可控性強(qiáng)。

1.2 工藝特點(diǎn)

隧道超前支護(hù)中采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)、安裝大管棚，能承載較大的松散荷載，保證地層穩(wěn)定，提高隧道開(kāi)挖的安全性，是一種安全可靠、效果顯著的支護(hù)施工技術(shù)。

隧道施工中，常規(guī)的引孔頂入法施工管棚，鉆孔成孔難、易塌孔縮孔，導(dǎo)致送管難，往往達(dá)不到理想的效果。采用跟管鉆進(jìn)管棚施工工藝能做到鉆孔與送管同步進(jìn)行，管棚鋼管隨著鉆頭鉆桿的鉆進(jìn)，逐節(jié)送入鉆孔，能及時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行護(hù)壁，避免卡鉆，解決了送管難的問(wèn)題；同時(shí)管棚鋼管跟隨鉆頭牽引深入地層，鋼管插入地層的施工精度可通過(guò)鉆孔精度進(jìn)行調(diào)整，施工質(zhì)量得到了保障，施工效率及速度遠(yuǎn)高于常規(guī)送管。

跟進(jìn)式應(yīng)用在不穩(wěn)定地層中的管棚超前支護(hù)效果良好，可以有效控制地表沉降，對(duì)地層擾動(dòng)小，特別是在洞口超前支護(hù)的應(yīng)用，為“零開(kāi)挖”進(jìn)洞提供了安全保障，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，符合人們對(duì)環(huán)保的要求。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 隧道跟進(jìn)式超前大管棚施工工藝流程（圖2）

2.2 主要施工工序的操作要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

對(duì)施工工藝流程進(jìn)行部署，現(xiàn)場(chǎng)施工與實(shí)驗(yàn)室同時(shí)進(jìn)行相關(guān)工作?，F(xiàn)場(chǎng)主要負(fù)責(zé)隧道跟進(jìn)式管棚施工，遇到問(wèn)題及時(shí)反饋，試驗(yàn)室需對(duì)配制漿液的原材料進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，合格的材料才能進(jìn)行漿液的配合比選定和試驗(yàn)，確定漿液的配合比，等待注漿作業(yè)時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)漿液制備，注漿效果不佳時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。

2.2.2 測(cè)量定位、洞口施工

邊仰坡采用錨噴支護(hù)，鉆孔安裝長(zhǎng)度為3.5 m、直徑為42 mm、壁厚為4 mm的小導(dǎo)管，小導(dǎo)管設(shè)置間距為100 cm×100 cm。小導(dǎo)管灌注水灰比為（0.3～0.8）∶1的水泥凈漿，掛8鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)格間距為25 cm×25 cm，最后噴射10 cm厚C20早強(qiáng)混凝土。

2.2.3 套拱施工

將127 mm×4 mm的導(dǎo)向管用16鋼筋箍焊在工字鋼拱架上，外插角度為0.5°。導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)必須時(shí)刻觀察探頭角度變化情況，及時(shí)糾偏。按照套拱設(shè)計(jì)尺寸安裝套拱模板，進(jìn)行套拱混凝土澆筑?；炷翝仓r(shí)，套拱左右側(cè)需對(duì)稱澆筑，左右側(cè)混凝土高差＜0.5 m。

2.2.4 管棚施工

第一節(jié)鋼管需采用兩種以上不同長(zhǎng)度的鋼管，相鄰管棚孔需錯(cuò)開(kāi)使用，以保證50%以上的接頭不在同一斷面。

先將管棚孔從左至右按順序進(jìn)行編號(hào)，以先高后低、奇偶數(shù)孔交為原則。管棚鋼管應(yīng)注意打孔，應(yīng)呈梅花狀交錯(cuò)布置，同一平面孔距控制在30 cm，環(huán)向間距控制在15 cm，孔口大小應(yīng)控制在15 mm。

2.2.5 安裝止?jié){閥

在管棚鋼管管口上焊接好止?jié){閥，進(jìn)行止?jié){處理。對(duì)止?jié){閥的焊接進(jìn)行檢查，防止焊接達(dá)不到要求，在注漿過(guò)程中出現(xiàn)脫落。

2.2.6 噴射混凝土封閉掌子面

將開(kāi)挖工作面用噴射混凝土封閉防止跑漿，要求噴射混凝土噴射密實(shí)，完全封閉掌子面，對(duì)噴射完后的掌子面進(jìn)行檢查，對(duì)不密實(shí)的部位進(jìn)行補(bǔ)噴處理。

2.2.7 壓水試驗(yàn)

待噴射掌子面的混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求，進(jìn)行壓水試驗(yàn)，從止?jié){閥處進(jìn)行注水，查看壓水過(guò)程中是否有水從掌子面或其他地方大量流出，如有，應(yīng)在壓水試驗(yàn)后，進(jìn)行封閉處理，之后再就行壓水試驗(yàn)，直至無(wú)水流出或無(wú)大面積滲水出來(lái)為止。

2.2.8 注漿作業(yè)

注漿采用后退式注漿，遵循“先兩側(cè)后中間”“跳孔注漿”“由稀到濃”的原則，開(kāi)始時(shí)注漿的漿液濃度要低一些，逐漸加濃至設(shè)計(jì)濃度，注漿應(yīng)連續(xù)不間斷，壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后穩(wěn)壓時(shí)間為1～5 min。注漿后，及時(shí)清除干凈管棚鋼管內(nèi)的水泥漿液。

2.2.9 注漿效果分析

對(duì)管棚的注漿的效果進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)掌子面及周邊進(jìn)行鉆芯，查看漿液是否與土體結(jié)合，對(duì)效果不佳的，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，直至合格為止。

2.2.10 管棚驗(yàn)收

施工過(guò)程中，對(duì)鋼管材料、管棚搭接、孔位、孔徑、角度、孔深、漿液配合比等關(guān)鍵因素驗(yàn)收完成后方可進(jìn)行下一步工序，注漿完成后進(jìn)行總體驗(yàn)收。

3 質(zhì)量控制技術(shù)措施

由項(xiàng)目部對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行施工技術(shù)交底，對(duì)鉆孔點(diǎn)的控制措施進(jìn)行重點(diǎn)交底，通過(guò)培訓(xùn)提高工人的操作水平。

材料嚴(yán)格控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，檢查復(fù)核質(zhì)量保證資料，做到工藝檢查，設(shè)備檢查，施工操作檢查，建立嚴(yán)格的驗(yàn)收把關(guān)制度。

跟進(jìn)式鉆孔前可適當(dāng)探明前方地層情況，開(kāi)鉆前檢查鉆機(jī)平穩(wěn)性，保證鉆機(jī)的水平度。

嚴(yán)格按照施工配合比拌制漿液，對(duì)漿液的攪拌時(shí)間、漿液質(zhì)量、注漿壓力和注漿量進(jìn)行重點(diǎn)控制。

嚴(yán)格按要求進(jìn)行二次注漿，確保注漿跟進(jìn)式的填充質(zhì)量，整體完整性。

注漿過(guò)程需要按實(shí)際情況做好每一根跟進(jìn)式的注漿記錄，注漿方量與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。建立交接班文字記錄制度，確保交接好上一班施工的每一個(gè)參數(shù)。

施工前，需經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室對(duì)108 mm×6 mm鋼花管和壓漿料進(jìn)行取樣檢測(cè)或送檢，提供確認(rèn)的原材料力學(xué)性能檢測(cè)報(bào)告，不合格的不得將原材料用于施工現(xiàn)場(chǎng)。

注漿前，可對(duì)隧道跟進(jìn)式管棚的長(zhǎng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保成型后起到超前支護(hù)作用。

注漿要求及參數(shù)為：注漿采用后退式注漿，漿液為水泥漿，水泥漿水灰比為1∶1，注漿壓力初壓為0.5～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa，壓力穩(wěn)定時(shí)間為1～5 min，漿液擴(kuò)散半徑≥0.5 m。注漿材料需要根據(jù)檢測(cè)頻率制作漿液實(shí)驗(yàn)快，壓漿時(shí)，每一工作班應(yīng)留取不少于3組試樣，每組試件3個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28 d，檢查其抗壓強(qiáng)度作為壓漿材料質(zhì)量的評(píng)定依據(jù)。

4 工程應(yīng)用效果

來(lái)賓至都安高速公路鳳凰1#隧道都安端、鳳凰2#隧道來(lái)賓端、鳳凰2#隧道都安端洞口土層自穩(wěn)能力差，為加快施工進(jìn)度、確保管棚超前支護(hù)效果，以達(dá)到隧道進(jìn)洞安全，應(yīng)用了跟進(jìn)式管棚。管棚共33根/洞口×28 m/根×6洞口=5 544 m，6個(gè)洞口采用傳統(tǒng)鋼管管棚工期為270 d，跟進(jìn)式管棚工期為180 d。該工法在規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量、安全得到了較好的效果，同時(shí)取得了良好的安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。見(jiàn)表1～2。

通過(guò)表1～2兩種工藝的直接成本對(duì)比可知，雖然跟進(jìn)式管棚相對(duì)造價(jià)高，相比傳統(tǒng)做法增加611 550元，從安全、質(zhì)量和效率上，增加這些成本是值得的。跟進(jìn)式管棚共節(jié)約工期90 d（6個(gè)洞口，每個(gè)洞口平均節(jié)約15 d），間接地降低了施工成本。

施工的隧道洞口處于松散破碎地層，且處治雨季，應(yīng)用該工法超前支護(hù)效果良好，有利于保持土體穩(wěn)定，減少水土流失，防止因水土流失而導(dǎo)致大量的泥漿水污染附近田地及水源，很大程度上減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，取得了較好的環(huán)保效益。

施工現(xiàn)場(chǎng)均滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求和綠色施工“環(huán)境保護(hù)”的要求，達(dá)到了綠色施工示范工程的實(shí)施效益。獲得了監(jiān)理單位和建設(shè)單位的一致好評(píng)。

該方法在質(zhì)量、安全、進(jìn)度得到了較好的效果，同時(shí)取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有較高的可靠性和實(shí)用性。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）改進(jìn)后的隧道超前大管棚全套管跟進(jìn)式施工方法相比傳統(tǒng)的引孔頂入法施工的超前大管棚施工方法，費(fèi)用增加15%左右。但應(yīng)用新方法是基于地層自穩(wěn)性差這一前提而提出來(lái)的，安全性大大提升，是綜合成本與安全后更優(yōu)的選擇。

（2）改進(jìn)后的隧道超前大管棚全套管跟進(jìn)式施工方法相比傳統(tǒng)的引孔頂入法施工的超前大管棚施工方法，縮短了工期，也是變相地節(jié)約了成本。

綜上，在山嶺隧道建設(shè)中，隧道洞口段設(shè)計(jì)多數(shù)采用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)，而隧道洞口往往處于松散破碎地層，使用傳統(tǒng)的引孔頂入法施工管棚，施工難度大、花費(fèi)成本高，處理時(shí)間長(zhǎng)，反復(fù)的鉆孔、退鉆、接管增加了機(jī)器的使用率，增加了燃油的消耗。

采用隧道超前大管棚全套管跟進(jìn)式施工方法，一次成孔，減少了反復(fù)鉆孔退鉆、接管的步驟，減少了燃油的消耗，且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖中揭示的圍巖情況，施工后的隧道超前大管棚形成的輪廓圓弧規(guī)則，隧道超前大管棚排列較整齊，形成了一個(gè)完整的超前支護(hù)環(huán)。超前大管棚注漿增大了抗彎強(qiáng)度，同時(shí)增加了松散地層的粘結(jié)力。隧道開(kāi)挖后地表，拱頂沉降均較小，既確保了隧道結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和施工安全，又能加快施工進(jìn)度，間接性產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］鄭寰宇.跟進(jìn)式管棚在隧道洞口松散破碎地層中的應(yīng)用［J］.西部交通科技，2021（4）：128-130.