大管棚超前支护技术在隧道穿越古滑坡堆积层施工中的应用
摘要：本文介绍了大管棚超前支护技术及其设计参数与适用范围，并以平定高速公路的控制性工程崆峒隧道西口段的施工为例，探讨大管棚超前支护技术在隧道穿越古滑坡堆积层施工中的工程实践，同时通过对监控测量结果的分析，判定大管棚超前支护技术在隧道穿越古滑坡堆积层施工中的可行性及其效果。
关键词：崆峒隧道；大管棚；超前支护；古滑坡堆积层；监控量测
前言
随着我国公路、铁路建设的高速发展，隧道工程的日益增多，如何解决隧道进洞，保障施工安全，防范隧道进洞风险，对大管棚施工技术的进洞应用进行深入研究是十分必要的，本文主要对大管棚技术穿越古滑坡堆积体段的应用及注意事项进行总结分析。
一、 大管棚超前支护技术适用范围
大管棚超前支护技术：指利用钢拱架与沿开挖轮廓线，以较小的外插角，向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架，对开挖面前方围岩进行超前支护的一种开挖面辅助稳定措施，其布置形式如图1所示。
适用范围：管棚因采用钢管或钢板作纵向支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整体刚度加大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受围岩压力。故其主要适用于围岩压力来得快，对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中。对于破碎地层、塌方体、岩堆、偏压等地段，辅以灌浆效果更好。对于有流塑状岩体或岩溶、严重流泥、富水等地段，则可利用钢管注浆堵水和加固围岩。[1]
二、 崆峒隧道工程概况
崆峒隧道是甘肃省平凉（罗汉洞）至定西高速公路穿越六盘山的一座越岭隧道。该隧道分左、右两线，左线全长为2891m，最大埋深336.904m；右线全长为2927m，最大埋深353.982m。隧道地处六盘山低山区，受六盘山褶皱山体东、西界断裂的影响，隧道区内构造活动痕迹较发育，地质构造和地层岩性复杂，并有多条断层通过。
隧道西口110m属于浅埋区，围岩级别为Ⅴ级。该段位于古滑坡区内，主要为崩积、滑坡堆积形成的块石、碎石及粘土，结构松散。
三、 大管棚超前支护技术的适用性分析
崆峒隧道西口段，由于地下水的长期冲刷，块石之间的泥岩、粘土被水流带走，造成块石之间存在空洞、裂隙，相互之间粘结力变小，使块石堆积体有可能局部失稳（坍塌）和整体失稳（边坡滑移、开裂）。其围岩主要为崩积、滑坡堆积形成的块石、碎石及粘土等松散结构体，软弱破碎，隧道开挖将会改变滑坡体目前的应力平衡状态和地下水条件，可能导致古滑坡复活，结合以上大管棚超前支护技术的适用范围的阐述，故决定对LK132+480-LK132+520，K132+491.5-K132+531.5西口洞口段采用￠108大管棚超前支护进洞。
采用大管棚超前支护有以下几个优点：[2]
1、大管棚注浆能有效地阻止古滑坡堆积层滑移，防止坡口仰坡面失稳，并对松散岩体起固结作用。
2、大管棚内加入钢筋笼并注浆后，管棚支护具有刚度大、结构强度高、承载能力强等优点，能够加大一次支护的长度，减少超前支护的次数，缩短工作时间，早日进洞。
3、采用大管棚超前支护可依据实际情况，局部穿插超前小导管或超前锚杆
支护，施工灵活方便，随时应对地质条件的变化。
四、 施工方法
1、施工方法
Φ108大管棚施工前应先施工混凝土套拱作为导向墙,套拱施工程序:清理地基-加工及安装套拱钢筋－预埋导向钢管-架设套拱模板-浇注套拱混凝土。套拱施工长度2.2m，厚80cm，导向钢管2.2m，导向钢管应与Φ16固定钢筋焊接牢固，严格按照放样的位置及仰角布置，套拱钢筋在加工房加工成品，在现场用纵向连接筋焊接成型。套拱支架采用20b工字钢，模板为100×30cm钢模板，堵头模板采用木模板。套拱采用人工浇注，浇注时应防止导向钢管变形。管棚套拱如图3所示。
混凝土浇注完成待强度达到70%后进行管棚的施工。Φ108大管棚设置于较长距离为地质较差的洞口浅埋地段，采用4m、6m的Φ108×6mm热轧无缝钢管，环向间距40cm，丝扣连接，纵向长40m。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于30cm，平行路面中心布置，仰角1°（不包括路线纵坡）。要求钢管偏离设计位置的误差不大于50mm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。管棚布置断面如图3所示，管棚导管横断面如图4所示。
Φ108大管棚的施工采用XY-28-300电动水平钻机钻眼、顶进。其施工程序及工艺为：检查开挖断面的中线、高程和开挖轮廓；符合要求后支立套拱支架模板、绑扎钢筋；将Φ133×4.5mm孔口管严格按管棚间距布置，焊接在套拱主筋上；灌注套拱砼；套拱强度达70%后，在孔口管内打孔，孔径比Φ108×6mm钢花管大20～30mm。首先打有孔钢花管，钢管孔采用梅花型布置，孔中心间距10cm，孔径10mm。注浆后再打无孔钢管，无孔钢管作为检查管，检查注浆质量。管棚导管大样如图5所示。
钢花管接头采用丝扣连接，连接长度15cm。编号为奇数的第一节管采用4m长钢管，编号偶数的第一节管用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管。钢花管内注入C20水泥砂浆，浆液扩散半径不小于0.5m，分段注浆。封堵塞有进料孔和出气孔，在出气孔流浆后，才停止注浆，注浆压力为初压0.5-1Mpa，终压2Mpa。管棚注浆施工工艺可流程及平面布置如图6所示。
3、施工中应注意的事项
（1）、钻孔时当出现卡钻、塌孔等情况，应注浆后再钻。如坍孔严重时，可加水泥浆或化学浆液护壁继续进行；如不能成孔时，可将钻头直接焊接在钢管前段钻进。也可直接将管棚钢管钻入，但开孔时应低速低压，成孔后可加压到1.0~1.5MPa。钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹沙层时，控制钻进速度，避免发生夹钻现象。
（2）、注浆过程中随时检查孔口、邻孔、河沟、覆盖较薄部位有无串浆现象，如发现串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵浆口，也可用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。
（3）、单液注水泥浆压力突然升高，可能发生堵管，应停机检查；双液注水泥与水玻璃浆如压力突然升高，则关停水玻璃泵或注清水，待泵压正常时，在进行双液注浆；水泥浆单液和水泥与水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短胶凝时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝结，但停留时间不能超过混合浆的胶凝时间，才能避免产生注浆不饱满。
（4）、注浆方式有前进式、后退式及全孔一次式等，可根据涌水量大小及注浆孔的深度选用。当钻孔遇有较大涌水时，应暂停钻孔，待再压装后，重复钻孔、注浆，这种注浆方式称为前进式注浆。当钻孔中涌水量较小时，则钻孔可直钻到设计深度，然后从孔底向孔口进行分段注浆，这种注浆方式称为后退式注浆。当钻孔直到孔底，然后一次注浆完毕，这种方式称为全孔一次注浆。一般在软弱地层中多采用分段前进式注浆。
（5）、注浆结束后应及时对注浆效果进行检查，通常采用分析法、检查孔法、声波监测法三种方法来对注浆效果进行鉴定，如注浆未能达到设计要求时，应补充孔再注浆。
综上所述，结合现场实测监控量测数据，古滑坡堆积层几乎没有位移，围岩变形量小，量测数据在设计规范要求范围以内，表明大管棚与工字钢拱架形成的环向支撑体能够有效地阻止古滑坡堆积层的滑移与坍塌，通过注浆将古滑坡堆积层中的松散结构固结了起来，提高了围岩自身的承载能力，成功进洞，为顺利的穿越崆峒隧道西口110m的浅埋区打下了坚实的基础。
崆峒隧道西口的工程实践再次证明，大管棚超前支护技术在软弱破碎围岩隧道的施工中，尤其是洞口段的施工中，具有广泛的应用价值和推广意义。
参考文献
[1]中华人名共和国行业标准.公路隧道施工技术规范(JTJ042—94).人民交通出版社，1994
[2]肖德成,许文学,张孝忠.北京地铁西单车站大管棚超前支护技术.铁道建筑技术，1994
[3]徐建军.采用大管棚超前支护技术处理青—莱高速公路毫山峪隧道塌方.探矿工程（岩土钻掘技术），2009
[4]周永兴、何兆益、皱毅松.路桥施工计算手册.人民交通出版社，2001