40 m长大管棚超前支护的施工技术
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367 m、405 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〖〗MK5型〖〗钻杆外径80 mm24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10 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∶05；水泥浆水灰比1∶1；水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数24。
(3)采用KBY50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0 5 MPa～10 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15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47 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°～15°，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。
