¨ 蝮童堡 中国高新技术企业 超前预支护技术在堆积体偏压大跨隧道中的 实旋及效果评价 ◆文／王来发 【摘要】 本文阐述了终南山特长公路隧道东线北１２＂堆积体段超前大管棚的施工，通过监控量测并对其结果 堆积体大跨隧道实施效果评价 注浆参数：注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，水泥水灰比：Ｏ．６：１～ ３５Ｂｅ。。 ¨¨…Ｌｍ 进行分析．总结了超前预支护技术在通过软弱围岩时的作用。 【关键词】超前预支护１、前言 随着科学技术的发展．现代隧道施工技术也得到突飞猛进的发 １：１．水泥：水玻璃浆＝１：０．５．注浆压力：Ｏ．５～１．０ＮＰａ。水玻璃浓度： 展．新奥法作为一种先进的施工方法已被广泛应用。但要安全顺利 通过软弱围岩段，就必然要增加一些辅助施工措施，比如超前支护 就是一种较为成功的方法。超前支护通过注浆、打入钢管等措施加 固前方围岩，防止出现坍塌，其作用效果是明显的。 ２、工程简介 Ⅲ 大管棚布置图 型钢钢架支撑布置图 隧道北口段５６ｍ位于浅埋偏压地段地段，为第四纪（Ｑ４ｃ）坡积层 与强风化基岩接触地带。该段埋深浅。大小孤石直径从２０ｅｍ至５．０ｍ 不等。错落排列，岩堆内部为较大的碎石、块石错乱叠置而成，细颗 粒的泥砂较少，碎屑物之间没有胶结，结构松散，围岩稳定性极差。 坡面为松散岩块自然堆积坡，坡面孤石众多，杂草灌木丛生。 ３、问题的提出及方案讨论 设计院提供的施工方案为：在Ｋ６５＋１１２处设置一道斜井．从斜 井向两端同时施工，进口段堆积体采用从内到外（围岩由好变坏）的 方法施工，采用４２ｍｍ小导管超前预支护。但考虑到： １、由内向外开挖，能够保证堆积体段洞身支护的稳定。但对洞 口仰坡安全无保障； ２、该隧道合同要求开挖工期仅为１３个月．进口与横洞如不能 尽早贯通，将对后续工程带来影响； ３、洞口段３０６ｍ的提前贯通，可以改善特长隧道的通风排水条 件： Ｌ Ｉ 钢筋茏加工图 综合以上各条．采用由内向外单向开挖方式对通过该堆积体存 在诸多弊端。结合其它隧道施工经验。认为较为合适的施工方法是 采用大管棚超前注浆，先对洞口段堆积体进行固结处理。再进行开 挖可以有效地保证洞口仰坡安全和满足工期等各方面要求。并且采 用大管棚支护存在以下优点： １、堆积体方量很大，而且存在偏压现象，大管棚洼浆能有效地 阻止堆积体岩体滑移，并能防止岩体偏压对隧道的影响。 ２、管棚注浆能有效地防止洞口仰坡面失稳，并对松散岩体有 固结作用。 ５、方案实施 ５．１施工准备 ５．１．１坡面处理 管棚钢管加工图 图１大管棚支护设计围 １）坡面如果能达到自稳要求，并且对下部施工不造成重大安 全隐患的尽量不刷坡。采用加固措施进行防护。 ２）钻孔前将坡面杂草、危石清除干净。 ３）按设计要求锚一网一喷护坡，喷砼厚度１５ｅｍ，锚杆长度 ３．０ｍ，间距１．Ｏ×１．０ｍ成梅花型布置；‘ｐ８ｎｕｎ钢筋网满铺坡面，网格间 距２０×２０ｃｍ。 ３、在大管棚内加人钢筋笼并注浆后，管棚支护具有刚度大，结 构强度高，所形成的承载拱承载能力强的优点。其一次支护长度大， 可以减少超前支护的次数．缩短施工时间。 ４、采用管棚支护可根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。 ４、方案设计 ４）必要时在坡面设重型轨排防护，防止坡面局部危石失稳。 大管栅采用 １０８，壁厚５ｍｍ的无缝钢管．布置在拱顶１８０。范 围内，管栅环向间距为３０ｅｒａ，距开挖轮廓线３０ｅｒａ，外插角３～５。。钢 管上梅花形钻注浆孔，孔径ｌＯｍｍ，孔间距５０ｅｍ，前端做成尖锥型，尾 ５）坡面有大孤石时，先在孤石周围注浆固结周边砂石，待注浆 达到设计强度时再将孤石清除。 ５．１．２人员准备 管棚施作必须具备以下人员（按三班计算） 部２ｍ范围内不钻孔作为止浆段。为加强管棚刚度。在钢管内放人 ３中１４钢筋笼。 钻孔 钢筋笼制安 １５人，台钻 ３人 一２４ｇ一 ¨ 篁里 中电捕杖术企土 钢管加工 ３人 注浆工 ６人 搅拌浆液人员 ８人 修理工 ２人 电工 ３人 机械设备 ５．１．３管棚施作需用机械设备（见表１） 裹１机械设备配备 图３管棚钢管安装示意图 机械名释 规椿 单位 数量 备注 ３）钢管和钢筋笼应在场外先行预制加工，到施工场地后再接 长。 水平钻机 Ｚ １５０ ３ 钻眼长度大于１Ｏ０米 ４）钢管逐节顶入，采用丝扣连接，保证钢管问的连接强度；钢 注装机 ＢＷ．２５０ ３ 管安装到位后．再将钢筋笼放入钢管内，钢筋笼采用焊接连接，焊接 电焊机 ２ 长度满足规范要求。 台式钻机 台 １ ５）及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实，在钢管外露端焊上 砂浆搅样机 ２ 法兰盘．并检查焊接强度和密实度。 ５．５管棚注浆 ５．２管棚施工工艺流程（见图２） １）注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆试验，确 定合理的注浆参数．据以施工。 ２） 注浆采用水泥一水玻璃利用三通管同时注入，水泥浆必须拌 制均匀，并按比例与水玻璃浆液注入。 ３１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．如发现串浆现象，立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵 串浆口。也可采用麻纱、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。 ４）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，进行单 液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆；水泥浆单液和水 泥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，缩短凝胶时间．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 能超过混合浆的凝胶时间，才能避免产生注浆不饱满； ５）注浆压力达到１．０Ｍｐａ，并持续稳定５ｒａｉｎ以上，可停止注浆， 并及时封堵注浆口。 图２管棚施工工艺流程图 ５．６注浆效果检查 ５．３测定孔位及钻孔 １）注浆终孔压力达到１．０Ｍｐａ，持续稳定５ｒａｉｎ以上，视为该注 ５．３．１孔位测定 浆孔已满足要求。 钻孔前按五寸台画出管棚位置轮廓线（按开挖轮廓线放大 ２１注浆完毕用铁锤敲击钢管，如响声清脆，则说明浆液未填充 ３０ｃｍ），按 Ｌ间距定出孔位，并能满足和设计要求，如开始位置在软 满钢管．需采取补注或重注；如响声低哑，则说明浆液已填充满钢 弱带或夹泥砂带时，可适当变动孔位，但范围不能超过３０ｃｍ；钻孔面 管。 必须按要求先喷一层素砼作为止浆墙，并确保钻孔面不出现坍塌。 ３、开挖后及时观察岩壁面。钢管周围２０ｃｍ范围岩隙应被基本 ５．３．２钻孔 填密实．并作好记录。 １１钻孔前先检查钻机各部位运转是否正常，对非正常部位进行 ６、堆积体段开挖支护情况简介 更换．检查水压能否达到施工要求：钻孔时必须按设计位置开钻，如 共施工大管棚６３根．由于堆积体软硬变化频繁，地质钻机在钻 设计位置开钻困难时，采取辅助措施； 进过程中困难极大．经常出现卡钻、掉钻头现象，原定５６ｍ一次钻进 ２１钻孔根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进，当钻至砂层易 方案不能完成。根据现场情况，采取只在前２０ｍ（Ｋ６４＋７９６～Ｋ６４＋８１６） 坍孔时．应加泥浆护壁方可继续钻进；如坍 Ｌ较严重时，可加水泥浆 用大管棚支护，并在洞Ｖｌ段做了２ｍ长的棚洞，防止仰坡脚溜坍；后 或化学浆液护壁继续进行：如不能成孔时，可加套筒或将钻头直接 ３６ｍ（Ｋ６４＋８１６～Ｋ６４＋８５２）按设计要求用注浆小导管进行超前支护。 焊在钢管前端钻进。 超前小导管采用外径４２ｍｍ，壁厚３．５ｍｍ无缝钢管，长３ｍ，全部为花 ３）钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹沙层时，控制 管。为便于打人．前段做成尖锥型．管壁每隔１５ｅｒａ交错梅花形钻眼， 钻进速度，避免夹钻现象。 眼径８ｍｍ：超前小导管间距为：纵向２．０ｍ，搭接长度不小于１．０ｍ，环 ４）为避免钻杆太长钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易 向０．３ｍ，进洞位置内外两环，环间距０．３ｍ，梅花形布置，钢管外插角 控制等现象，开钻上挑角度就控制在３。～５。之间，并随时检查角度值 约５Ｏ。为加强小导管刚度，在小导管内插２２ｍｍ螺纹钢。 和钻进方向。 洞身开挖采用上下断面分部开挖法。初期支护参数：Ｉ１６工字钢 ５．４安设管棚、钢筋茏 架３榀／２ｍ，纵向连接筋１．０根，ｍ（环向），Ｃ２５喷射砼厚度２０ｅｒａ， １）钻孔好后及时安设管棚钢管，避免出现坍孔。 ２２ｍｍ锚杆：１．０×１．０ｍ（纵向×环向，梅花形布置），ｑｂ８钢筋网网格尺 ２）钢管安装困难时，可用卷扬机反压顶入（见图３）或用其它方 寸２０ｘ２０ｃｍ。该段５６ｍ从２００２年４月２１日开始施工，２００２年７月５ 式将钢管顶至设计位置。 日贯通．未出现任何安全质量事故。 一２５ｏ一 ¨蠹 蝮堑望 中国右新技术企业 ７、效果评价 本隧道监控量测实施及研究课题由长安大学（原西安公路学 ，一 院）及铁道部西南研究所负责组织，根据合同要求，隧道净空收敛和 地表量测采用自测的方法，对５６ｍ堆积体段做了净空收敛量测、围 岩压力监测、喷砼应力监测、钢架应力监测、锚杆受力监测、地表位 移量测共六个项目，着重对净空收敛在不同超前支护位置变形情况 ／ ／ ／ ／ ／ 一 ．・ 描述如下： 分别在Ｋ６４＋８１０（管棚支护位置）、Ｋ６４＋８１６（管棚与小导管交 界处）、Ｋ６４＋８２５（小导管支护处）墙中埋设了三条收敛基线，从量测 ｆ ５，ｅｌ ２０日 ６月８日 ６月１８日 －６月２８日 ｊ ７月８目 ；—７月１Ｂ日 ｉ ７月２８日 ８月７日 ！Ｋ６４＋８１６ —情况来看：埋设初期三条曲线收敛增长较缓，下台阶开挖时收敛变 形急剧增长，然后趋于稳定；而三条曲线增长速率表现为：Ｋ６４＋８１０ 基线变化较为缓慢，Ｋ６４＋８１６基线次之，Ｋ６４＋８２５基线变化较快，充 分说明了超前支护对防止围岩恶化，控制隧道变形作用是显著的， 并且采用管棚支护效果明显好于小导管支护，特别是下断面开挖 时，大管棚预支护段变形速率较慢。三条曲线变形分析及时态变化 ．．， —— ／－ ， ， ， ， ／ 曲线见表２和图４。 表２净空收敛监测变形分析 里程 Ｋ６４＋８１０ Ｋ６４＋８１６ Ｋ６４＋８２５ ｍｍ ／， 缓慢增长骱段速率 （ｍｍ／ｄ） ０ ２５ ０ ３６ ０．８３ 急剧增长阶段速率 （ｍｍ／ｄ） １ ３３ １ ６５ ２＿１６ ．基本穗定速率 （ｍｍ／ｄ） ０ ０３ ０ ０５ ０．０８ ． 图４各断面净空收敛曲线 ～如 他 幢 。 。 ８、总结及体会 利用大管棚和超前小导管作为穿越堆积体段的超前支护，其成 功之处在于：通过注浆将松散的堆积体固结起来．利用大管棚和小 导管纵向刚度预支护围岩，注浆体与管棚和小导管连成一个整体而 受力．在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体，有效地阻止了 ，， ２４ １８ １ ２ — 松散体出现坍塌。 超前预支护技术在西康公路终南山隧道东线北口的成功应用． ， —●＿ ＿一 ，， 是新奥法与其他辅助施工方法的完美结合，特别是监控量测工作的 开展．通过对隧道结构定性定量的分析，起到预测和反馈的目的，为 施工提供重要的安全信息 一 ５月１４日 ５月２４日 ６月３日 ６月１ ３日 Ｉ ６月２３日 Ｉ ７月３日 ｊ ７月１３日 ７月２３日 （作者单位系中交第四公路工程局有限公司） ｆ上接２４３页１ 筋分４个步骤进行验算：１）牛腿的截面内力。求出截面内力后对各 （２）活载内力计算。作用在粱桥上的活载有汽车荷载、平板挂车 种危险截面进行强度校核：２）竖截面验算。按偏心受压杆件验算抗 荷载及人群荷载。碇、挂梁均采用全预应力混凝土结构，在内力影响 弯和抗剪强度或按受弯杆件验算强度：３）最弱斜截面验算。求得最 线上按最不利的荷载位置布置活载．由此求得截面的控制内力值。 弱斜截面位置后，按偏心受拉构件验算此斜截面的强度；４）４５。斜截 碇、挂梁内力的横向分配计算按荷载比拟正交异性板法ｆＧ—Ｍ法）分 面的抗拉验算。 别进行计算。 雀幕大桥结构内力计算是以边孔采用单悬臂，中孔采用简支挂 元截面进行编号，然后进行项目原始数据输入。输入的数据信息有： 段信息。按全预应力构件对全桥结构安全性进行验算，计算的内容 包括预应力、收缩徐变及活载计算。桥台处滑动设支座，桥墩处设固 定支座．碇梁与挂梁间存在主从约束．挂梁一端设置固定支座，另一 端设滑动支座。雀幕大桥牛腿计算是对预先设计好的牛腿尺寸和配 （作者单位系１安吉县交通设计室 ２浙江交工路桥建设有限公司 ３湖州市交通工程处） ３结语 目前来看。单悬臂Ｔ梁在桥梁设计中的应用日益广泛．主要是因 着桥梁建设事业的成熟发展．单悬臂Ｔ梁在桥梁设计中的应用会更 梁作为结构的计算模式Ｊ。将桥梁纵向划分为多个单元，并对每个单 为单悬臂Ｔ梁有着很多粱无法比拟的优点，因此，在不久的将来，随 项目总体信息、单元特征信息、预应力钢束信息、施工阶段和使用阶 加成熟。 ——２５１——