一種隧道洞口軟弱圍巖段超長管棚施工方法與流程

本發明涉及一種針對多雨地區山嶺地段隧道洞口長軟弱段進行超長管棚超前支護的施工方法，具體涉及山嶺隧道軟弱圍巖、軟硬不勻、有水圍巖﹙ⅴ、ⅵ級圍巖﹚等地質條件特別復雜的隧道洞口進行超長管棚超前支護的施工方法。

背景技術：

在我國高速鐵路隧道工程洞口施工中，管棚作為進洞的超前支護，已十分常見，施工方法也非常成熟，常見的是采用引孔頂入法施工和跟管鉆進法施工兩種。管棚工作原理主要有兩個：一個梁式結構，通過洞口導向墻及洞內巖層形成一個簡支梁；第二個通過注漿，固結鋼管周邊的圍巖，鋼管與周邊圍巖共同形成“成拱效應”；二者構成環繞隧洞輪廓的殼狀結構，從而有效抑制圍巖松動和垮塌。而常規的施工工藝雖然設置了洞口導向管，但由于地質不勻，管棚在引孔或鉆進過程的經常發生偏孔現象，且在施做過程中檢查手段有限，無法掌握管棚鉆進過程的軌跡，無法有效地達到最終的對隧道開挖周邊進行注漿固結的目的，經常在開挖后發現管棚尾部掉到開挖輪廓線內的現象，所以常規工法的管棚一般都控制在30～40m以內，施工進度比較慢，施工精度也較低。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提供一種隧道洞口軟弱圍巖段超長管棚施工方法，采用超長管棚跟管技術，即一次性管棚成形100m,采用導向技術確保了管棚施工的精度，而鉆進過程對地質記錄，為隧道開挖提供了參考，有效的超前支護為隧道開挖提供了技術保障。

本發明的技術方案是：一種隧道洞口軟弱圍巖段超長管棚施工方法及其步驟為：步驟一、施工準備；步驟二、測量放線；步驟三、導向墻施工；步驟四、掌子面及邊、仰坡表面封裝；步驟五、鉆機就位；步驟六、鉆進；步驟七、退鉆具；步驟八、注漿；步驟九、封孔。

所述步驟三、導向墻施工中，首先進行導向墻內拱架安裝；其次進行預埋導向管，導向管與拱架焊接牢固；最后進行導向墻立模，澆筑混凝土。

所述步驟四中，采用噴射混凝土封裝，厚度≥15cm。

所述步驟六中，（1）鉆桿加工：桿體6m一節，一端車內絲口、一端車外絲口，連接時局部進行焊接加強；（2）鉆桿與鉆機連接：鉆桿第一節前方焊接一個偏心鉆頭，桿體后方與鉆具螺紋連接；（3）糾偏:首節桿體內安裝有導向儀裝置，它包含有鉆頭位置的定位器，定位器放置在鋼板上，兩側采用鋼管固定，定位器通過線纜與顯示器相連，導向儀裝置通過變頻設備與外界電源相連；在鉆進過程,鉆頭鋼管內的定位器將鉆進的情況通過線纜傳至顯示器上，作業人員根據顯示器反饋的桿體鉆進偏位情況及時進行糾偏，同時隨著鉆進長度和土層地質情況，通過人工操作鉆機調整動力，確保鉆機深度和位置，直至達到要求的深度和位置；（4）記錄地質情況：鉆進過程中，根據巖屑情況，及時記錄前方地質情況。

所述步驟八中，管棚注漿順序遵循“先兩側后中間、由稀到濃”的原則；注漿過程采用量控與壓控雙重標準。

本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、鉆進過程精準，無偏孔、坍孔現象，成孔效率高，適應于地質條件復雜，土質松散的砂層、粘土層等；

2、施作過程動力輸出均勻，對地質的干擾少；

3、鉆孔過程用水量少，土層中鉆進采用高壓空氣作為動力強制鉆進（干鉆），巖層中控制用水，對碎石土、粘土層類土層、砂土層尤為適宜；

4、成孔速度快，工效高；

5、長管棚一端進入基巖，一端為洞口導向墻，兩端均為固定端，可以有效控制起到簡支梁效應，對控制洞口段開挖變形作用明顯；

6、超長管棚可以有效地探明前方地層情況，為后續隧道開挖提供參考。

附圖及說明

圖1一種隧道洞口軟弱圍巖段超長管棚施工方法工藝流程圖；

圖2導向儀裝置工作原理示意圖；

圖3導向墻立模示意圖；

圖4孔口管施工鉆孔示意圖。

具體實施方式

本發明具體實施方式：

實施例1：一種隧道洞口軟弱圍巖段超長管棚施工方法，其詳細的施工工藝流程見附圖1所示：

（1）施工準備：根據鉆機高度和需要的縱向長度確定開挖平臺的高度和寬度，由原地面自上而下挖臺階，當挖至要求的高度和寬度后，對兩側的邊坡及仰坡進行放坡，同時兩側設置臨時水溝；開挖方法采用機械開挖，人工配工，挖機清碴；

（2）測量放線：根據設計文件要求，采用全站儀放樣出隧道中線、標高，并復核準確；根據復核正確的隧道中心線坐標和高程，在現場標識出導向墻開挖范圍及標高；

（3）導向墻9施工：

導向墻9內拱架安裝：導向墻9位置開挖到位后，首先對導向墻9基礎進行承載力試驗，如導向墻9基礎承載力不足，需進行加固處理，基礎合格后，于導向墻9內設置3榀i20b工字鋼，每榀鋼架按3個單元設置，拱架接頭禁止設置在拱頂位置；

預埋導向管：通過測量放線，確定管棚開孔位置，并用十字標識，導向管采用φ127×6mm鋼管，導向管與拱架焊接牢固，導向管角度嚴格按設計要求控制；

導向墻9立模，澆筑混凝土：導向墻9模板之前通過螺栓連接；為確保導向墻9內模圓順，導向墻9端頭模板采用5cm厚木板安裝，木板間連接采用加背撐方式進行加固，木模板與鋼模板之間采用扒釘或鋼釘連接牢固。模板與混凝土接觸面涂刷脫模劑；模板安裝并檢查合格后，澆筑導向墻9混凝土，澆筑過程需要嚴格控制原材料質量、加強混凝土的拌合質量，澆筑過程搗固密實，混凝土統一由拌和站集中供應，澆注順序從拱腳兩側對稱澆注，直至拱頂；混凝土澆筑完成后，即開始進行養護，養護期7天，同時強度達到70%后，開始拆除非承重結構及外模，強度達到100%后，即拆除內模及其它模板；按照順序對孔口管進行編號。（見附圖4）

（4）掌子面及邊、仰坡表面封裝：為了防止注漿過程，洞口冒漿；噴射c25混凝土封閉，厚度15cm；

（5）鉆機就位：鉆機采用履帶式鉆機，根據測量放線的位置，調整鉆機位置；采用從高向低、先奇數孔后偶數孔的原則；

（6）鉆進：

a鉆桿加工：桿體由鋼筋加工廠統一進行加工，材料為φ108*6mm管棚材料，按6m一節，一端車內絲口、一端車外絲口，絲口深度為3mm,長度8cm，連接時局部進行焊接加強；

b鉆桿與鉆機連接：鉆桿第一節前方焊接一個偏心鉆頭；焊接牢固，該鉆頭為一次使用；桿體后方與鉆具螺紋連接；

c糾偏:首節桿體內安裝有導向儀裝置，它包含有鉆頭位置的定位器3，定位器3放置在鋼板1上，兩側采用鋼管2固定，定位器3與洞外采用細鋼絲繩相連，導向儀裝置通過變頻設備6與外界電源7相連；在鉆進過程,鉆頭鋼管內的定位器3將鉆進的情況反映至顯示器5上，作業人員根據顯示器5反饋的桿體鉆進偏位情況及時進行糾偏，同時隨著鉆進長度和土層地質情況，調整動力，確保鉆機深度和位置，直至達到要求的深度和位置；施做時傳感器可以發出信號，顯示器5接收到信號后會顯示出鉆頭此時離洞口的深度、高差及鉆桿與就位水平線的夾角，將導向儀裝置接收到的數據與理論數據進行對比，如顯示高差h偏大，則需調整鉆頭方向朝下；夾角α用于控制水平方向，α值應≤1，α>1時則將鉆頭反方向“頂”進糾偏；若h和α值都在允許范圍內，則沿著就位線水平前進，直到施做完畢。

d記錄地質情況：鉆進過程中，根據巖屑情況，及時記錄前方地質情況。

（7）退鉆具：鉆進至設計位置后，松開鉆桿與鉆具之間的螺紋連接，桿頭安裝止漿閥；

（8）注漿

a注漿順序

管棚注漿順序遵循“先兩側后中間、由稀到濃”的原則。注漿施工由兩端開始施工，向隧道拱頂方向推進，開始時注漿的漿液濃度要低一些，逐漸加濃至設計濃度。

b漿液拌制

按照調配好的配合比進行制漿，漿液的拌制均勻，具有良好的流動性和粘稠度。注漿過程攪拌工作不能停止，一直至注漿完畢為止。

c注漿壓力與注漿量控制

注漿過程采用量控與壓控雙重標準，注漿時應徐徐加壓，達到壓力后，穩壓后，漿液有時會從封口處均勻溢出，有時也會從周圍的巖隙裂縫處溢出，表示已注滿。注漿完畢后，應把注漿量與理論數值相比較，當注漿量小于理論數值時較多時，說明管內可能未注滿，此時應停止注漿查明原因后再進行壓注。

d注漿結束標準

注漿過程中只要滿足以下三個條件之一，即可認為單孔注漿達到設計的要求并可結束注漿。第一，注漿壓力逐步升高，達到設計終壓(一般為1.0～2.0mpa)穩定10min；第二，注漿量不小于設計注漿量的80%；第三，進漿速度為開始進漿速度的1/4。

(9)封孔

注漿完成后，及時進行封孔，防止漿液外流，最終形成固定穩定的拱圈（見圖4），確保隧道開挖過程中穩定能力，減少隧道在施工過程中的變形風險。