谈高速公路隧道管棚施工技术

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了谈高速公路隧道管棚施工技术范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：文中分析了在隧道高速公路中使用高强度管棚施工的工艺特点和原理，阐述其施工工艺流程及操作要点，得出此技术成功解决了围岩塌方、山体冒顶、洞身结构裂缝、变形沉降等施工难题，提供了适应在欧洲地区软弱围岩隧道超前支护施工的先例。

关键词：公路隧道；管棚；施工技术

1前言

北马其顿Kicevo-Ohrid高速公路项目是“中国-中东欧援助100亿美元计划”中的首批落地项目，同时也是“一带一路”建设在巴尔干地区的重要项目。另外，北马其顿Kicevo-Ohrid高速公路项目作为泛欧8号走廊的一部分，乃是中马合作共赢的成果，是中马友谊的见证，体现了中马两国的战略合作，为进一步开拓北马其顿市场乃至欧洲市场奠定了良好的基础。项目建成将有助于增强国家经济竞争力，增加投资吸引力，并促进区域均衡发展。不仅改善北马其顿境内交通状况，更重要的是，将缩短同邻国和欧盟成员国之间的交通时间，提高交通安全与质量水平，更好地与欧盟紧密相连。本项目中的“Presrka”隧道穿越山体覆盖层及全风化岩体厚度较大，穿越石墨片岩，绢云母片岩，石灰岩及石灰岩溶洞，穿越4个断层带。同时，山体强风化石墨片岩为IV类长3585.5m，占比重89.3%，薄层碎片、遇水化泥，岩石质量指标RQD均小于25%，岩石强度小于4MPa，粘聚力低，节理和裂隙产状与隧洞轴线0夹角在30~45°之间属非常不利条件，地下水洞内在雨季一般呈滴状，部分位置形成连续水流，对初支施工质量及安全要求高，施工难度大，防塌方及岩体冒顶之险，控制变形沉降，缩短初期支护与二衬之间施工时间，在以往类似工程中，可以借鉴的成熟施工经验较少，并且是在欧洲地区遇上复杂地形的隧道工程特少。中国水利水电第七工程局有限公司通过对北马其顿Kicevo-Ohrid高速公路项目“Presrka”隧道工程使用高强度的管棚、钢拱架、型钢支护、控制变形量、尽早封闭的施工实践，成功解决了围岩塌方、山体冒顶、洞身结构裂缝、变形沉降等施工安全难题。研究实施了“Presrka”隧道工程管棚施工的新工艺，建立了规范化程序施工方法，其施工简便、快捷，容易控制，提高了工作效率，有效地加快了施工进度，提高了施工质量，取得了明显的经济效益和社会效益。

2施工工艺特点

“Presrka”隧道工程施工方法与国内类似的隧道施工方法相比，其基本要点纳点可归纳以下几点：（1）采用Akula9000地质超前预报，对岩层进行监控，掌握岩层结构情况指导施工。（2）由于地质条件恶劣，超前小导管无法起到稳定隧道开挖面的效果，必须在开挖过程中采用Φ114.3mm壁厚σ=6.3mm管棚对开挖结构面进行超前支护和灌浆固壁，提高围岩土体强度，提高开挖线拱部岩体承载力，加固隧道围岩，减少岩层掉块、塌方及岩体裂缝等情况，确保隧道施工安全；同时，在进行隧道防水工程施工前，前对管棚伞状空间进行处理。（3）进行了合理的扩挖，形成“管棚室”。（4）采用跟管钻进，成孔和安装钢管同步进行，包括采用抛弃式钻头和管杆一体的管棚管具。

3适用范围

适用于各种地质条件下的隧道初支工作，在围岩条件特别差的情况下优势尤为明显。

4施工工艺原理

在隧道开挖过程中，遇到软弱围岩时往往需要进行超前支护，在围岩应力来得快，来得强的情况下还需要进行大管棚支护。而此时围岩呈现出自稳能力差，粘聚力小的特点，在遇到地下水时情况更为恶劣，在这样的围岩中安装大管棚，最大的困难在于成孔后，避免塌孔、缩孔，成功将管棚管具安装到完成的钻孔中。本施工工艺采用的跟管钻进技术，采用了刚度合适的管材作为管棚管具使之能够作为钻进工作的钻杆使用，刚度足够抵抗钻进过程中扭矩带来的剪应力；在管具端头是可抛式钻头，钻头在管具传递来的钻进驱动力下切削岩层。在初支作业完成后，防水工程实施之前，对管棚室进行处理，达到防水工程要求的平整度。

5施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

超前地质预报→扩挖形成管棚室→管棚室支护→钻机就位→钻进成孔→反转钻铤并倒车退出→管棚注浆→完成全部管棚注浆→管棚室回填处理

5.2操作要点

5.2.1地质雷达仪地质预报地质雷达探测属于电磁波反射法，通常是采用38-75-150MHz的变频天线地质雷达和配件软件。选用SIR3000型地质雷达，100MHz的低频天线，通过无线电波检测隧道前方和周边介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其岩层内部结构形态或位置。根据探测信号判断前方是否存在：破碎带，含水层，溶洞等等。

5.2.2管棚施工（1）管棚室开挖支护根据设备特点，开挖管棚室，并按照相应的初支设计进行支护。一般开挖采用三台阶开挖法，上台阶为5.5m，下台阶为2.3m，仰拱为2.2m，为了满足管棚施工条件首先需要完成上台阶开挖，为管棚施工提供可操作空间。开挖工作采用挖掘机带液压破碎锤进行，装载机配合自卸汽车出渣，洞渣运输至弃渣场堆存。（2）测量放样采用全站仪等按设计施工图对管棚孔孔位及方位进行测量放样，并用红油漆做好标识，放样完成后测量工程师根据测量数据对现场人员进行交底，并做好记录。（3）钻孔和管棚安装①多臂钻调试检查完好、运行正常后，就位施工工作面。②在多臂钻臂上安装3m长的钻进管，根据放样标识点位的编号进行钻进。③开钻的管棚钻进管的外插角度为2~4°。④当钻进管钻进掌子面约2.6m后，多臂钻钻头退出钻进管，安装跟管，多臂钻进行套丝紧固连接钻进管与跟管，跟管钻进施工。⑤重复第④步骤钻进余下的3根跟管，即完成单根管棚的施工。⑥重复②~⑤步骤施工余下的38根管棚，即完成该部位的掌子面的管棚施工。⑦管棚施工顺序为：首先单臂施工顶部5根管棚；完成顶部管棚时，启动双臂同时施作，以中轴线为中心，分别以两侧从高位孔向低位孔逐步推进。⑧钻机开钻时，保持低速低压，待成孔10cm后可根据地质情况逐渐调整钻速，同时根据钻机仪表的变化调整施工角度，及时纠偏。⑨钻进过程中经常测定其位置，确保动力器、扶正器、合金钻头按管棚钻头同心圆推进。由于采用了扩孔器，所以能够实施岩石中的跟管钻进，解决了破碎岩层水平钻孔塌孔等成孔难的问题。另外，发明了链锁式管棚丝扣紧固工具（专利号ZL201620699078.1），大大减少了跟管作业用时。（4）掌子面封闭开挖面开挖面封闭采用湿喷混凝土方式，形成止浆墙，防止浆液回流影响注浆效果。喷射砼的强度为MB30，根据隧道围岩RMR值决定封闭厚度，RMR值低于25时，封闭厚度10cm，RMR值＞25时，封闭厚度5cm。（5）注浆及封孔①完成管棚施工后，焊接管棚尾部的注浆管。②向开挖掌子面及孔口管周围喷射10cmMB30混凝土进行封闭，以防注浆时岩面漏浆。③连接注浆机进行注浆，注浆材料采用1:1~0.5：1水泥浆液，注浆压力0.5~2MPa。④注浆浆液由稀到浓，在注浆过程中若注浆量超过钻孔圆柱体的1.5倍时，未达到压力要求，将调整浆液浓度继续注浆。注浆压力初压0.5~1.0MPa，终压2MPa。⑤注浆时，发现支护变形或损坏，应立即停止注浆，并及时清洗注浆管路，当出现窜浆时，要及时堵塞窜浆孔。⑥完成管棚注浆后，对管棚尾部的注浆管进行封堵。（6）管棚室处理根据防水工程要求的平整度，对管棚室进行处理，根据现场情况，挂不同层数金属网片，喷同标号混凝土。

6效益分析

本施工方法是应对软弱围岩的一种超前支护施工措施，解决了变形来得快，成孔困难的条件下大管棚的施工。由于历史，社会等因素，造成欧洲现代隧道在设计和施工措施上与我国略有不同，为适应欧洲市场，必须采取本施工工艺。为提高功效，保证施工质量，发明了“管棚施工中用于管棚丝口连接的施工工具”、“钢筋网片弯曲装置”，以及管棚跟管钻进用的扩孔器。

6.1经济效益

本施工技术理论及工艺在北马其顿KO项目的隧道工程中进行了运用，在超前管棚施工作业中，由于采用了更先进的工器具，提高了作业效率，节约工时1548台班（管棚施工2835.3延米，作业258次，每次节约6个台班，每个台班配置4名工人，一台多臂钻），加快了施工进度，经济效益显著，具有较强的推广价值，直接创造经济效益约一百万欧元。

6.2社会效益

以本施工方法实施隧道工程，提供了一种适应在欧洲地区软弱围岩中的隧道管棚施工，切合欧洲隧道设计理念，符合欧洲隧道施工标准和要求的工艺及其施工流程，是一种经济合理，而且安全的施工工艺，可广泛应用于欧洲交通隧洞工程，具有广泛的推广运用价值。

作者：王勇 单位：中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司