韩 利 民
(山西路桥集团国际交通建设工程有限公司，山西 太原 030006)
谈盖挖法辅助隧道大管棚进洞施工技术
韩 利 民
(山西路桥集团国际交通建设工程有限公司，山西 太原 030006)
针对米化梁隧道右线洞口段埋深浅、地质软弱、易坍塌的特点，提出采用盖挖法辅助隧道大管棚进洞施工的方法，有效发挥了管棚超前支护作用，为安全进洞提供有力保障，增加隧道的恒久稳固性，具有显著的经济效益和社会效益。
盖挖法，辅助，大管棚，浅埋，隧道，进洞
1 概述
在我国高速公路建设日益发展的时代,山区隧道施工进洞时经常会遇到洞口埋深较浅、地层软弱等不良地质现象。对于原生植被较好的浅埋地段、软弱地层,采用盖挖法辅助大管棚施工进洞,坚持了“不破坏就是最大的保护”的原则,实现了公路建设发展与自然环境保护共存；同时对于隧道洞口地质条件较差，进洞塌方现象时有发生，对隧道施工带来安全隐患，所以通过实践证明，合理采用盖挖法配合大管棚施工有效降低了施工安全风险。
2 特点
1)适用性。盖挖法辅助大管棚施工能有效解决：开挖断面大，隧道拱部处在砂层或软弱土层，遇水易软化，围岩类别为Ⅳ类以下；施工现场和运输条件差，施工难度大，占用场地少，工期短的隧道洞口施工。
2)风险小。地面干扰小，安全系数高，降低施工风险。
3)有效解决防排水问题，攻克跨雨季施工难题。
3 适用范围
1)适用于隧道软弱地质围岩，浅埋地层施工。
2)进出洞口覆盖层较浅段的隧道施工。
4 工艺原理
当隧道进洞洞口覆盖土层较薄或边仰坡开挖边坡坡率过陡时，为了防止洞口开挖后洞顶土体应力快速释放、土体变形较大乃至造成洞口坍塌，首先在洞顶土体上施作与隧道衬砌拱部弧度相近的混凝土盖子，以保证隧道管棚施工时洞顶土体的稳定；然后进行超前大管棚施工；最后在盖子上部结合原地面顺坡回填碎石土、表层种植土，以保证隧道洞口施工的科学性、安全性和可靠性。
5 工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程
盖挖法辅助大管棚施工的工艺流程是：
洞口边仰坡土方开挖→盖挖法施工→超前大管棚施工→暗洞进洞。
1)盖挖法施工流程。
洞口边仰坡开挖→洞口边仰坡喷锚支护→拱部预留核心土开挖→护拱条形混凝土基础→盖挖绑扎钢筋→支模板→模板检验→浇筑钢筋混凝土(模板检验合格后)→洒水养护→护拱上部开挖(混凝土达到设计强度后)。
2)超前管棚施工工艺流程见图1。
5.2 操作要点
盖挖法施工是先留核心土开挖临时边坡至拱脚设计高程处，在明挖基槽内先施作套拱条形混凝土基础，再按隧道衬砌拱部弧度浇筑钢筋混凝土套拱至拱脚处，当混凝土套拱(盖子)达到设计强度后，然后进行超前大管棚的施工。
采用盖挖法施工可以有效的保护超前大管棚，使超前管棚发挥其超前支护作用。在洞口浅埋段和软弱地层段的最大施工控制重点是隧道进洞过程中防坍塌问题，同时保护好自然生态环境。
1)施工前先行施作洞顶截水沟，按设计坡率开挖边仰坡，从上而下开挖，防护工作紧紧跟随开挖工作，并且对山体的稳定状况进行实时监测。将边仰坡上存在的浮石、孤石等予以清除，同时要将坡面凹凸不平部位进行适当的修整。
2)盖挖法施工顺序。
边仰坡开挖→边仰坡喷锚支护→盖挖绑扎钢筋→支模板→模板检验→浇筑钢筋混凝土→洒水养护→盖顶回填。盖挖法采用整体开挖，边坡随挖随支护，支护参数为：底部采用0.6 m厚的C25钢筋混凝土，主筋为Φ22带肋钢筋，箍筋为Φ16带肋钢筋，勾筋为Φ8光圆钢筋，采用双层钢筋布设，环向间距与纵向间距均为20 cm，横向宽度8.5 m，纵向长度10 m；上部采用M7.5浆砌片石，高度1.5 m；浆砌片石顶部为1.3 m高的碎石土，分层夯填；盖挖混凝土两侧边坡采用φ25早强砂浆锚杆，长度为6 m，间距1.0 m×0.6 m；夯填碎石土部位的两侧边坡采用φ22全螺纹砂浆锚杆，长度4.5 m，间距1.0 m×0.6 m；锚杆打设完毕后铺设20 cm×20 cm的φ8钢筋网片，规格为2.2 m×1.2 m，搭接长度为一个网格，上面喷射20 cm厚的C20混凝土；拱脚做加强处理，采用长度为4 m的φ42小导管并注浆，间距1.0 m×0.6 m；洞顶仰坡设排水沟。
3)超前大管棚施工。
超前大管棚通过注浆稳定地层以及管棚，避免开挖过程当中因地层软弱而引起的拱顶坍塌问题，它是隧道进出洞口的重要辅助施工措施。
米化梁隧道左洞超前大管棚采用外径108 mm、厚6 mm的热轧无缝钢管，管棚长20 m，沿管壁四周梅花形钻φ12 mm压浆孔。在隧道拱部120°范围内环向布置41根管棚，间距为40 cm，外插角为3°。
4)混凝土套拱施工。
套拱即导拱，主要起到导向、管棚支撑作用。套拱组成：4榀间距60 cm的 Ⅰ16工字钢、φ127×4 mm长度2 m的导向管41根及长2 m、厚60 cm的C25套拱混凝土。为保证隧道开挖净空且很好的起到超前支护作用，管棚导向管外插角应当严格控制在3°左右，与此同时，在导向管安装的过程中，要借助于水平尺抑或是其他相关仪器加以检测。安装Ⅰ16钢拱架，然后在其背部焊接φ127导向钢管，安装模板，最后浇筑C25套拱混凝土。
5)管棚钻孔及钢管施工。
a.钻孔：养护套拱混凝土3 d后开始钻孔，用两台钻机从套拱底部两侧开始施钻，沿弧度自下而上且标记每个孔号，并且要将每个孔的注浆量、顶管时间和成孔时间记录好，以便于确保超前管棚施工的整体质量。在钻机开孔过程中，要保持低速钻进，当钻入大约20 cm之后，要按照正常钻速进行钻进。首根钻杆尾部剩余25 cm左右时，要及时停止钻进操作，使用管钳将钻杆卡紧，在低速的状态下反转钻机，继而脱开钻杆。退回钻机至原位，将第二根钻杆装入并使用联接套连接妥当之后，在低速状态下送达到上一根钻杆的尾部，对准位置后联为一体。此外应当注意的是，要将前方围岩地质状况详细记录好。在换钻杆时，相关人员应当全方位的检查钻杆有无损伤，检查钻杆弯曲与否，检查中心水孔畅通与否。依此类推，直至完全符合钻孔深度方面的要求。
b.顶管：管棚选用的是型号为φ108 mm的无缝钢管，通过钻机的推力及其冲击力，沿着引导孔把装有工作管头的棚管钻进，与长棚管相连接，直到孔底。当管棚接长时，应当首先顶入首根钢管至钻好的孔之内，然后再逐根的进行联接。要在每节钢管的两端焊接管节联接套，以有利于联接操作。对于相邻管的接头，务必要确保前后错开，防止接头处于同一断面中。安装好钢管后，要尽可能的低速推进，控制推进的压力在4.0 MPa～6.0 MPa之间，控制冲击压力介于18 MPa～22 MPa之间。推进首根钢管孔外剩余大约30 cm时，要反转凿岩机，使钢管和联接套相互脱离，退回凿岩机至原位，将第二节钢管装上，保持低速前进，使其与第一节钢管端部进行对准，继而联接好钢管，让两节钢管能够联成一体。低速依次用凿岩机的冲击压力以及推进压力顶入钢管。当钢管顶进后，将钢筋补强管棚安设妥善(如图2，图3所示)。
6)管棚注浆。安装完成钢管后就可以封堵管口开始注浆，留止浆塞、注浆孔以及止回阀。按照围岩情况和地质条件可知，注浆材料基本上可以划分为两大类：其一为注水泥浆或双液浆(水泥—水玻璃)，其主要作用为：a.浆液通过管棚进入岩体裂隙中经过物理化学反应，在短时间之内将软弱、破碎围岩抑或是松散颗粒胶结成整体，发挥出超前支护的作用，提高围岩的整体稳定性、为隧道开挖提供安全施工保障；b.浆液填充岩体空隙、凝结固化，阻止地下水、雨水渗入隧道，起到防水的作用；其二为注水泥砂浆，其作用为增强钢管强度。
为防止浆液从岩面裂隙中反渗，注浆前对管棚套拱周围的地表进行喷射封闭，混凝土厚度为8 cm～10 cm。借助于注浆机进行注浆，可以先注无渗水孔的，然后再注有渗水孔的。将注浆压力严格控制好，不仅应当有充沛的注浆压力，将土体内的裂隙阻力及自然水压力克服，确保充分的浆液扩散填充，实现加固堵水的功效；同时还要避免压力过大而导致开挖面压裂。在施工中，要记录注浆机中存有的浆液体积，记录过程中所加入的浆液体积以及剩余的浆液体积，将总体注浆量进行严格控制。同时要在规定时间内用完配制的浆液。
大管棚施工完成后示意图如图4所示。
6 效益分析
隧道洞口段的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用“盖挖法辅助大管棚”进行隧道施工，该工法施工简便，安全性好，可靠性高，能缩短工期，可以被广泛应用于隧道施工中，特别是在洞口浅埋段覆盖层较薄的隧道施工中使用，比其他施工方法不仅加快了施工进度，节约了成本和机械，提高了物资利用率，而且损耗小，降低了施工成本。
6.1 经济效益
施工具体节约施工成本如表1所示。
表1 节约施工成本分析表 万元
6.2 社会效益
盖挖法辅助大管棚施工，有效的将大面积破坏植被以及大挖大填等诸多加以克服，最大限度的彰显人与自然和谐共处，从而为景观隧道与生态隧道的打造提供了一条可借鉴之路。
[1] 方忠强,李 浩.“盖挖工法”在茅山隧道施工中的应用[J].现代交通技术，2008(3)：61-63.
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[4] JTJ 042—94，公路隧道施工技术规范[S].
Discussion on construction technology of covered-excavation method assisting large tunnel pipe shed entrance
Han Limin
(ShanxiHighwayBridgeGroupInternationalTrafficConstructionEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)
In light of right tunnel entrance shallow burying, soft geology and easy collapsible and other features, the thesis puts forward covered-excavation method assisting large tunnel pipe shed construction, and points out its advantages, such as effectively playing the advanced support role of pipe shed, providing powerful guarantee for safety tunnel entrance, increasing enteral tunnel stability, and possessing obvious economic and social benefits as well.
covered-excavation method, auxiliary, large pipe shed, shallow burying, tunnel, tunnel entrance
2015-04-07
韩利民(1980- )，男，工程师
1009-6825(2015)17-0171-03
U455
A
