摘要：針對北溪引水大人廟隧洞較大斷面進洞難的問題，采用了大管棚超前支護施工方法，使隧洞順利進洞，并對此施工方法作出了效果評價。
　　關鍵詞：隧洞；大管棚超前支護；施工；效果評價。
　　一、工程簡介
　　本工程為福建省九龍江北溪引水左干渠改造二期工程下穿鐵路隧洞工程，新挖兩條平行引水隧洞與原一期箱涵工程銜接，單洞洞長6.8公里，洞寬4.2米，洞高3.8米，隧洞供水設計流量16.0m3/s。新挖輸水隧洞沿線有兩處穿越鷹廈鐵路，有一處穿越擬建廈深鐵路線。
　　二、沿線地形地貌及不良地質現象
　　大人廟段洞身位于全風化巖石或殘積砂質粘性土中，全風化巖石或殘積砂質粘性土局部含有孤石。隧洞位于地下水位以下，全風化巖石或殘積砂質粘性土在飽水狀態下易軟化，應采取相應的排、疏水措施。本段圍巖等級為Ⅴ級，需采用地表錨桿、地表注漿等預防加固措施，洞口段采用超前大管棚支護。大人廟下穿鐵路段地下水類型以第四系土層中的孔隙水，基巖風化裂隙水為主，富水性較弱。受大氣降水補給，埋深較大，地下水無侵蝕。
　　三、大管棚超前支護設計
　　1、設計方案參數：
　　（1）鋼管規格：管棚長10m，用每節長4～6m的熱軋無縫鋼管（Φ108mm壁厚6mm）以絲扣連接而成，同一斷面內接頭數量不得超過總鋼管數的50%。鋼花管內設置鋼筋籠，鋼筋籠主筋4Φ22，采用Φ42鋼環（壁厚3.5mm）作固定環，固定環節長5cm，與鋼筋籠主筋焊接，如下圖所示。
　　（2）鋼管編號單雙號，雙號者采用鋼管，施工時限打設鋼管注漿，然后打設鋼花管，以便檢查鋼花管的注漿質量。
　　（3）傾角：外插角≯12º，具體可根據實際情況作調整。
　　（4）管距：環向間距中至中40cm。
　　（5）鋼管施工誤差：徑向不大于20cm，相鄰鋼管間環向間距不大于10cm。
　　（6）鋼管上鉆孔注漿，孔徑10∽16mm間距15×15cm呈梅花型布置。尾部不鉆孔的止漿段150cm。
　　
　　
　　2、管棚注漿采用水泥漿液，只講參數如下：
　　（1）水泥漿液水灰比：1：1（重量比）。
　　（2）注漿壓力：0.5∽2Mpa.
　　注漿前應進行現場注漿試驗，根據實際情況調整注漿參數，取得管棚注漿施工經驗。注漿結束后用M7.5水泥砂漿填充鋼管，以增強管棚強度。
　　3、單根鋼管的注漿量按下式計算：Q=πRLη。
　　式中R為漿液擴散半徑，取R=0.6r，r為注漿鋼管中至中的距離，L為鋼管長，η為圍巖空隙率，各種地層條件下圍巖空隙率參考值：粘土40%，全風化12%，弱風化5%。
　　4、施工注意事項
　　（1）管棚為超前預支護，應在隧洞開挖前完成。
　　（2）管棚需按設計位置施工，注意運用測斜儀進行鉆孔偏斜度測量，嚴格控制管棚打設方向，并作好每個鉆孔地質記錄。
　　（3）為保證管棚支護效果，盡量減小滾碰的外插角，可在型鋼鋼架腹板開孔以穿管棚。
　　（4）管棚施工時，應對鋼管主要材料進行材質檢驗。
　　（5）選用鉆機首先應適合鉆孔深度及孔徑要求，鉆機要求平穩靈活，能在水平方向360º范圍內鉆孔，施鉆時應有導向架。
　　（6）施工期間應遵守施工技術安全規則和鉆眼注漿作業操作規則。
　　（7）管棚施工地段，應根據有關規定，加強控制測量，以保證施工安全。
　　四、大管棚的施工及相關的技術要求
　　大管棚簡要的施工工藝流程如圖：
　　
　　1施工前的準備工作
　　(1)疏排水源
　　疏導洞身附近的水源，建立枝狀排水系統，使地表水盡快順暢地排出洞口不穩定范圍。
　　(2)導向墻施作
　　導向墻對于控制鋼管的鉆孔方向至關重要,同時也可兼作止漿墻。導向墻采用C20混凝土，截面尺寸為100×100cm,為保證長管棚的施工精度，導向墻內設Ⅰ16的工字鋼架,鋼架外沿設Φ140mm壁厚5mm的導向鋼管,鋼管與鋼架焊接。
　　(3)鋼花管制作
　　鋼花管按照設計要求制作，管頭加工成錐形以便送入，為確保接頭質量，以長15cm的絲扣連接，或在端頭連接處采用一根長1.0m的Φ100鋼管，伸入Φ108鋼管中40cm，在端部用電焊將管之間焊縫焊滿，剩余60cm用作送入前一根鋼管的尾部，并用電焊焊滿，起連接和導向的作用。為防止漿液倒流，每根管棚尾部均焊接有止漿板，止漿板采用2cm厚鋼板制作，中間鉆有Φ20帶羅紋的眼，以備注漿時用。
　　2管棚的施作
　　(1)測量放樣及鉆機定位
　　測量放樣出隧洞設計輪廓線并按40cm的間距標出管棚的位置。將鉆機移動并定位至標定位置。
　　(2)鉆孔
　　使用頂驅液動錘按設計角度，把套管與鉆桿同時同步沖擊回轉鉆入巖土層內至設計角度。套管與鉆具同時跟進，產生護孔功能，避免內鉆桿在提出孔后產生塌孔或涌水事故，提供臨時護孔，方便往孔內插管注漿。鉆孔要求精度高，終孔位置準確，各開孔的孔眼與終孔的孔眼落在同一周界面上，避免產生較大的偏差和變形。同時要確保鉆孔的同軸度，以避免管棚送入時受卡。
　　(3)清孔
　　鉆孔完結后，先把套管內孔注水清洗潔凈后，才把鉆桿取出。套管仍保留在孔內供護孔作用。
　　(4)頂進鋼管棚
　　按設計要求把加工好的鋼花管頂入套管內，接頭采用15cm長的厚壁管箍，上滿絲扣；并把鋼管輕輕打入巖土地內，固定鋼管不易滑出孔口。鋼管插進完畢后，取出套管。套管取出時，冒落的巖土會于孔內壓緊鋼管。鋼管口與孔口四周用水泥漿密封。
　　(5)再次清孔并插入鋼筋籠
　　再次清孔并將鋼筋籠插入鋼花管內，使之與鋼花管成為一體。
　　3注漿的技術要求
　　（1）注漿時一般總是先注無水孔，后注有水孔。在無水地段可從拱腳起順序注漿。注漿速度根據注漿孔出水量大小而定，一般從快到慢。注漿結束時將閘閥關閉，卸下進漿管，進入下一循環。
　　（2）注漿結束的標準：①注漿壓力逐步升高，達到設計終壓并繼續注漿10min以上；②進漿量一般為20～30L/min。注漿結束后用M7.5水泥砂漿充填管棚鋼管，增強鋼管的強度和剛度。
　　（3）注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象，如發生串漿，應立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續注漿。注漿過程中壓力如突然升高，可能發生堵管，應停機檢查。
　　(4)北溪引水大人廟隧洞洞口注漿孔數共100孔(左洞50孔,右洞50孔),平均注漿壓力1.5Mpa。
　　五、效果評價
　　對洞口注漿加固區進行鉆芯取樣，漿液的填充情況基本良好。對洞口段的收斂變形、拱頂下沉、邊坡位移、拱圈位移、接觸壓力、錨桿受力、鋼拱架及鋼筋應力等方面進行了全面的監測。監測結果表明：布設監測點的斷面基本處于穩定狀態，能夠滿足設計和規范要求。
　　六、結語
　　工程實踐證明，大管棚施工方法在福建省九龍江北溪引水大人廟隧洞洞口開挖過程中的應用是成功的。大管棚工法有梁效應和固結效應，既能阻止松散土體的坍塌又能有效控制沉降，為隧道洞身的安全、順利進洞創造了條件。
　　
　　參考文獻：
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