陳榮典 林愛(ài)芬

（福建省第一公路工程公司，福建泉州362000）
摘要：介紹福建省首例采用40 m長(zhǎng)大管棚超前支護(hù)的施工技術(shù)，并在參數(shù)確定、機(jī)具選擇、進(jìn)度情況、質(zhì)量控制與成本分析5個(gè)方面作了具體介紹。
關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大管棚；施工技術(shù)；參數(shù)確定；機(jī)具選擇；質(zhì)量控制；成本分析
1 工程概況
楊梅嶺隧道設(shè)計(jì)為上下行分離式4車道高速公路隧道，隧道左線長(zhǎng)1 365 m，右線長(zhǎng)為1 340 m。全隧道按新奧法設(shè)計(jì)和施工，進(jìn)口左洞和出口右洞洞口淺埋段最薄覆蓋層分別為3?67 m、4?05 m，在洞口35 m范圍內(nèi)為強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化花崗巖，頂板為殘坡積層，風(fēng)化裂隙，發(fā)育具塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，局部散體結(jié)構(gòu)，圍巖不穩(wěn)定，易塌。福建省首次采用40 m長(zhǎng)大管棚對(duì)洞口段進(jìn)行超前支護(hù)。沿隧道襯砌外緣一定距離打入一排縱向鋼管，并且在插入鋼管后，再往管內(nèi)注漿以固結(jié)軟弱圍巖、充填鋼管與孔壁之間的空隙，使管棚與圍巖固結(jié)緊密，以提高鋼管的強(qiáng)度。開(kāi)挖后架設(shè)拱形鋼架支撐，形成牢固的棚狀支護(hù)結(jié)構(gòu)。
2 施工工藝
2.1 施工工藝流程
施工工藝流程如圖1所示。
2.2 管棚參數(shù)
(1)鋼管布設(shè)在圓心角為150°的隧道拱部；
(2)鋼管環(huán)向間距為50 cm；
(3)管心與襯砌設(shè)計(jì)外廓線間距為40 cm；
(4)傾角：仰角1°(不包括路線縱坡)；
(5)鋼管施工誤差：徑向不大于20 cm；
(6)管棚長(zhǎng)度為40 m，熱軋無(wú)縫鋼管φ 108 mm，壁厚6 mm，節(jié)長(zhǎng)3 m、6 m；
(7)孔口管為天縫鋼管φ 127 mm，壁厚6 mm，節(jié)長(zhǎng)2 m。
2.3 機(jī)具選擇
機(jī)具選擇如表1所示。
表1機(jī)具選擇表
管棚長(zhǎng)度（m）〖〗管棚機(jī)型號(hào)〖〗管棚機(jī)參數(shù)8～16〖〗ksz100型〖〗鉆桿外徑50 mm16～40〖〗mk?5型〖〗鉆桿外徑80 mm2?4工藝說(shuō)明
管棚施工主要工序有開(kāi)挖支護(hù)明洞邊坡、仰坡；施作套拱；搭鉆孔平臺(tái)、安裝鉆機(jī)；鉆孔；清孔、驗(yàn)孔；安裝管棚鋼管；注漿。工序技術(shù)要求高，工藝復(fù)雜，現(xiàn)分別敘述如下。
2.4.1 明洞邊坡仰坡開(kāi)挖支護(hù)
(1)明洞段開(kāi)挖應(yīng)在洞頂截水溝施工完成后進(jìn)行，應(yīng)盡量避開(kāi)雨季施工。
(2)邊坡防護(hù)應(yīng)與明洞開(kāi)挖同步進(jìn)行：及時(shí)施工明洞邊坡的錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土及時(shí)封閉坡面。
(3)對(duì)邊坡滲水要及時(shí)排、引到坡面外，加強(qiáng)對(duì)坡面的防護(hù)。
2.4.2 施作套拱
(1)混凝土套拱作為長(zhǎng)管棚的導(dǎo)向墻，套拱在明洞外廓線以外施作，套拱內(nèi)埋設(shè)4榀工字型鋼支撐，鋼支撐與管棚孔口管焊成整體。
(2)孔口管作為管棚的導(dǎo)向管，它安設(shè)的平面位置、傾角、外插角的準(zhǔn)確度直接影響管棚的質(zhì)量。用經(jīng)緯儀以坐標(biāo)法在工字鋼架上定出其平面位置；用水準(zhǔn)尺配合坡度板設(shè)定孔口管的傾角；用前后差距法設(shè)定孔口管的外插角。孔口管應(yīng)牢固焊接在工字鋼上，防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生位移。
2.4. 3搭鉆孔平臺(tái)安裝鉆機(jī)
(1)鉆機(jī)平臺(tái)可用枕木或鋼管腳手架搭設(shè)，搭設(shè)平臺(tái)應(yīng)一次性搭好，鉆孔由兩臺(tái)鉆機(jī)由高孔位向低孔位對(duì)稱進(jìn)行，可縮短移動(dòng)鉆機(jī)與搭設(shè)平臺(tái)時(shí)間，便于鉆機(jī)定位。
(2)平臺(tái)支撐要著實(shí)地，連接要牢固、穩(wěn)定。防止在施鉆時(shí)鉆機(jī)產(chǎn)生不均勻下沉、擺動(dòng)、位移等影響鉆孔質(zhì)量。
(3)鉆機(jī)定位：鉆機(jī)要求與已設(shè)定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機(jī)位置。用經(jīng)緯儀、掛線、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的方法，反復(fù)調(diào)整，確保鉆機(jī)鉆桿軸線也孔口管軸線相吻合。
2.4.4 鉆孔
(1)為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑采用φ 115 mm。
(2)巖質(zhì)較好的可以一次成孔；鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生坍孔、卡鉆，需補(bǔ)注漿后再鉆進(jìn)。
(3)鉆機(jī)開(kāi)鉆時(shí)，可低速低壓，待成孔1?0 m后可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風(fēng)壓。
(4)鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常用測(cè)斜儀測(cè)定其位置，并根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)的現(xiàn)象及時(shí)判斷成孔質(zhì)量，并及時(shí)處理鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的事故。
(5)鉆進(jìn)過(guò)程中確保動(dòng)力器，扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進(jìn)。
(6)認(rèn)真作好鉆進(jìn)過(guò)程的原始記錄，及時(shí)對(duì)孔口巖屑進(jìn)行地質(zhì)判斷、描述。作為開(kāi)挖洞身的地質(zhì)預(yù)探預(yù)報(bào)，作為指導(dǎo)洞身開(kāi)挖的依據(jù)。
2.4.5 清孔驗(yàn)孔
(1)用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭(φ 115 mm)進(jìn)行來(lái)回掃孔，清除浮渣至孔底，確?？讖?、孔深符合要求、防止堵孔。
(2)用高壓氣從孔底向孔口清理鉆渣。
(3)用經(jīng)緯儀、測(cè)斜儀等檢測(cè)孔深，傾角，外插角。
2.4.6 安裝管棚鋼管
(1)鋼管應(yīng)在專用的管床上加工好絲扣，棚管四周鉆φ 8出漿孔(靠掌子面4?5 m的棚管不鉆孔)；管頭焊成圓錐形，便于入孔。
(2)棚管頂進(jìn)采用大孔引導(dǎo)和棚管機(jī)鉆進(jìn)相結(jié)合的工藝，即先鉆大于棚管直徑的引導(dǎo)孔(φ 115 mm)，然后可用10 t以上卷?yè)P(yáng)機(jī)配合滑輪組反壓頂進(jìn)；也可利用鉆機(jī)的沖擊力和推力低速頂進(jìn)鋼管。
(3)接長(zhǎng)鋼管應(yīng)滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應(yīng)前后錯(cuò)開(kāi)。同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開(kāi)1 m。
2.4.7 注漿
(1)安裝好有孔鋼花管后即對(duì)孔內(nèi)注漿，注漿后再施工無(wú)孔鋼管，無(wú)孔鋼管可以作為檢查管，檢查注漿質(zhì)量。
(2)注漿參數(shù)：水泥漿與水玻璃體積的比例為1∶0?5；水泥漿水灰比1∶1；水玻璃濃度35波美度；水玻璃模數(shù)2?4。
(3)采用kby?50/70液壓注漿機(jī)將雙液漿注入管棚鋼管內(nèi)，初壓0?5 mpa～1?0 mpa，終壓2 mpa，持壓15 min后停止注漿。注漿量一般為鉆孔圓柱體的1?5倍，若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿。
(4)注漿結(jié)束后及時(shí)清除管內(nèi)漿液，并用30號(hào)水泥砂漿充填，增強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度。
2.5 勞動(dòng)力組織
管棚施工工序多，工種雜、技術(shù)性強(qiáng)、要求技術(shù)工人具有各方面獨(dú)立操作能力，又能處理管棚施工中一般的故障，管棚施工的質(zhì)量很大程度上取決于鉆孔和注漿的質(zhì)量。一臺(tái)鉆機(jī)三班作業(yè)勞力組織為：技術(shù)人員1人、機(jī)長(zhǎng)1人、班長(zhǎng)3人、修理工1人、電工1人、電焊工1人、鉆工15人、合計(jì)23人。
3 進(jìn)度情況
鉆機(jī)就位、加固：鋼管4?7 h/t
鉆進(jìn)：鋼管9?5 h/t
掃孔、頂管：鋼管11 h/t
注漿：鋼管5?5 h/t
4 質(zhì)量控制
(1)鉆孔前，精確測(cè)定孔的平面位置、傾角、外插角。并對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行編號(hào)。
(2)鉆孔仰角的確定應(yīng)視鉆孔深度及鉆桿強(qiáng)度而定，一般控制在1°～1?5°，鉆機(jī)最大下沉量及左右偏移量為鋼管長(zhǎng)度的1%左右，并控制在20 cm～30 cm。
(3)嚴(yán)格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入隧道開(kāi)挖線內(nèi)，相鄰的鋼管不得相撞和立交。
(4)經(jīng)常量測(cè)孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限及時(shí)糾正，至終孔仍超限者應(yīng)封孔，原位重鉆。
(5)掌握好開(kāi)鉆與正常鉆進(jìn)的壓力和速度，防止斷桿。
(6)在遇到松散的堆積層和破碎地質(zhì)時(shí)，在鉆進(jìn)中可以考慮增加套管護(hù)壁，確保鉆機(jī)順利鉆進(jìn)和鋼管順利頂進(jìn)。
5 管棚費(fèi)用評(píng)價(jià)
管棚費(fèi)用主要包括管棚的套拱費(fèi)用、管棚施工的人工費(fèi)、管棚施工的機(jī)械臺(tái)班費(fèi)、管棚施工的材料費(fèi)4大部分。現(xiàn)以福寧高速公路楊梅嶺隧道進(jìn)口左洞40 m 管棚（沿拱頂150°范圍內(nèi)布設(shè)33根長(zhǎng)度各為40 m 注漿鋼管，管棚的鋼管總重量為21 t）為例，分析管棚在現(xiàn)場(chǎng)施工中的實(shí)際費(fèi)用。
5.1套拱費(fèi)用
（1）套拱ⅰ18工字鋼：1?567 5 t×6 000 元/t=9 405元；
（2）孔口管（φ 127×4mm無(wú)縫鋼管）：0?800 58 t×5 000 元/t=4 002?9元；
（3）固定鋼筋（φ 25鋼筋）：0?457 38 t×4 000 元/t=1 829?5元；
（4）普通混凝土（c 25）：41?26 m3×400 元/m3=1 650 4元。
5.2 人工費(fèi)
（1）加工管棚鋼管：214?5 工日×40 元/工日=8 580 元。包括割、焊鋼管錐形探頭，鋼管施鉆φ 8 mm出漿孔等；
（2）加工鋼管絲扣接頭：20 元/個(gè)×231 個(gè)=4 620元；
（3）搭工作架、布設(shè)水、電、氣管路等準(zhǔn)備工作：18 工日×40 元/工日=720 元；
（4）鉆機(jī)就位、鉆孔、掃孔、頂管、注漿：5 157?6 h×4 元/h=20 630?4 元。
5.3 機(jī)械臺(tái)班費(fèi)
（1）地質(zhì)潛孔鉆機(jī)：53?76 臺(tái)班×432 元/臺(tái)班=23 224?32 元；
（2）電動(dòng)空壓機(jī)（20 m3/h）：53?76 臺(tái)班×674 元/臺(tái)班=36 234?24 元；
（3）壓漿機(jī)（50 l）：14?49 臺(tái)班×36 元/臺(tái)班=521?64元；
（4）拌漿機(jī)：14?49 臺(tái)班×20 元/臺(tái)班=289?8元。
5.4 材料費(fèi)
（1）鋸木：35?2 m3×800 元/m3=14 080 元(按兩次攤銷)；
（2）鋼管：21 t×4 200 元/t=88 200 元；
（3）砂漿（30#）：10 m3×240 元/m3=2 400 元；
（4）水泥（32?5級(jí)）：43?71 t×330 元/t=14 424?3 元；
（5）水玻璃（35波美度）：38?48 t×900 元/t=34 632 元；
（6）磷酸氫二鈉（緩凝劑）：0?88 t×4 600 元=4 048 元。
4項(xiàng)費(fèi)用合計(jì)：284 346?1元；
管理費(fèi)與稅收按15%計(jì)：42 651?91 元；
管棚費(fèi)用按每噸鋼管計(jì)：
（284 346?1+42 651?91 元）/21 t
=15 571?33元/t。
按隧道延米計(jì)：
（284 346?1+42 651?91 元）/40 m
=8 174?95元/m。
6 結(jié)語(yǔ)
6.1對(duì)于隧道洞口的軟弱破碎圍巖地段、淺埋地段采用長(zhǎng)大管棚施工工藝，提前發(fā)揮超前支護(hù)作用，增加了施工安全度，提高隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
6.2在管棚支護(hù)下開(kāi)挖，可減少地表下沉和防止圍巖坍塌。
6.3管棚鉆孔可作為地質(zhì)預(yù)探預(yù)報(bào)，地質(zhì)資料可指導(dǎo)洞身開(kāi)挖提供依據(jù)。
6.4管棚施工工藝的引用，對(duì)福建省隧道施工技術(shù)的探索邁開(kāi)新的步伐。
參考文獻(xiàn)
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