王玉臣

(沈阳铁路建设监理有限公司,辽宁沈阳 110002)

姚家2号隧道洞身浅埋段中管棚施工

王玉臣

(沈阳铁路建设监理有限公司,辽宁沈阳 110002)

通过对姚家2号隧道浅埋段分析,在符合施工设计的基础上,进行工序细化,提出了双线隧道浅埋段的中间管棚施工工法,提高隧道施工质量,满足双线隧道洞身浅埋段施工作业安全的要求 。

浅埋段 中管棚 导向架

隧道浅埋段是指隧道埋深小于2倍洞径时，属于隧道浅埋段。隧道洞身浅埋段一般处于山凹间，隧道顶层至自然地面较浅，工程地质条件差，雨季水量充沛，涌水量大。洞身开挖后，自稳能力较差。

双线隧道跨度为13.62m，与单线中隧道相比较跨度大，本来围岩自稳能力就很差。如果再加上隧道洞身处于浅埋段，则围岩的自稳能力就更差了，如果施工组织设计不严密、开挖方法不正确，在开挖、支护施工中极易造成隧道坍塌、冒顶，造成重大事故。为此应正确选择双线隧道洞身浅埋段中管棚施工工法，避免隧道事故的发生。

下面结合沈阳至丹东客运专线姚家2号隧道洞身浅埋段中管棚的施工，探讨人工开挖双线隧道洞身浅埋段中管棚施工工法。

1 姚家2号隧道洞身浅埋段概况

姚家2号双线隧道坐落在沈阳至丹东客运专线上，全长604m。其中有一段66m长的浅埋段，位于两山凹间。该浅埋段内，隧道拱部至自然地面最浅埋深为1.7m。工程地质概况：杂填土、粗角砾土、安山岩，全段强风化、节理发育、呈碎石角砾状结构。易坍塌掉块。地下水状况：雨季有大量的基岩缝隙水，正常涌水量为412m3/d，最大涌水量为1128.46m3/d。

2 隧道洞身浅埋段设计

为了保证施工作业安全防止隧道坍塌，设计采用中管棚注浆的工艺，使破碎基岩形成整体后再开挖的工法。

设计给定的技术参数：棚管为Φ89热扎无缝钢管，每环10m、43根，花钢管与钢管交叉配置，棚管搭接不小于3m、外插角100、根据情况适当调整，注浆：水泥浆：1：1，M10砂浆。

设计中对中管棚如何施作不具体，没有针对性。隧道中管棚施作如何控制钻孔导向？最浅浅埋段，如何控制棚管末端在保护层范围之内？如图1：

以姚家2号隧道最浅浅埋段为例：隧道拱部距地面仅为1.7m。取

也就是说，在最浅浅埋段，10m长棚管，以外插角100打入围岩；末端已经露出地面。如何控制I20钢拱架间距在允许误差范围内？

3 姚家2号隧道洞身浅埋段中管棚的具体施工工法

3.1 施工季节的选择

由于需要采用管棚注浆开挖工艺。冬季温度过低，无法保证注浆施工质量。夏季施工，进入雨季，雨水较大，容易造成隧道坍塌。最好选择温度适宜、且又无雨的季节进行开挖、支护与衬砌。姚家2号隧道浅埋地段中管棚施工选择在3月下旬至5月末的北方春季无雨季节施工。

3.2 沉降观测

(1)编制《浅埋地段测量专项方案》，报监理审查批准。根据《方案》在浅埋段地面每5m段埋设一组观测标，测量范围：浅埋段两端各延伸10m。经监理验收合格后，在进入浅埋段开挖前10m，开始按要求频次进行沉降观测。

(2)按施组要求埋设洞内监控量测标，按要求的频次做好沉降收敛观测。

(3)每天对沉降、监控量测数据进行分析，判断沉降速率，以便发现坍塌迹象，提前中止施工，保证施工安全。

3.3 中管棚导向架制作及施工

我们知道洞口管棚施作方法：通过导向墙控制钻机钻孔的角度。洞门管棚施工的特点是：洞口管棚施工空间宽敞，钻机容易控制，因此钻孔的角度与深度极易控制。对于洞身中管棚，我们不能采取与洞口管棚一样的导向墙的方法施工。一是施工空间狭窄；二是I20钢拱架间距限制了钻孔的角度；三是最浅埋段限制。应采取I20钢拱架作为导向拱架控制钻孔导向。该导向架有两方面作用，即可起到支护作用，又能控制棚管钻孔导向，且作业空间要求不高。

3.3.1 导向拱架的制作

在I20型钢钢架腹板按要求环向间距40㎝，钻Φ100，43个导向孔。

3.3.2 导向架安设:如图2

说明：设计拱架间距为600mm，最大允许为600+600×10%＝660mm棚管保护层没有严格标准，本人认为不应小于500mm。

(1)在隧道拱部至地面距离大于2.2m的浅埋段。外插角α取100

a=b/tanα=100/tan100=567mm〈600mm取600mm。

H=Lsinα=10sin100=1.74m〈2.2m。

经计算：拱架间距、棚管末端至地面距离符合要求。

(2)在隧道拱部至地面距离小于2.2m的浅埋段。

当外插角α取100时，H=1.74m〉1.7m即棚管末端超出最浅浅埋段的地面或保护层不足；

当外插角α取90时，H=1.56m〈1.7m；a=631mm〈660mm。即拱架间距符合要求，最浅浅埋段棚管末端保护层过小。

当外插角α取80时，H=1.39m〈1.7m；a=712mm〉660mm。即拱架间距、棚管末端保护层二者均不符合要求。

为此调整外插角α与棚管L长度，使拱架间距、棚管末端保护层符合要求。

取外插角α＝90、L＝7.5m；则H=1.17m；a=613mm〈660mm。

3.3.3 管棚导向架施工

(1)A钢拱架支护完成后，开挖A钢拱架至导向架段后，确定导向架精确位置并支护，打入锚杆与锁脚锚管进行锁定。

(2)A钢拱架至导向架间因需要利用该空间进行棚管钻孔，因此该段只能喷射3/4的C25混凝土，如图2，A钢拱架与导向架间，钻杆上方部分。

(3)使用能控制角度的潜孔钻，通过导向架的导向孔，进行钻孔定位。

3.4 钻孔

(1)调整潜孔钻钻孔角度，控制钻杆仰角。

(2)在最浅浅埋段(隧道拱部至自然地面为1.7m)范围内，调整潜孔钻钻孔仰角为90。钻孔深度为7.5m。

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