隧洞锁口段超前小钢管施工

张 冰

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

隧洞锁口段超前小钢管施工

张 冰

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

介绍了隧洞工程中超前小钢管在支洞锁口段施工过程中的应用，并对超前支护方式的选择、超前小钢管施工技术要点、锁口段进洞施工方法进行了详细的介绍。

隧洞；超前小钢管；锁口段；施工技术；进洞

1 工程概况

某供水工程位于辽宁省北票市境内，支洞长度为1 355 m，支洞断面为圆拱直墙型，锁口段（即支洞前20 m），开挖断面尺寸为6.3 m宽，6.16 m高，成洞断面尺寸均为6 m宽，6 m高，开挖断面面积为34.66 m2，开挖坡度13.71%。

2 工程地质条件

根据开挖揭露情况，上覆坡积碎石土，呈稍密-中密状态，灰黑色，厚1.0～1.5 m；其下为侏罗系中统髫髻山组火山角砾岩，火山角砾结构为块状构造，成分主要为火山碎屑等，含少量长石和石英晶屑，有部分碳化现象。该岩体在顶部1～4 m为全风化，呈灰褐红色疏松状软岩，手可揉碎，强度很低，不能自稳；其下为强风化，呈紫红色，组织结构基本破坏，为Ⅴ类围岩。

根据揭露的地质围岩情况，洞口开挖均采用YT28手风钻钻孔。由于隧洞断面中等，且围岩质量较好，采用全断面开挖法施工。

3 锁口段超前支护选择方式

3.1 超前支护形式

根据工程实际情况，可选择的超前施工方式有以下几种：超前锚杆、超前小钢管、超前注浆小导管（注浆）等几种支护方式。

3.2 超前支护的比选

超前锚杆，施工方便，锚杆本身材质用HRB400的Φ25钢筋制作，有一定的韧性。但其刚度相比较超前小钢管要弱。

超前注浆小导管一般采用Φ42热轧无缝钢管制作，导管前端加工成圆锥形，并封焊严实，管身设溢浆孔，按梅花形排列，后端1 m范围不设溢浆孔，管尾设一加固环。超前小导管虽然刚度比较好，但其需要灌浆，施工工艺相比较小钢管繁琐。

超前小钢管采用Φ32钢管，壁厚3.5 mm。优点：比超前锚杆有刚度，比超前注浆小导管操作简单。

3.3 比选结果

根据工程围岩实际开挖情况，选用直径Φ32 mm超前小钢管（小钢管壁厚3.5 mm，顶部切割成尖锥状）的超前支护方式。锁口段超前小钢管支护方式见图1、图2。

图1 锁口段超前小钢管支护示意图

图2 锁口段超前支护断面图

4 超前小钢管施工技术要点

1）小钢管选用热轧钢管，小钢管外插角偏差不超过+5°。

2）孔位钻设偏差不超过100 mm。

3）岩质较好的可以一次成孔；钻进时产生坍孔、卡钻，需再钻进。

4）严格控制钻孔平面位置，位置不得侵入隧洞开挖线内，相邻的小钢管不得相撞和立交。

5）经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。

6）孔眼长应大于小钢管长度；清孔后插入小钢管，而后锤击将小钢管击入孔内，钢管插入长度不应小于管长的90%。

7）钢管及锚杆的材质、型号和规格等应符合设计和规范要求。

8）小钢管之间的搭接长度不得小于1 m，小钢管应同钢拱架配合使用。

5 施工方法

5.1 洞口明挖及边坡支护施工

按照尽量减少植被破坏，缩小洞口明挖范围的原则，结合洞口现场实际情况，保证洞顶覆盖层厚度满足安全进洞条件，洞口段按照1∶0.75的坡比进行放坡开挖，开挖采用挖掘机自上而下分层的方式进行施工，按揭露的围岩判断，此坡比可满足进洞要求。

防止地表水渗入开挖面影响明洞边坡和成洞面及仰坡的稳定，同时为保证坡体稳定，在进行开挖的过程中，边仰坡防护与边仰坡开挖同时进行，进洞口边仰坡按设计打锚杆、挂钢筋网、喷混凝土防护。具体做法：进洞口边仰坡面支护采用挂网锚喷的方法施工，首先在已清理好的坡面上钻孔施工Φ22药卷式锚杆，锚杆按梅花型布设，锚杆间距为1 m×1 m，锚杆长度长2.5m；然后挂Φ8钢筋网，网格间距20cm×20 cm，锚杆头采用外露12 cm的丝扣，可用垫板上紧，钢筋网和锚杆采用焊接连接，最后湿喷10 cm厚C30W10混凝土。

5.2 超前支护施工流程

进洞口边仰坡施工完毕后可采用在进洞口仰坡采用超前支护进行成洞面加固。明洞衬砌在锁口段石方开挖一定距离后进行。

根据现场实际情况，洞口段为V类浅埋围岩，围岩稳定性相对较好，在进洞时洞口防护采超前小钢管，可稳定住洞口。

超前支护施工流程如下，超前支护在开挖前进行。超前支护的顺序为：超前支护→开挖→型钢支撑安装→先初喷混凝土→钢筋网→锚杆→喷混凝土至设计厚度。

5.3 超前支护施工参数

洞口锁口段开挖轮廓线以外起拱线以上范围内，洞口进洞时采用双层超前Φ32，L=3 000 mm超前小钢管，进洞后采用单层超前Φ32，L=3 000 mm超前小钢管进行支护锁口。由于小钢管搭接长度不小于1 m，每榀拱架间距0.525 m，因此，每3榀钢拱架支护一次超前小钢管。支护范围为顶拱部位，施工中，采用手风钻钻孔，孔位钻设偏差不超过10 cm，Φ32的超前小钢管布置参数为：与洞轴线外插角10°～15°，环向间距50 cm，双层小钢管纵向间距30 cm，小钢管在加工厂内集中制作，管身应平直，尾部焊箍，顶部加工成尖锥状。洞内锁口段施工采用单层小钢管施工，施工参数同洞口段一致。

5.4 锁口段施工

5.4.1 锁口段明洞施工

为确保洞口段施工安全，洞外锁口段采用8榀I12型钢钢架，间距52.5 cm形成长4.5 m明洞进行施工。钢架外缘铺设6 mm钢板进行全周防护，型钢支撑与钢板的连接采用双面焊接，锚杆、超前支护与型钢支撑焊接牢固。钢板内铺设Φ8钢筋网，间距15 cm×15 cm，喷射C30W10混凝土10 cm；钢架间距52.5 cm；钢架间采用Φ22钢筋连接，环向间距1 m，以提高其稳定性。

5.4.2 锁口段洞内施工

锁口段采用全断面法进行开挖，开挖进尺控制在52.5 cm，开挖后及时喷射厚5 cm的C30W10混凝土作为临时支护，然后再进行初期支护，初期支护采用I12型钢钢架，纵向间距52.5 cm，联合锚杆网片喷射混凝土进行支护。钢架间采用Φ22钢筋连接，环向间距1.0 m。钢架外缘全周铺设Φ8钢筋网，网格间距为15cm×15cm，每榀钢架锁脚锚杆4根，每根长度2.0 m，外插角度60°；拱部径向锚杆根据实际施工进行角度调整，角度不得小于70°，间距不变。

6 锁口段施工其他施工要点

锚杆的方向、深度和间距，孔位偏差不大于100 mm；钻完孔后，用高压风吹净孔内岩屑，并检查钻孔深度，孔深偏差不大于50 mm；将锚杆体送入孔内，直达孔底，并注意转动杆体，锚杆尾部留10 cm丝扣头，以便安装垫板并同钢支撑焊接。

2）锚杆的锚固采用卷式锚固剂，初凝时间为4～7 min，终凝为 7～11 min，可使 2 m 长锚杆体在 0.5～1 h，具有50 kN以上的锚固力，凝固时间可以根据要求调节。锚杆施工完成后，24 h内严禁敲击、碰撞、拉拔锚杆和悬挂重物。

3）当药卷式锚杆达到一定锚固强度后，可进行钢筋网挂设。施工中，人工将提前焊接好的1.2 m×1.5 m的钢筋网进行搭接，并与锚杆焊接牢固，形成整体。

4）型钢支撑在洞外分四段加工，再由自卸车运至洞内进行安装。由人工抬到掌子面上，进行拱架安装，型钢支撑之间采用Φ22连接筋连接，其环向间距控制在2 m左右，钢筋网应与钢支撑连接牢固。

5）在喷射混凝土作业中喷枪距离开挖面的距离应为0.6～1.0 m，速凝剂通过调节速凝剂泵的转速采取喷枪孔口加入的方式配料。喷射混凝土按设计要求喷射混凝土厚度为100 mm，可分两次喷完。喷射机安装调试完成后，分片依次喷射混凝土喷射顺序自上而下，对岩面不平整部位，先凹后凸面找平，一次喷射厚度为50 mm；钢筋网的安装应在第一层喷射完成后布设，再进行第二层喷射，后一层应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1 h后再行喷射，为保证层间结合良好，应再用风水清洗喷混凝土表面；喷射作业应紧跟开挖工作面，混凝土终凝至下一循环放炮时间应不少于3 h。喷射混凝土的回弹率控制：洞室拱部不应大于25%，边墙不应大于15%；冬季施工喷射作业区的气温不应低于+5℃，喷射混凝土终凝2 h后应开始喷水养护，养护时间不少于14 d，作业区气温低于+5℃时不得喷水养护。

7 结论

通过对该工程洞口锁口段采用超前小钢管技术，配合钢拱架、锚杆等措施，顺利通过了锁口段工程的施工，并保证了施工安全、质量。实践证明，在地质围岩情况不算太差的情况下，超前小钢管支护法是有效、安全和可靠的。对以后类似地质条件的施工也是很好的借鉴。

1）施钻锚孔前根据设计要求定出孔位，钻孔保证

Constructing Advanced Small Steel Pipes in the Lock Section of a Tunnel

ZHANG Bing

The paper introdues the application of advanced small steel pipes in the process to construct the lock section of an access tunnel，and details the selection of the advanced support mode，the main technical points of constructing advanced small steel pipes and the construction method of going into the lock section of the access tunnel.

tunnel；advanced small steel pipe；lock section；construction technique；going into the access tunnel

U455

B

2017-04-26

2017-05-07

张 冰（1986-），男，2011年毕业于中国地质大学土木工程专业，助理工程师，现从事水利水电工程施工。

1006-8139（2017）03-042-03