第五工程有限公司路桥四公司 樊延祥
1. 前 言
胶州湾海底隧道是青岛市规划“南隧北桥”中的南隧,是胶州湾海底隧道和快速路三期的重要纽带。胶州湾湾口海底隧道青岛端接线工程,南起胶州湾湾口海底隧道青岛端终点，向北以上下行分离式双洞隧道形式分别沿四川路、云南路向北，在东平路路口北侧出地面后开始高架，于山西路路口上方合流后接入快速路三期工程。
云南路主隧道（左线）起点里程ZK1+095.98，分界点里程ZK2+755,长1659.02m。为单向三车道，最大开挖宽度为17.5m，最大开挖高度为13.08m，断面方186.2m3。埋深在3-25m之间，多为一倍洞径。工程位于青岛市老城区，隧道穿越云南路地下，道路的两侧均为密集的居民小区和高层建筑，隧道从建筑物边缘甚至下部通过，且地表埋深浅，建筑年代久远且较为密集，地下管线较多，给隧道的施工带来了极大的难度。为确保云南路隧道洞口和运营的安全，采用水平长大管棚超前支护加固技术，有效控制了地表沉降，其成功经验值得类似地下工程借鉴。
2.工法特点
2.1 浅埋暗挖隧道采用φ108大管棚支护，刚度大，能形成有效承载拱。 2.2 一次性施作30m以上的水平管棚，洞内不需作工作室，效率高。 2.3 设备简单，操作方便安全。
3.适用范围
3.1 适用于软弱围岩地层浅埋暗挖的地下工程超前支护。
3.2 适用于地下工程的不良地质灾害的处理，如富水断层、隧道坍方、高应力大变形围岩。 3.3 适用于城市下穿既有公路的地下工程的超前支护。
4.工艺原理
长大管棚是一种隧道及地下工程的超前支护技术，即按隧道开挖轮廓线外侧向前分地层按一定间距打入钢管，并通过钢管的出浆孔对土层进行注浆加固，钢管与地层形成承载拱，起到超前支护的作用，以控制洞室变形。
5.施工工艺及操作要点
5.1 施工工艺流程（见图5.1-1） 5.2施工操作要点
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5.2.1.施工准备
疏排地表水，洞口仰坡稳定地层，增设环型截水沟一道，拦截地表水建立枝状排水系统，使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围，以防积水下渗 。
5.2.2引排地下水
为引排洞口段地下水，在适当位置钻设２个20cm降水井，利用深井潜水泵和螺杆泵抽取地下水以疏干土体，降低洞口周围地下水位。 测量放线
导向护拱施工
钻机就位
引 孔 监 测
清 孔 钢管加工 顶进钢管
注浆参数选定 注 浆 封 口
图5.1-1 长大管棚施工工艺流程图
5.2.3导向护拱施工
为确保大管棚施工的精度，使钻头、钻杆钻进时始终保持同一钻进角度、方向。在管棚钻进前，先在隧道洞口浇注管棚施工导向混凝土护拱。导向护拱内安设导向管，导向管根据管棚进出口坐标，焊接定位固定于护拱内钢筋格栅钢架上，焊接前对每一根导向管位置进行坐标测量定位，施工时注意调整
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导向坐标时考虑由于钻机沉落或其它因素而产生的各种偏差，取调整误差1，导向管调整3.5cm，用于角度控制，防止由于各种因素造成管棚下垂而导致侵入隧道界限。
5.2.4 φ108大管棚加工及连接 为了使浆液充分渗入地层，使得隧道拱部围岩形成加固壳，管棚采用花管，即在钢管上布置φ10mm的注浆孔，孔眼排列呈梅花形，间距为25cm×25cm。钢花管加工见图5.2.4-1
每一根管棚在安装最后一节时，在钢管上要预留1.5m长不钻注浆孔，以起到止浆作用。
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钢管连接采用套管连接法（见图5.2.4-2）。
5.2.4-1 钢花管加工图
Ф10注浆孔
壁厚6mm的Ф114连接钢管内车丝扣壁厚6mm的Ф108分节管棚外车丝扣图5.2.4-2 钢管连接图
5.2.5钻孔
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钻孔选用0～360的地质钻机，采取隔一钻一方式。钻孔前应调整钻机位置，使钻杆能平顺地置于导向管内，开孔时低速慢进，保持钻干顺直，钻进过程中一般采取中压慢进，中等转速及中量循环液，防止钻速过快使钻道偏斜。
在钻孔过程中及时检查钻孔方向的准确性，经常用测斜仪测量钢管钻进的偏斜度，同时要把钻芯取出来，做好岩性记录，用以对隧道开挖提供超前地质预报。
5.2.6顶进钢管
使用钻机自身的伸缩进行顶管，一旦出现顶进困难时，采用手动葫芦固定于护拱上铺助顶进，下管时3m及6m钢管交叉使用。
5.2.7注浆
（1） 注浆参数的选定
注浆参数 水泥：水玻璃=1：0.5（体积比） 水 灰 比 1：1
水 玻 璃 35玻美度
注浆压力 初压0.5～1MPa；终压2～2.5MPa 缓 凝 剂 根据试验确定掺量 （2） 注浆施工
注浆前先用浆液把孔中水压出管外，待浆液流出并且浆液浓度与浆池中相同时，再密封孔口钢板，加压并要稳定压力在0.5～1Mpa之间，每根管棚要连续注浆，以设计注浆量和注浆终压作为注浆结果标准，设专人做好注浆记录。注浆结束后用M10水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。
5.2.8体会
（1） 城市浅埋隧道洞室开挖时，围岩的应力场和位移将发生调整，使洞室发生收敛变形，并波及地表，引起地表的沉降，根据开挖理论分析计算及地下工程现场监测数据表明，开挖导致的瞬时位移在施加初期支护形成受力之前，洞室的收敛位移增长很快，约占总位移的60%以上，因此浅埋暗挖隧道超前大管棚支护是控制地表沉降关键措施，对防止隧道塌方十分有效。
（2） 管棚在成孔过程中会产生一定程度的“超挖”，设计采用φ108管棚，孔直径将比钢管直径
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大15mm左右，此部分空间将由管棚注浆进行填充；本工程管棚穿越土层为粉质粘土和混合土，在注浆之前存在塌孔的危险，会产生一定的地表沉降，根据国内大管棚施工经验和数据分析，从最不利角度考虑，管棚塌孔引起的沉降在9mm左右，实测最大沉降量为6.3mm（此部分沉降渐变累计形成），对路面行车安全没有影响。
5.3 劳力组织（见表5.3-1）
表5.3-1 劳动力组织
序号 1 2 3 4 5 6 7 作业班组 现场管理人员 技术人员 测量员 试验员 钢筋班 钻孔班 注浆班 主要工作内容 现场组织、指挥和协调 施工方案的编制和实施 现场测量控制及监控量测 各种原材的检测，注浆参数的选定，现场试件的制作及强度试验等 钢筋加工，顶进及焊接 负责引孔 管棚注浆 人 数 1 2 3 3 10 12 8
6.材料与机具配备（见表6.1-1）
表6.1-1 机械设备 序号 1 2 3 4 5 6 机具名称 钻机 注浆机 电焊机 水泥搅拌机 手动葫芦 潜水泵 规格型号 TXU-200 BW-250 BX-400 350型 XQY-15 单 位 台 台 台 台 台 台 数 量 3 2 2 2 3 2 7.质量控制
1. 导向管的定位误差应＜10mm，倾角＜1，每钻进4～6m校正一次方位，及时纠偏。 2. 钻机工作平台要牢固，保证钻机处于稳定的工作状态。
3. 清孔后及时下管，防止坍孔。若遇孔内涌水涌泥，立即停钻，注浆封孔。 4. 钢管接头应错开，同一截面接头数不超过50%. 5. 为防止地表变形，应严格控制注浆压力和注浆量，及时调整注浆参数，同时进行地面变形监测。 6. 为提高管棚钢度，钢管内下钢筋笼或套管，管内注水泥浆。
7. 施工过程中认真记录钻进、钻渣、注浆情况，原始记录应作到全面、正确、及时。
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8.安全措施
1、建立健全安全岗位责任制，从指挥部到作业班组，实行安全责任检查制，专人负责制，对违章者严加惩处。
2、未经岗前教育和安全教育者不得上岗工作，考试不合格者也不得上岗工作。 3、施工现场的工作人员要戴安全帽，非人作工员不得进入施工现场。
4、加强对围岩进行动态监控量测及地表道路沉降观测，实行信息化管理，科学地组织施工。 5、拆卸钻杆时，要有统一指挥、明确联络信号，扳钳卡钻方向应正确，防止管钳及扳手打伤人。
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9.环保措施
1、网管内注浆时，操作人员应戴口罩、眼镜和胶手套。
2、施工过程中产生的废渣、废料，工后需认真清理，防止造成环境污染。 3、夜间施工，需有良好的照明条件，并降低噪音污染。
10.效益分析
城市浅埋暗挖隧道采用水平长大管棚超前支护，有效控制洞室变形和地表沉降，确保了城市道路干线的行车安全，综合效益显著，并形成一整套成熟的施工方法，对类似工程具有指导意义。
11.工程实例
青岛海底隧道接线工程超前支护为拱部φ108大管棚，长度为30m长，管棚间距0.4m，总计51根。根据工程进度安排，每天同时投入3台钻机，每台钻机每天完成1根管棚施工。连接线隧道开挖后，证明了水平超长大管棚超前预支护效果显著，地表最大沉降18mm，避免了隧道开挖后临空面失稳而导致塌方，施工安全得以保证，效果很好。
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