1 工程概况

中山至阳春高速公路开平至阳春段茶园坳隧道位于广东省阳春市春湾镇，隧道左线起讫桩号为ZK45+015—ZK45+446，全长431m；隧道右线起讫桩号为K44+990—K45+445，全长455m，最大埋深约94m，最大净距15m，最小净距13m，属小净距式隧道。

茶园坳隧道采用的辅助施工措施为：超前长管棚（洞口段）、超前小导管（无管棚支护的Ⅴ、Ⅳ级围岩地段）、超前锚杆（Ⅳ级围岩地段）。超前长管棚均采用φ108mm×6mm热轧无缝钢管，环向间距为40cm，接头用15cm的丝扣直接对口连接；超前小导管采用外径50mm、壁厚5mm、长450cm（或400cm）的热轧无缝钢管；超前锚杆采用长450cm的φ22mm砂浆锚杆，环向间距为40cm（或45cm）。

ZK45+239～251段施工中，该处围岩等级为IV级，施作XXS-IVb型衬砌，设置单层φ50mm超前小导管，长度4.5m，环向间距为40cm，构成本隧道的超前支护体系。系统锚杆所用材料为φ22mm药卷锚杆，长4.0m，以I18b为原材料制得钢架结构，各材料纵向间距保持一致，为80cm。C30钢筋混凝土是重要材料，施工后可形成厚50cm的二次衬砌。

根据工程实际情况，由于进洞施工难度较大，存在大开挖断面，且根据勘察资料得知，洞口处埋深较浅，含大量松软的砂岩与泥岩，伴随明显的风化剥蚀现象，施工中易发生坍塌。对此，为确保进洞施工安全性，采取大管棚超前支护的方式，并通过小导管有效注浆，提升隧道围岩稳定性，沿着开挖轮廓线构成完整的棚幕，洞口边仰坡稳定性随之提升，为进洞创造良好条件。

在洞顶轮廓开挖线周边环向设置钢管，对其实施压力注浆。实际开挖作业时，在环向钢管的作用下形成棚架，给现场施工作业创造了安全的环境，有利于排除安全隐患。水泥浆液固结后将在隧道内形成完整的拱结构，且隧道纵向将形成梁结构，这一现象的出现与围岩、钢管的组合作用有关，形成的固结圈具备较高的刚度，大幅提升围岩自稳能力，有效避免围岩变形现象。

1）钢管选择本工程采用热轧无缝钢管，规格为φ108mm×6mm。

2）钢管接头采取丝扣连接的方式，控制螺纹段长度，此部分至少为15cm，且注意相邻钢管接头位置，错开间距为1.0m；同一截面钢管接头数须在钢筋总根数的50%内。

3）钢管注浆孔设置确定各孔的合适位置，间距为15～20cm，采取梅花形布置，孔径10～26mm；较特殊的是钢管尾部，该区域不钻花孔。

4）管棚管距采取环向间距为40cm的设计标准，钢管总量为41根，控制外插角，稳定在1°～3°。

水泥砂浆水灰比为0.8～1.0，不同阶段注浆压力存在差异，初始时期稳定在0.8～1.0MPa，经持续注浆后，终压为2.0MPa，且要做到一次性注浆成型。

搭建大管棚超前支护结构，处理固定端，该处设置3榀I18C25混凝土套拱导向墙，于内部设置长2m的导向钢管，总量为41根，采取140mm×5mm布置方式，所有导向钢管姿态都要足够合理，即外插角1°～3°。

超前大管棚施工流程：搭建施工平台→测量定位→搭建I18b钢架→定位导向管→立模并浇筑→钻孔→设置φ127mm管棚钢管→注浆→封孔。

1）选择I18b钢架，以此为基础材料搭建施工平台，以满足管棚施工需求。施工过程中应注重对各项指标的控制，确保钻孔作业效率。形成的施工平台应具有足够的稳定性，为后续施工创造安全的环境，提升施工效率。

2）测量定位(1)测量定位掌握钢拱架的位置情况，主要考虑3部分：纵向中轴线位置、拱架脚高程及彼此形成的纵向间距；(2)引入坐标法，基于此方法做好导向管的测量定位工作。首先要获得具体的平面位置，对应至工字钢架外轮廓线上，严格控制导向管倾角，利用坡度板提升定位精度；对于导向管外插角的控制，宜采用前后差距法。

3）搭建钢架I18钢拱架可拆分为3个单元，所有节段端部都采取焊接措施，钢板厚度为16cm，各单元采取螺栓连接的方式，从而构成完整的拱架结构。对于曲线单元节段的制作，考虑到精度与效率双重要求，适配型钢弯曲机。经施工后，要求架脚处足够稳定，且应设置在平稳、坚实的基岩面，否则会对平整度带来影响。

4）固定导向管此处选择长2m的φ140mm×5mm钢管，要求各导向管与拱架均稳定连接。

5）套拱立模浇筑施工此环节使用到模注泵，整个立模工作可分为内模、外模和端头模3个部分，依次设置并使其具有足够的稳定性。由于立模作业时易出现导向管堵塞现象，因此在实际操作中要有效保护管口，以免杂物进入其中。

6）管棚钻孔作业应在套拱硬度符合设计要求的基础上进行，采取液压钻进的方式，使用φ15cm钻头。根据工程经验，一次性完成钻孔难度较大，仅在地质条件极为优良的情况下才可达到良好效果。实际施工中，如卡钻、坍孔等问题尤为常见。为此，需事先做好注浆施工作业，无误后方可钻孔。初期以低压、低速钻进的方式为宜，当孔深达到1.0m时即可加快钻进速度。通过分析钻进情况来评价成孔质量，各项指标必须与设计要求相符。钻进作业时相关参数都要完整记录，以便为后续施工作业提供指导。

7）清孔结束钻孔施工后，可采取高压风清孔的方式处理各类残渣，不可出现堵孔现象。现场配备测斜仪、经纬仪等高精度仪器，检验成孔质量，各项指标的偏差需控制在合理范围内。

使用热轧无缝钢管，规格为φ108mm×6mm，通过丝扣连接的方式有效处理钢管接头，将各钢管连接成稳定的整体结构。在设置好的钢管上钻注浆孔，孔径为10～16mm，孔间距控制在15～20cm，且孔布置均呈梅花形。

超前小导管注浆施工流程：封闭工作→钻孔→制作、安设小导管→安装设备、连接管路及密封孔口→压水检查达到要求→拌制浆液并注浆→压力、流量达到要求→结束。

严格控制原材料，使用φ45mm热轧无缝钢花管，外径为50mm、壁厚5mm。考虑到钻孔质量与效率双重要求，使用YT-28风动凿岩机，调整小导管外插角在合理范围内，通过人工作业的方式完成小导管安装作业，经焊接后使其与钢架稳定连接。注浆作业时，采取水泥单浆液，压力维持在0.8MPa，根据现场情况灵活调整浆液参数。小导管形态上应呈前端尖锥形，通过焊接的方式处理尾部，于该处设置φ8钢筋加劲箍，各钻眼均匀分布在管壁上，间距为15cm。小导管加工如图1所示。

结束钻孔作业后，置入小导管，通过焊接的方式将其尾部与钢架连接为稳定的整体，此时预支护结构随之形成。之后施作止浆墙，在此基础上展开注浆作业。各阶段注浆压力不尽相同，应从0开始逐步加压，达到1.5MPa后维持该状态3min，检查此时的注浆量，当其变小后可随即暂停注浆作业。考虑到浆液容易外流，必须采取合适的堵口措施，且施工中应做好监测工作，实时掌握注浆状况。

结束注浆作业后，随即采取焊接钢板的方式封堵注浆孔。关于阀门的设置，以注浆管预留处为宜，要求堵头足够严密。此外，要注意导向管与钢管的位置，二者易出现空隙，该处需使用水泥砂浆有效封堵，以免在外界因素作用下使得管棚支护体系的整体稳定性受到影响。

综上所述，从隧道工程实际情况出发，搭建超前大管棚，并辅以小导管注浆技术，在其支持下展开施工作业。实际结果表明，各环节质量都与设计要求相符，并达到安全进洞的目标。