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[摘 要]超前大管棚支护技术在浅埋偏压公路工程的建设过程中发挥着重要的作用，能够切实提升公路隧道工程的稳定性和安全性，确保工程项目的顺利实施。文章就超前大管棚支护技术在浅埋偏压公路隧道工程施工中的具体应用进行相关探讨，以供同行参考。
[关键词]超前大管棚支护；浅埋偏压；公路隧道；应用
中图分类号：U459.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0208-01
一、大管棚超前支护作用原理分析
隧道大管棚超前支护就是将钢管沿着隧道开挖的外轮廓线打入地层之中，配合钢拱架形成隧道棚架预支护加固体系来承担管棚上部的荷载，同时采用钢管中布置的注浆孔向地层中注浆起到加固隧道软弱破碎带的作用，能够有效的提高地层的自稳能力。大管棚超前支护的具体作用机理主要有以下几方面。第一，梁拱效应。管棚支护技术主要在掌子面及后方位置设置支点支撑，进而形成一个梁式的结构，二者能够形成一个围绕着隧道洞周轮廓的壳状结构，能够较好的控制围岩的松动及坍塌问题；第二，加固效应。管棚支护技术能够将注浆浆液通过管棚中预先的孔注入到地层中，能够对软弱围岩的物理性质进行有效改善，提高围岩的承载能力，实现加固围岩的主要目的；第三，环槽效应。掌子面在施工爆破的过程中，将会产生大量的冲击波和气体，这些冲击波和气体传播到管棚内部较为密集的环形孔槽之后，可以被反射、吸收及绕射，有利于避免反向拉伸波所引起的围岩破坏及扰动；第四，缓冲作用。采用管棚支护其刚度较大，在施工过程中如果遇到塌方现象，坍塌的岩体也会直接滑落到管棚的上部围岩中，能够起到缓冲的作用。即使管棚出现了失稳的现象，其失稳的发生速率也相对较为缓慢。
二、超前大管棚支护技术的设计和施工要点
（1） 应依据围岩地质条件和施工条件共同确定管棚设计的各项技术参数。管棚主要包含了长管棚和短管棚两种。长管棚的长度需大于10m，一般长度范围在10-45m之内，管棚的直径大约为70-180mm，孔径则大约为20-30mm，环向的间距为0.2-0.8m，外插角为1°-2°。
（2）通常选取隧道中线左右各60°的范围进行施工，也就是总体120°的施工范围。打设的间隔通常为30-50cm，每一次掘进之后就开始打设。依据隧道围岩崩落的规模及具体的位置，可以适当调整施工范围和打设的间隔。
（3）应保证管棚间的纵向搭接长度大于1.5m，并选取工字钢或者格栅钢架作为钢拱架。一般而言，安装钢拱架的时候，其垂直安装的误差可以控制在±2°的范围内，中线和高程的误差范围可以控制在±5cm的范围内，要求钻孔的误差小于±15cm，角度的误差不大于±0.5°。此外不允许钢管侵入到已经开挖的轮廓线之中。
（4）需设置第一节钢管的前端为尖锥状，并选取4-6m的钢管逐段的将长钢管连接起来。打入一节之后再连接后一节。利用厚壁管箍在接头的位置上，且需上满长度不小于15cm的丝扣。同时在纵向位置上错开钢管的接头。
（5）在钻孔的时候，若出现了卡钻或者塌孔的问题，需要先进行注浆施工，然后再进行钻孔施工。对于有些类型的土质条件，可以直接顶入到围岩当中。
三、超前大管棚支护技术在浅埋偏压公路隧道中的具体应用
（一）超前大管棚支护应力技术在加固施工中的应用
施工过程中采用超前大管棚支护应力技术，目的是为了提高浅埋偏压公路隧道的承载能力，延缓其疲劳损伤寿命，满足现代运输条件要求。借助超前大管棚支护应力的加固方法以实现不同工程结构特质的浅埋偏压公路隧道承载力加强，在浅埋偏压公路隧道工程项目建设之中最普遍的就是：桥面补强加固法、体外超前大管棚支护应力加固法、粘贴钢板加固法。对构件施加超前大管棚支护应力是减小施工时混凝土初始应变的一种重要加固方式，该方法的核心之处就在于减缓了与构件初弯矩作用相联系的拉应变和压应变，以此建立了构件极限承载力时的应变增量，便于进行加固控制，有助于将发生在该浅埋偏压公路隧道工程建设期的承载力风险降至较低水平。为了规范该工程节点的施工质量和安全风险管理，必须对其超前大管棚支护应力的技术加固进行合理应用。
（二）超前大管棚支护应力技术在钢筋混凝土多跨连续梁的应用
超前大管棚支护应力技术在钢筋混凝土多跨连续梁的应用是指，用超前大管棚支护应力技术在连续梁的正弯矩区和负弯矩区处进行加固处理。该加固处理技术应用是在该浅埋偏压公路隧道工程施工建设条件可行性范围内，采用借助超前大管棚支护应力改变风险发生载体，或者将风险发生的因素消除，保护该浅埋偏压公路隧道工程行业项目免受施工风险的侵害。在浅埋偏压公路隧道所存在的正负弯矩区以及抗弯和抗剪承载力疲软区域，特别是工程主体结构的抗压物理性能必须借助超前大管棚支护应力技术的高强度碳纤维对其进行加固处理，以此提高工程结构的承载力。
四、浅埋偏压公路隧道中超前大管棚支护应力所存在的问题
（一）超前大管棚支护应力张拉的时间问题
超前大管棚支护应力张拉的时间掌控是进行施工质量保障管理的一个重要组成内容。该施工阶段在时间技术上的管理所针对的主体，通常是混凝土强度级别成型的过程。如若前期由于混凝土强度增加过快，相应的弹性模量增加过于缓慢，风险就会由此产生，主要在于超前大管棚支护应力的损失有所增加，浅埋偏压公路隧道应对承载物的支撑力就会不够，结构上会形成相应的裂缝，后期的跟进施工进程就无法制定与实施。相反，如果任由混凝土强度过快增加，那就会导致弹性模量增加的过程异常缓慢。此外采用早期强度的混凝土做检测试块来代替实际强度，也会带去相应的承载力问题。据相关研究表明，早期使用早强剂的混凝土都不能达到实际标准。浅埋偏压公路隧道混凝土中早强剂的使用应对措施，会对超前大管棚支护应力张拉实施效果产生重要影响。
（二）超前大管棚支护应力钢筋管道堵塞问题
由于浅埋偏压公路隧道所在施工区域缺乏优良性，同时不可避免的存在施工人员的技术经验不足以及保护措施不够，导致在施工时超前大管棚支护应力钢筋的管道出现堵塞，后果往往是张拉超前大管棚支护应力的钢筋不能够顺利通过，从而影响张拉的实际效果，出现这样的问题就会促使工程造价成本提升，并降低安全性。所以为了避免出现超前大管棚支护应力钢筋管道堵塞问题，就应当将过程中的可能障碍优先考虑在内，预先做好管道内部的精确定位。由于对于抽芯时间的控制把握有利于孔道的施工，所以在工程方案设计的前期就应当对其对应路段孔道带的地质水文情况进行地质检测，以此作为抽芯时间确定的基础数据。如果遇到处理难度大的不良施工路段，尽可能的采取绕道减少穿越范围，防止管道出现弯折、扭曲等现象。在施工过程中应尽可能地制定详实的施工技术方案，采取必要的安全施工措施，应尽量避免非专业化操作，安排工程技术人员全程跟进施工过程。
总之，超前大管棚支护技术在浅埋偏压公路隧道工程的广泛应用已经得到了业界的认可，其能切实提升隧道结构的稳定性和安全性，确保工程项目的顺利施工。但是我们也应该看到，我们对超前大管棚支护技术的应用水平和区域范围还有待于进一步提高。还应该在实践过程中不断丰富和完善该技术，为浅埋偏压公路隧道工程尤其是大跨复杂浅埋偏压公路施工技术管理以及安全控制，提供相应的解决思路和可行性控制方案。
参考文献
[1]郑君智.浅埋偏压隧道施工技术[J].企业科技与发展，2015，03
[2]汪正榜.高速公路隧道洞口浅埋段施工技术探析[J].交通建设与管理，2015，Z2
[3]杨基.公路工程中隧道施工关键技术及措施研究[J].科技资讯，2015，08
[关键词]超前大管棚支护；浅埋偏压；公路隧道；应用
中图分类号：U459.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0208-01
一、大管棚超前支护作用原理分析
隧道大管棚超前支护就是将钢管沿着隧道开挖的外轮廓线打入地层之中，配合钢拱架形成隧道棚架预支护加固体系来承担管棚上部的荷载，同时采用钢管中布置的注浆孔向地层中注浆起到加固隧道软弱破碎带的作用，能够有效的提高地层的自稳能力。大管棚超前支护的具体作用机理主要有以下几方面。第一，梁拱效应。管棚支护技术主要在掌子面及后方位置设置支点支撑，进而形成一个梁式的结构，二者能够形成一个围绕着隧道洞周轮廓的壳状结构，能够较好的控制围岩的松动及坍塌问题；第二，加固效应。管棚支护技术能够将注浆浆液通过管棚中预先的孔注入到地层中，能够对软弱围岩的物理性质进行有效改善，提高围岩的承载能力，实现加固围岩的主要目的；第三，环槽效应。掌子面在施工爆破的过程中，将会产生大量的冲击波和气体，这些冲击波和气体传播到管棚内部较为密集的环形孔槽之后，可以被反射、吸收及绕射，有利于避免反向拉伸波所引起的围岩破坏及扰动；第四，缓冲作用。采用管棚支护其刚度较大，在施工过程中如果遇到塌方现象，坍塌的岩体也会直接滑落到管棚的上部围岩中，能够起到缓冲的作用。即使管棚出现了失稳的现象，其失稳的发生速率也相对较为缓慢。
二、超前大管棚支护技术的设计和施工要点
（1） 应依据围岩地质条件和施工条件共同确定管棚设计的各项技术参数。管棚主要包含了长管棚和短管棚两种。长管棚的长度需大于10m，一般长度范围在10-45m之内，管棚的直径大约为70-180mm，孔径则大约为20-30mm，环向的间距为0.2-0.8m，外插角为1°-2°。
（2）通常选取隧道中线左右各60°的范围进行施工，也就是总体120°的施工范围。打设的间隔通常为30-50cm，每一次掘进之后就开始打设。依据隧道围岩崩落的规模及具体的位置，可以适当调整施工范围和打设的间隔。
（3）应保证管棚间的纵向搭接长度大于1.5m，并选取工字钢或者格栅钢架作为钢拱架。一般而言，安装钢拱架的时候，其垂直安装的误差可以控制在±2°的范围内，中线和高程的误差范围可以控制在±5cm的范围内，要求钻孔的误差小于±15cm，角度的误差不大于±0.5°。此外不允许钢管侵入到已经开挖的轮廓线之中。
（4）需设置第一节钢管的前端为尖锥状，并选取4-6m的钢管逐段的将长钢管连接起来。打入一节之后再连接后一节。利用厚壁管箍在接头的位置上，且需上满长度不小于15cm的丝扣。同时在纵向位置上错开钢管的接头。
（5）在钻孔的时候，若出现了卡钻或者塌孔的问题，需要先进行注浆施工，然后再进行钻孔施工。对于有些类型的土质条件，可以直接顶入到围岩当中。
三、超前大管棚支护技术在浅埋偏压公路隧道中的具体应用
（一）超前大管棚支护应力技术在加固施工中的应用
施工过程中采用超前大管棚支护应力技术，目的是为了提高浅埋偏压公路隧道的承载能力，延缓其疲劳损伤寿命，满足现代运输条件要求。借助超前大管棚支护应力的加固方法以实现不同工程结构特质的浅埋偏压公路隧道承载力加强，在浅埋偏压公路隧道工程项目建设之中最普遍的就是：桥面补强加固法、体外超前大管棚支护应力加固法、粘贴钢板加固法。对构件施加超前大管棚支护应力是减小施工时混凝土初始应变的一种重要加固方式，该方法的核心之处就在于减缓了与构件初弯矩作用相联系的拉应变和压应变，以此建立了构件极限承载力时的应变增量，便于进行加固控制，有助于将发生在该浅埋偏压公路隧道工程建设期的承载力风险降至较低水平。为了规范该工程节点的施工质量和安全风险管理，必须对其超前大管棚支护应力的技术加固进行合理应用。
（二）超前大管棚支护应力技术在钢筋混凝土多跨连续梁的应用
超前大管棚支护应力技术在钢筋混凝土多跨连续梁的应用是指，用超前大管棚支护应力技术在连续梁的正弯矩区和负弯矩区处进行加固处理。该加固处理技术应用是在该浅埋偏压公路隧道工程施工建设条件可行性范围内，采用借助超前大管棚支护应力改变风险发生载体，或者将风险发生的因素消除，保护该浅埋偏压公路隧道工程行业项目免受施工风险的侵害。在浅埋偏压公路隧道所存在的正负弯矩区以及抗弯和抗剪承载力疲软区域，特别是工程主体结构的抗压物理性能必须借助超前大管棚支护应力技术的高强度碳纤维对其进行加固处理，以此提高工程结构的承载力。
四、浅埋偏压公路隧道中超前大管棚支护应力所存在的问题
（一）超前大管棚支护应力张拉的时间问题
超前大管棚支护应力张拉的时间掌控是进行施工质量保障管理的一个重要组成内容。该施工阶段在时间技术上的管理所针对的主体，通常是混凝土强度级别成型的过程。如若前期由于混凝土强度增加过快，相应的弹性模量增加过于缓慢，风险就会由此产生，主要在于超前大管棚支护应力的损失有所增加，浅埋偏压公路隧道应对承载物的支撑力就会不够，结构上会形成相应的裂缝，后期的跟进施工进程就无法制定与实施。相反，如果任由混凝土强度过快增加，那就会导致弹性模量增加的过程异常缓慢。此外采用早期强度的混凝土做检测试块来代替实际强度，也会带去相应的承载力问题。据相关研究表明，早期使用早强剂的混凝土都不能达到实际标准。浅埋偏压公路隧道混凝土中早强剂的使用应对措施，会对超前大管棚支护应力张拉实施效果产生重要影响。
（二）超前大管棚支护应力钢筋管道堵塞问题
由于浅埋偏压公路隧道所在施工区域缺乏优良性，同时不可避免的存在施工人员的技术经验不足以及保护措施不够，导致在施工时超前大管棚支护应力钢筋的管道出现堵塞，后果往往是张拉超前大管棚支护应力的钢筋不能够顺利通过，从而影响张拉的实际效果，出现这样的问题就会促使工程造价成本提升，并降低安全性。所以为了避免出现超前大管棚支护应力钢筋管道堵塞问题，就应当将过程中的可能障碍优先考虑在内，预先做好管道内部的精确定位。由于对于抽芯时间的控制把握有利于孔道的施工，所以在工程方案设计的前期就应当对其对应路段孔道带的地质水文情况进行地质检测，以此作为抽芯时间确定的基础数据。如果遇到处理难度大的不良施工路段，尽可能的采取绕道减少穿越范围，防止管道出现弯折、扭曲等现象。在施工过程中应尽可能地制定详实的施工技术方案，采取必要的安全施工措施，应尽量避免非专业化操作，安排工程技术人员全程跟进施工过程。
总之，超前大管棚支护技术在浅埋偏压公路隧道工程的广泛应用已经得到了业界的认可，其能切实提升隧道结构的稳定性和安全性，确保工程项目的顺利施工。但是我们也应该看到，我们对超前大管棚支护技术的应用水平和区域范围还有待于进一步提高。还应该在实践过程中不断丰富和完善该技术，为浅埋偏压公路隧道工程尤其是大跨复杂浅埋偏压公路施工技术管理以及安全控制，提供相应的解决思路和可行性控制方案。
参考文献
[1]郑君智.浅埋偏压隧道施工技术[J].企业科技与发展，2015，03
[2]汪正榜.高速公路隧道洞口浅埋段施工技术探析[J].交通建设与管理，2015，Z2
[3]杨基.公路工程中隧道施工关键技术及措施研究[J].科技资讯，2015，08