引言
交通基础设施建筑逐渐推进下，新建隧道往往会面临多种围岩条件及复杂的工况，这种情况下，加大了隧道的施工难度[1]。当隧道上方存在建筑物时，若存在施工控制不当的情况，会导致不均匀沉降问题的出现，严重情况下会对人们生命安全带来较大威胁，所以，本文重点对大管幕支护技术相关内容进行分析，具体如下。
1浅埋隧道大管幕支护技术分析
1.1技术分析
对于大管幕支护技术而言，是在地层中形成水平向的施工帷幕，通过单管顶进的方式，在管与管连接下，获得封闭或半封闭的管幕支护，对地下水进行隔离的同时，使工程施工更加安全。这种支护技术存在较多的特点[2]，第一，作业空间较小；第二，可以通过小型化设备，进行复杂断面大型隧道建造；第三，地质适应能力较强，断面灵活。该技术主要适用范围包括：下穿工程、浅埋隧道工程、特大断面隧道工程。
1.2工程概况
某工程为双线8车道，左右线长分别为1148m、1123m,在左线与右线出口处，属于超浅埋暗挖段，其中覆土厚度处于1.9~8.5m范围内，管幕支护长度为90m,总施工长度为12400m。大管幕钢管上带有mm注浆管，按照大管幕钢管纵向进行布设并焊接，将其作为隧道开挖及大管幕施工沉降补偿注浆措施的实施载体。施工现场，准备两台大管幕管排钻机，并且，存在长度为12m的一次施工钢管，同时顶进2根钢管。该工程中，左、右线隧道围岩主要有全风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩等，实际开挖环节，地表水会对地下水产生直接影响，雨季时呈淋雨状出水，很容易导致围岩坍塌，若未能进行有效处理，会发生严重的坍塌问题，为保证实际支护质量，结合工程实际，进行了浅埋隧道大管幕支护力学特性及施工技术研究。
2浅埋隧道大管幕支护力学特性分析
2.1力学模型
力学模型建立过程中，主要应用MIDAS-GTS NX软件进行模型构建，坐标系为O-XYZ。模型建立过程中，X轴方向取70m，Y轴方向取50m，Z轴洞顶向上、隧道洞口向下分别为3m、26m。力学模型从整体结构中选取，上下左右面均属于非自由面，按照相关规范要求，高速公路上表面荷载为20kN/m，将位移约束施加于其他面。
2.2有限元参数计算
选择植入式梁单元进行管幕模拟，选择平面应变单元进行注浆模拟，模拟环节，假设两者不存在滑移情况。基于有限元模拟中，构件不同时，材料属性也会不同，为有效简化模型，选择锚杆、喷混、钢架组合体作为初期支护，根据以下公式，计算其等效弹性模量：
式子中，表示的是组合体综合弹性模量；表示的是喷射混凝土弹性模量；表示的是钢拱架截面面积；表示的是喷射混凝土截面面积。
根据以下公式计算管幕、管棚等效弹性模量：
式子中，表示的是管幕、管棚等效弹性模量；表示的是管幕、管棚浆液弹性模型；表示的是管内浆液惯性矩；表示的是管幕、管棚弹性模量；表示的是管幕、管棚惯性矩。
根据以下公式，进行等效重度计算：
式子中，表示的是等效重度；表示的是管内浆液重度；表示的是管内浆液截面面积；表示的是管幕、管棚重度；表示的是管幕、管棚截面面积。
3浅埋隧道大管幕支护技术应用结果分析
3.1地表沉降对比分析
（1）施工结束地表沉降情况。隧道施工环节，可通过Peck公式对地表最大沉降进行预测，隧道开挖环节，会对洞径2.0~2.5倍的区域产生影响，超过这一范围基本不会受到影响。因此，施工环节应重点控制影响严重位置的沉降，同时还应科学制定出应急策略。没有进行超前支护时，完成开挖工作的沉降为30.01mm，实施超前支护后，完成开挖工作的沉降为15.22mm,选择大管幕超前支护模式，沉降情况为11.38mm，同时，沉降均位于隧道上方。沉降控制效果上，管棚超前支护应用下，减少了49.28%的地表沉降，大管幕超前支护应用下，减少了62.08%的地表沉降。按照相关规范，设定本工程沉降控制标准为20mm,通过超前支护的应用，将地表沉降控制在了合理范围内，获得了较好的控制效果。隧道刚开始开挖时，没有 进行超前支护的地表沉降值会突然增大，主要是由于隧道开挖会降低围岩承载力，进而造成地表沉降，因此，需要制定出超前支护方案，不断提升围岩承载力，合理控制高速公路地表沉降。通过管棚与大管幕超前支护联合下，会对地表沉降进行有效控制，上台阶施工开挖环节，需要及时采取相应的支护措施，以免因为沉降问题，影响到路面的安全通行。
（2）隧道施工纵向影响范围。因为上台阶开挖环节会出现较为严重的地表沉降问题，因此，只对上台阶开挖对地表沉降产生的影响进行分析。开挖上台阶至5m时，地表纵向中心关键点累计沉降值如表1所示。
表1 开挖5m时关键点累计沉降值
虽然有超前支护与无超前支护存在相同的沉降规律，不过超前支护模式的应用下，可以有效减少地表沉降。开挖面间的距离与地表沉降密切相关，距离越近，沉降值则会越大，角力越小，沉降值也会越小。上台阶开挖过程中[3]，变形范围集中于2倍洞径。最大沉降值为与洞口处，因此，实际施工环节，需要对洞口进行预加固，通过大管幕超前支护的方式，对变形进行控制，也可施加一些其他的加固方式，如套拱、预注浆等，同时施工环节应将重点放在变形较大的区域，并对突发情况进行预防。
3.2围岩变形分析
没有进行超前支护时，完成隧道开挖工作后，拱顶沉降为31.71mm,而在管棚与大管幕超前支护下，沉降情况明显减少，管棚支护沉降为16.07mm，大管幕支护为12.04mm。从而可以得出，超前支护下，会对拱顶沉降进行有效控制，尤其是大管幕支护模式下，会获得更好的降低沉降效果。并且，在无超前支护下，进行隧道开挖会存在较大的水平位移，而在管棚及大管幕超前支护下，能够有效减少水平位移，从而对围岩变形进行有效控制。施工中可选择加锁脚锚杆等方式进一步加固，提升施工安全性。
3.3衬砌内力分析
首先，拉应力分析。没有进行超前支护时，初次衬砌最大拉应力达到了11.36 MPa,通过管棚支护后，初次衬砌最大拉应力为5.25 MPa,而在大管幕超前支护下，初次衬砌最大拉应力为4.67 MPa,均在C25喷混抗拉强度之上[4]，因此，需要重点分析钢拱架应力与拉应变，根据相关规范。对无超前支护、管棚超前支护、大管幕超前支护钢拱架最大拉应力与喷混最大拉应变进行分析，得出无超前支护钢拱架最大拉应力为103.76kN/mm2，喷混最大拉应变为4.94e-4, 管棚超前支护最大拉应力为47.87kN/mm2，喷混最大拉应变为2.28e-4, 大管幕超前支护钢拱架最大拉应力为42.64kN/mm2，喷混最大拉应变为2.03e-4。施加钢拱架后，最大应力满足实际要求，因此需要分析衬砌压应力。其次，施工环节，拱顶、拱底及拱腰位置处，存在应力集中情况，需重点加固。无超前支护下，衬砌最大压应力为14. 67MPa; 管棚超前支护下，衬砌最大压应力为6. 58MPa; 大管幕超前支护下，衬砌最大压应力为6. 13 MPa，相关设计规范中提出，C25 喷射混凝土弯曲抗压强度为13.5C25 MPa，由此可以得出，无超前支护不满足规范要求，其余两个超前支护模式，均满足规范要求，能够使施工更加安全。
3.4超前支护选择
通过以上分析可以发现，同无超前支护模式相比，管棚与大管幕超前支护方式的应用，均可对地表沉降进行控制，不过大管幕超前支护效果更好。在拱顶沉降控制效果上，与无超前支护对比，管棚与大管幕超前支护应用后[5]，均可以有效减少拱顶沉降，同样，大管幕超前效果更好。在围岩水平位移控制上，与无超前支护相比，通过应用管棚与大管幕超前支护模式，有效减少了最大水平位移，大管幕超前支护可以获得更好的效果。在衬砌受力方面，无超前支护不满足受力要求，其余两种方式均满足受力要求。由此可以看出，为提升浅埋隧道施工水平，有效控制地表沉降，应选择大管幕超前支护方式。
4浅埋隧道大管幕支护技术的施工应用
（1）施工准备。施工开始前，应焊接锁扣，选择标准299*10mm无缝钢管设计大管幕，选择45*45*6角铁，进行锁扣的自动焊接加工，大管幕钢管母扣角铁上方固定安装标准42*4mm注浆管。
（2）设备安装调试。按照施工位置，进行钻机支架科学布置，进行钻进设备调整，使其中心处于初始位置，对大管幕设备状态进行检查，接口连接上，需要具备加强的牢固性及严密性，并且还应足够准确，保证设备处于良好状态后，才能进行施工操作。
（3）管排拼接。通过吊车配合人工的方式，在锁扣加工区将带有锁扣的钢管穿入拼接，同时在钢管中置入螺旋钻杆。
（4）钢管、管排对位。通过吊车向钻机顶进槽中运送钢管或管排，通过适当调整，保证钻机与钻杆良好连接；管幕设备底部位置处，可装有水平移动的行走轨道，按照提前管幕钻孔点位，利用手拉葫芦对管幕设备进行微调处理，保证中轴线位置的准确性。
（5）调整钢管、钻机或管排轴线。将光源设备放在螺旋钻杆内部的中心位置，进行尾部经纬罗盘照射，从而对顶进轴线是否存在偏移情况进行了解[6]，实际转进环节，如果管排或钢管存在轴向偏移情况，应按照偏移方向，对两根钢管实际钻进速度进行调整，如果向左偏移，应提升左边钢管钻进速度，如果向右偏移，则需要提升右边钢管钻进速度，解决偏移问题，保证两根钻杆具备相同的速度。
（6）坡度调整。钢管顶进前，需要掌握管尾及管头标高情况，对管头高度进行科学调整，保证钢管整体坡度合理。顶进环节，将塑料吸管穿入到注浆管中，在注浆管最深处固定住测量管口，对钢管顶高差进行测量，在顶进设备后部标高控制显示区固定住管尾部，在外部向管中滴水，待平衡时，基于连通器原理下，保证标高控制显示区准确显示出管头标高，对钢管前端位置情况进行实时观测，通过对钢管与钻头间的相对位置，开展实际纠偏工作。管头前端位置处，进行坡口型管头设置，将坡口角度设置为60°，钢管向下偏移时，对钻头位置进行调节，保证桩头位置处于坡口后方，实现先顶进、再钻进，调节坡口角度，使钢管向上偏移，并对钻头位置进行调节，保证其处于坡口前方，实现先钻进、后顶进，钢管顶进环节，钢管前端土体因为先顶进较为松散，会使得钢管前端向下沉降并偏移。在试验分析中得出，将钻头超前距离设置为30cm时，获得的纠偏速度最快。
（7）钢管排顶进与轨迹监测[7]。顶进钢管时，已经通过锁扣的方式，成为相互制约的轨道，所以首根钢管顶进的方向与位置尤为重要，会对后续管排施工是否准确产生直接的影响，所以，已经重点做好导向管施工轨迹的监测工作。水平位移监测方面，将光源安装于钻杆钻头内，利用经纬仪对偏差进行测量，并通过与轴线的对比，获得水平位移角度。在竖向位移监测上，注浆管顶进前，在其内部安装水平测量管，实际顶进环节，在相关设备应用下，对钻头标高进行了解，掌握管头上下位移情况。完成观测后，及时进行纠偏处理，避免出现较大的顶进偏差，对位安装后进行焊接，通过实际检验，合格后才可继续顶进，开展循环作业。顶进结束后，回拔钻杆，移机至后续孔位，完成所有孔位顶进工作。
（8）封孔注浆。完成大管幕钢管顶进后，通过在入口处焊接钢板的同时，将管口封闭，应事先留出透气孔及注浆孔，透气孔处于钢管侧面顶部，注浆孔处于管口端面上部，将注浆管接头焊接在注浆导管端头上，同时安装阀门，并在其中注入水泥浆，按照沉降监测，将水泥浆充填至钢管内部，注浆压力应低于0.2 MPa。
结论
综上所述，浅埋隧道施工中，大管幕支护方式存在较大的应用优势，能够对地表沉降与围岩变形进行有效控制，衬砌内力也满足实际工程要求，可作为浅埋隧道施工首选的一种超前支护方式，实际应用环节，为保证大管幕支护方式作用的良好发挥，需要对其施工技术具体应用进行分析，提升支护效果的同时，保证浅埋隧道施工质量。
