淺析管棚支護(hù)注漿技術(shù)在烏石隧洞塌方處理實(shí)踐中的應(yīng)用

羅宗保

（漳州市峰頭水庫管理局 福建 漳州 363000）

1 管棚支護(hù)技術(shù)的基本原理

在未開挖的隧道斷面前將鋼拱架立好，然后鉆孔將鋼管打入圍巖，將鋼管的外露部分直接焊接在拱架上，使得開挖面上形成一個棚，起到保護(hù)作用。管棚中的鋼管不僅具有錨桿的功能，能夠增強(qiáng)圍巖部分的整體性；還具有簡支梁的作用，一端嵌入圍巖，一端焊在拱架上，從而形成簡支梁的彈性支撐，承擔(dān)著拱架上方松散下墜圍巖的荷載。然后通過鋼管對周邊松散的巖體進(jìn)行注漿，使得開挖段圍巖固結(jié)起來形成保護(hù)棚，確保開挖段的施工安全。

2 工程概況

古雷區(qū)域引水工程第二標(biāo)段烏石隧洞工程，樁號為 D3 0+000～D3 2+628.76，隧洞長度為2628.76m，土洞開挖斷面下口為2500mm，高度為3200mm，上斷面的半徑1600mm，二次襯砌為400mm厚的C25鋼筋混凝土。烏石隧洞是本標(biāo)段最長的隧洞，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，隧洞沿線基本是低山丘陵地貌，隧洞埋深40m～50m，巖層為強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化地層，容易受地表水滲透，隧洞開挖臨時支護(hù)采用錨噴網(wǎng)，永久支護(hù)采用400mm厚鋼筋混凝土襯砌。由于烏石磚廠廠區(qū)的邊坡開挖線距離隧洞軸線不足18m，山體的植被均被磚廠清表干凈，原排水山溝也被回填占用，目前磚廠的地面高程比烏石隧洞底高程高出3.2m，所以后山的淺層地下水均往隧洞匯集。當(dāng)土洞開挖至0+145樁號，隧洞內(nèi)出現(xiàn)明顯的滲漏現(xiàn)象；當(dāng)施工至0+273段時，在掌子面噴護(hù)0.5h后突然出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，并隨之發(fā)生塌方。在采取增加支撐和回填孔洞等應(yīng)急措施后，第二天出現(xiàn)泥漿從掌子面涌出的現(xiàn)象，當(dāng)天洞內(nèi)淤泥厚度達(dá)30cm～40cm，長度為120m，清淤工作根本無法開展。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，在洞口排水溝的出水處，水深為10cm～20cm，流量為 0.33m3/s～0.52m3/s，這說明山上的淺層地下水的蘊(yùn)藏量較大。

3 隧洞塌方處理方案

建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和施工單位等相關(guān)部門到現(xiàn)場對隧洞塌方情況進(jìn)行勘測，并在現(xiàn)場項(xiàng)目部召開了隧洞塌方處理專題會議。根據(jù)古雷區(qū)域引水工程第一標(biāo)段類似情況、以往的塌方處理經(jīng)驗(yàn)和結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，會議確定了烏石隧洞0+273的塌方處理方案為禁堵水、筑管棚和短進(jìn)尺。禁堵水也就是施工導(dǎo)流，在塌方處人工挖出導(dǎo)流平臺，在平臺前方采用漿砌石攔截山溝水流，然后布置2根φ315mm雙壁波紋管進(jìn)行導(dǎo)流，將塌方處回填土方并在其上覆蓋3層地膜，保證隧洞內(nèi)作業(yè)面無滲漏現(xiàn)象；在隧洞內(nèi)布置φ110PVC管將洞內(nèi)的涌水導(dǎo)流到洞外，使得洞內(nèi)的淤泥含水量有所降低以利于清淤，定期清理洞外的排水溝，保證排水順暢。筑管棚就是從0+273開始間隔1m往前后方向進(jìn)行環(huán)形布置，對鋼管進(jìn)行注漿，先注漿角度小后注漿角度大，保證一定的注漿量，確保施工安全；短進(jìn)尺就是每次開挖的進(jìn)尺在1m以內(nèi)，開挖后采用模板將開挖面封閉起來。

4 具體處理方案

4.1 支護(hù)方式

隧洞塌方具體的支護(hù)方式采用鋼拱架架立+管棚支護(hù)+噴射鋼筋混凝土支護(hù)，如圖1所示。鋼拱架采用HW175H型鋼，鋼拱架架立后將鋼管和錨桿焊接在鋼拱架上，鋼拱架底部對撐桿件為12工字鋼，拱架與拱架之間采用Φ25鋼筋和 [8槽鋼進(jìn)行連接，嚴(yán)格控制鋼拱架的中心位置，鋼拱架的連接件應(yīng)焊接牢固。管棚的鋼管采用φ50的無縫鋼管，將一頭削成30°圓錐形，在管上每300mm梅花形布置Φ10mm的孔，如圖2所示。在隧洞的輪廓線上，用氣錘將鋼管每250mm打入土中。第一排鋼管的布置位置距離掘進(jìn)面2.5m～3m，向上傾斜30°打進(jìn)土中；第二排鋼管的布置位置距離掘進(jìn)面2.0m～2.5m，向上傾斜10°～15°打進(jìn)土中。鋼管間連接采用絲扣連接，絲扣長度為150mm；鋼管中注漿材料為水泥和水玻璃雙液漿，其中水泥為PO42.5硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1，水玻璃模數(shù)為2.4，水玻璃摻加量為水泥的5%，鋼管注漿后，在鋼拱架內(nèi)側(cè)環(huán)形布置Φ12鋼筋，縱橫向鋼筋的間距為20cm，鋼筋間采用焊接形式成為鋼筋網(wǎng)，每進(jìn)尺1m就噴射C25混凝土，混凝土厚度＞8cm；底板同步進(jìn)行硬化成為硬基礎(chǔ)，確保隧洞開挖的安全。

4.2 管棚的施工技術(shù)

管棚施工前，先將原鋼架支護(hù)修復(fù)完好，然后清理左側(cè)塌方土，形成一條長2m，寬0.5m的濾水層通道，埋設(shè)2根Φ150PVC排水管，然后用砂包堆設(shè)至1.5m的高程，使得洞內(nèi)涌土得到控制，再對洞內(nèi)淤泥進(jìn)行清理。

（1）施工測量放樣

管棚施工前采用全站儀對每根鋼管的位置及高程進(jìn)行定位并標(biāo)識好，以此來確定管棚的平面位置；采用水準(zhǔn)儀來對縱斷高程進(jìn)行測量，并采用全站儀對鋼管的傾斜度進(jìn)行校正，使得管棚的鋼管捶打?qū)蛘_，充分發(fā)揮其加勁的功能。

圖1 管棚結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 鋼管加工示意圖

（2）鉆孔

首先應(yīng)搭設(shè)鉆孔平臺，根據(jù)管棚鋼管的高度與位置進(jìn)行鋼管支架的搭設(shè)，平臺搭設(shè)應(yīng)牢固，平臺基礎(chǔ)應(yīng)硬化，以防止鉆孔時鉆機(jī)出現(xiàn)擺動或者不均勻沉降等現(xiàn)象；其次，根據(jù)施工測量放樣要布置鉆機(jī)，在鉆孔前應(yīng)對孔位的方位進(jìn)行復(fù)核，確保鋼管的施工精度，使得管棚的方向得到有效的控制，鉆機(jī)與平臺應(yīng)牢固連接，確保其工作穩(wěn)定性；再次，鉆機(jī)采用地質(zhì)鉆機(jī)，合金鉆頭的直徑比管棚鋼管直徑大20mm～30mm，隔孔施工。在本工程的土層施鉆時應(yīng)低速鉆進(jìn)，鉆孔采用一次成孔法，鉆孔順序從高位孔往低位孔進(jìn)行施工，鉆孔采用特制水平陀螺儀對傾斜度進(jìn)行檢測，隨時調(diào)整，保證鉆孔的左右偏移量和最大下沉量在15cm～20cm的范圍內(nèi)。鉆孔每進(jìn)尺2m應(yīng)對鉆桿軸線進(jìn)行檢查，隨時糾偏，確保管棚的方向正確無誤。

（3）清孔

清孔采用高壓風(fēng)，清孔開始部位為孔底，將孔內(nèi)碎渣吹出。清孔時操作人員站在偏離洞口的位置，免得被碎渣打到。

（4）布置注漿孔

管棚的注漿孔應(yīng)設(shè)置于管棚孔口，并用5mm厚的鋼板將注漿孔與注漿龍頭焊接，鋼板直接焊在管棚孔口。待注漿時打開閥門即可，注漿完成后關(guān)閉閥門。

（5）注漿

首先采用塑膠泥將鋼管周邊和孔口封堵，在法蘭盤位置預(yù)留Φ6mm的排氣管；注漿前應(yīng)進(jìn)行試注漿試驗(yàn)，根據(jù)圍巖實(shí)際情況對設(shè)計(jì)注漿參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得注漿質(zhì)量得到保證。注漿順序從低位管往高位管進(jìn)行，先灌注∠15°管，再灌注∠45°管，注漿采用活塞式注漿機(jī)，注漿應(yīng)與鉆孔形成流水作業(yè)，成孔一根及時進(jìn)行注漿一根；漿液采用水泥和水玻璃雙漿液，水泥漿水灰比為1∶1，漿液配置時原材料應(yīng)嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行計(jì)量，注意攪拌時間≥2min，盡量將水泥漿的初凝時間控制在2h之內(nèi)；注漿時應(yīng)將管棚鋼管內(nèi)的PVC管與壓漿管相連，并采用法蘭盤將壓漿頭牢固連接，通過預(yù)留的排氣管可以隨時觀察注漿情況和將鋼管內(nèi)的水分和空氣排出。在淺表地下水較為豐富的圍巖，根據(jù)情況應(yīng)保留1-3根鋼管不注漿，當(dāng)作排水導(dǎo)管；注漿壓力不宜過大，控制在0.5MPa～2.0MPa，漿液應(yīng)緩慢連續(xù)地注入，這樣才能將孔內(nèi)殘余的積水和空氣排出，使得漿液充滿圍巖的空隙內(nèi)，注漿量應(yīng)控制在20kg/m-40kg/m范圍內(nèi)。注漿應(yīng)一次性連續(xù)作業(yè)，不得中斷或者中途停止。如果注漿壓力突然升高，則應(yīng)將水玻璃泵3掉，然后進(jìn)行水泥漿注漿，待壓力穩(wěn)定后再進(jìn)行雙液注漿如果注漿壓力長時間不變，而注漿量很大時則應(yīng)對漿液的配合比及濃度進(jìn)行調(diào)整，使得凝膠時間得以縮短，確保注漿飽滿；當(dāng)漿液從排氣管流出時，將排氣管閥門關(guān)閉，繼續(xù)注漿，等達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力或者注漿量時，穩(wěn)定15min后方可停止注漿，并將止?jié){球閥關(guān)閉，以防漿液回流。由于水泥漿液凝固會收縮，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行二次注漿；注漿完成后，采用鐵錘敲擊鋼管，假如鋼管的響聲清脆，那么說明注漿未飽滿，可以采取補(bǔ)注或者重注的措施假如響聲低啞，那么說明注漿飽滿。注漿結(jié)束后用M30水泥砂漿將管口填充密實(shí)，使得管棚的強(qiáng)度和剛度得以增強(qiáng)。

4.3 塌方段土方開挖

當(dāng)注漿完成3d后，水泥漿液具備一定強(qiáng)度時就可以開始土方開挖，開挖應(yīng)堅(jiān)持短進(jìn)尺的原則，每次開挖長度為1m。先從兩側(cè)開始開挖并對基礎(chǔ)進(jìn)行硬化處理，然后架立側(cè)向工字鋼架，再對頂部土方進(jìn)行開挖，接著架設(shè)頂部工字鋼架，最后對中心土體進(jìn)行開挖，開挖采取臺階狀開挖方法，確保土方開挖的安全。

5 結(jié)語

古雷區(qū)域引水工程第二標(biāo)段烏石隧洞工程0+273塌方段采取管棚支護(hù)技術(shù)進(jìn)行處理后，順利地將淤泥清理干凈并做好永久的防護(hù)，使得該段的隧洞的施工質(zhì)量得以保證。管棚施工中最關(guān)鍵的工序就是注漿，在本次處理塌方事故中采取各種可靠的措施對管棚注漿工序進(jìn)行質(zhì)量控制，使得鋼管的注漿飽滿，提高了管棚的強(qiáng)度與剛度，確保隧洞的施工安全。陜西水利

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