管棚施工在隧洞塌方處理中的應(yīng)用

慕鑫偉

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

0 引言

在工程建設(shè)領(lǐng)域，安全永遠(yuǎn)是參建各方追求的最基本目標(biāo)。但是，在實際施工過程中，由于人們對大自然了解的局限性，安全總是處于不可控狀態(tài)，尤其是地下引水工程，其埋深較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水豐富，在施工過程中，易出現(xiàn)塌方、突涌水、突泥等現(xiàn)象，如何從眾多的解決方案中尋找一種最優(yōu)方案，做到既不耽誤工期又節(jié)省投資，具有潛在的理論研究價值。鄧躍東[1]對高壓旋噴樁處理隧洞塌方進行了研究，龐力[2]等介紹了在隧洞塌方中如何合理應(yīng)用小導(dǎo)管和管棚，并詳細(xì)闡述了灌漿試驗程序。本文主要針對引水隧洞土洞段的塌方處理進行研究。

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程引水隧洞土洞段，樁號為52+966～59+590，隧洞洞身斷面為城門洞型，設(shè)計流量16.25m3/s，設(shè)計縱坡1/3000，洞內(nèi)水深2.97m。隧洞主要通過地層為第四系上更新統(tǒng)坡洪積（）低液限黏土夾低液限粉土，局部夾砂卵石。洞頂土層厚度為8.5～25m，設(shè)計洞底高程位于濕陷下限附近，洞身多位于濕陷土層中，遇水易產(chǎn)生濕陷變形，且該層多具中等壓縮性，易產(chǎn)生壓縮變形。

2 塌方過程

在引水隧洞土洞段樁號59+338處，施工隊伍已完成掌子面的開挖支護，準(zhǔn)備進行下一循環(huán)施工時，拱頂部位突然發(fā)生冒頂坍塌，坍塌體掩蓋住了整個掌子面，呈坡體狀，向洞內(nèi)滑塌長度約5m，坍塌物由黃土、建筑垃圾、礦渣等組成，坍塌方量約80m3。查看洞頂?shù)乇?，掌子面上方為垃圾堆，高約5～6m，垃圾堆已經(jīng)塌陷，呈現(xiàn)漏斗形的塌坑。

3 原因分析

根據(jù)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場實際情況，分析總結(jié)隧洞塌方的主要原因，具體有以下三點：①根據(jù)上一循環(huán)開挖地質(zhì)條件推斷出該坍塌部位正好經(jīng)過建筑棄渣區(qū)域，坍塌體為建筑垃圾，失去三向受力狀態(tài)[3]，土質(zhì)失穩(wěn)并逐漸擴大，以致形成大的塌方冒頂。②由于連續(xù)多日下雨，雨水滲透地表，造成坍塌部位的工業(yè)垃圾體軟化，自穩(wěn)能力差，不能對未開挖土體形成有效的反推擠壓作用。③本隧洞路線較長，地質(zhì)勘探工作量大、難度大，勘測人員對該段隧洞巖體變化估計不足。

4 隧洞塌方段處理方案

隧洞塌方段處理的難點主要分為兩大部分，一是如何安全有效地清理塌坑，防止發(fā)生進一步坍塌；二是如何快速有效地通過坍塌段，做到工期短投資少的雙贏目標(biāo)。經(jīng)設(shè)計、監(jiān)理、施工、業(yè)主四方研究討論之后，形成以下處理意見。

4.1 塌坑處理

塌坑處理采用明挖法結(jié)合澆筑混凝土進行施工：首先清理該段地表垃圾，清理標(biāo)高與原地表路面齊平，清理范圍為隧洞邊線外圍3～4m，然后進行明挖，明挖至拱頂上50cm后，對明挖的基礎(chǔ)進行型鋼橫向密排，密排后澆筑不小于2m的C25混凝土，待混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的70%以上后，開始清理洞內(nèi)坍塌體。為確?，F(xiàn)場施工人員安全，防止進一步坍塌，對掌子面裸露面噴射10cm厚混凝土。

4.2 管棚施工

該隧洞塌方段采用管棚施工，利用管棚注漿將拱頂范圍內(nèi)的渣體進行固結(jié)。在塌方掌子面拱部180°范圍內(nèi)設(shè)置Ф108管棚，管棚長度20m，壁厚6mm，節(jié)長3m。管棚與管棚之間中心環(huán)向間距30cm，外插角2°，采用絲扣連接，絲扣長10cm。管棚布置示意圖見圖1。

圖1 管棚布置示意圖

4.2.1 管棚施工方法

（1）管棚安裝

①測量放樣找出鉆孔位置，并根據(jù)管棚直徑和長度，采用潛孔鉆鉆進。

②將潛孔鉆鉆機固定在適當(dāng)位置之后，安裝管棚和潛孔鉆鉆頭，管棚與鉆頭之間、管棚與管棚之間均采用絲扣連接，管棚與鉆機之間則采用釬套連接。同時檢查鉆機上的風(fēng)水管是否連接好，保證鉆機工作過程中不漏氣不漏水。

③在鉆機鉆進過程當(dāng)中，降低鉆進速度，本著多回轉(zhuǎn)少沖擊的原則不斷鉆進[4]，直到設(shè)計深度，鉆進停止，然后從鉆機連接套上卸下管棚，再將下一根管棚與釬套連接，如此循環(huán)連續(xù)工作。為了增大受力強度，安裝管棚時應(yīng)錯開相鄰管棚間的接頭連接，錯開長度為1m。

④當(dāng)拱頂180°范圍內(nèi)管棚安裝完成后，及時將管棚管內(nèi)的渣土用風(fēng)水槍吹洗干凈。操作過程中，為防止對掌子面土體造成擾動而導(dǎo)致坍塌，必要時在管棚管附近及掌子面噴射混凝土。

（2）管棚注漿

①通過對工程地質(zhì)及現(xiàn)場實際情況分析，該塌方段采用一次全鉆孔注漿法。漿液擴散半徑不小于0.5m，采用水泥水玻璃雙液漿，水灰比為1∶1，水泥漿與水玻璃的體積比是1∶0.6，注漿初壓為0.5～1MPa，終壓為2MPa。達(dá)到注漿終壓后，持壓15min后停止注漿，以保證管內(nèi)漿液飽滿密實。

②開挖前于掌子面處做超前探孔，檢驗注漿密實度。如果出現(xiàn)注漿效果不理想的部位，及時做超前小導(dǎo)管并對其注漿，以固結(jié)松散體。

（3）開挖支護

①采用上下臺階法開挖（人工配合機械），每循環(huán)開挖進尺不得大于60cm。

②開挖后對開挖面進行噴射混凝土，噴射厚度5cm，然后架立I16型鋼拱架，鋼架預(yù)留變形量10cm；鋪掛單層Ф8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距15cm；Ф25連接筋環(huán)向間距0.5m，每條拱腿底部及頂部各設(shè)2根3m長的Ф42鎖腳錨管。鋼拱架支護完成后迅速噴射C20混凝土至設(shè)計厚度。

③待上臺階支護長度達(dá)到4.2m后，下臺階左右錯開開挖逐榀跟進，并及時架設(shè)I16型鋼水平底梁封閉成環(huán)，底板澆筑25cm厚的C25混凝土。開挖支護順利穿越塌方體之后，可再根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)圍巖情況調(diào)整開挖方法。

④穿過塌方體之后，對已通過洞段部分加強變形監(jiān)測[5]。

4.2.2 施工注意事項

（1）管棚與管棚之間采用絲扣連接，在逐節(jié)頂入的施工過程中，要保證管棚管間的連接強度。

（2）管棚安裝過程中，要做到按設(shè)計位置施工，必須準(zhǔn)確控制鉆機立軸方向，以保證孔口的孔向正確。鉆進過程中應(yīng)采用測斜儀量測管棚鉆進的偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜度超過設(shè)計要求，及時糾正。

（3）管棚注漿前，必須進行注漿試驗，確定注漿壓力和注漿范圍，以設(shè)計為基礎(chǔ)，試驗為成果進行施工，達(dá)到技術(shù)上的可行、效果上的可靠。

（4）管棚注漿過程中，要時刻保持高度注意力，一方面要及時檢查孔口、鄰孔及較薄部位有無冒漿、漏漿、串漿現(xiàn)象，如果有，應(yīng)立即停止注漿，堵塞串漿孔；另一方面要及時檢查注漿壓力表，如果發(fā)生壓力突然升高的異常現(xiàn)象，可能發(fā)生堵管，應(yīng)立即停機檢查，排除故障。

（5）在規(guī)定的時間內(nèi)注完配制的漿液，既能保證漿液的特性，又免于造成浪費。

5 結(jié)論

（1）隧洞工程施工難度大，在開挖過程中如遇到巖性軟弱地層、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地下水豐富等不良地質(zhì)洞段時，必須對地質(zhì)進行補充勘探，加強超前支護防止隧洞坍塌。

（2）在不良地質(zhì)洞段施工時，要確保一次支護及時跟進，盡量減少圍巖裸露時間，并加強圍巖變形監(jiān)測，避免事故發(fā)生。

（3）根據(jù)地質(zhì)條件和實際情況，合理布置注漿孔位置，并依照注漿試驗嚴(yán)格控制注漿程序[6]。該土洞塌方段工程在注雙液漿前后，透水率發(fā)生很明顯的變化，有大變小，說明注漿效果良好。

（4）采用管棚注水泥水玻璃雙液漿處理土洞塌方工程，對整個塌方體形成整體支護結(jié)構(gòu)，將土層松散圍巖體固結(jié)成體，既達(dá)到護拱的目的，又起到加固圍巖承載力的作用，很好地保證了工程的質(zhì)量安全。

[1]鄧躍東.不良地質(zhì)洞段輸水隧洞塌方處理及后續(xù)施工方案[J].山西水利科技，2015（2）：40-42.

[2]龐 力，施召云.超前小導(dǎo)管和管棚在隧洞塌方處理中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2011，40（ 增刊）：372-373.

[3]孫長慶，宋寶生.匯澤園水電站引水隧洞塌方處理方案[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2010（3）：67-68.

[4]羅建興.自進式錨桿在隧洞塌方處理中的應(yīng)用[J].甘肅水利水電科技，2011，47（2）：54-58.

[5]顧新剛.華安水電站擴建工程引水隧洞塌方處理技術(shù)[J].水電與新能源，2015（ 4）：9-15.

[6]董 鋒，候瑜京.隧洞塌方處理及管棚法施工[J].巖土工程界2004，7（ 7）：59-61.