采用管棚法處理淺埋隧道坍方段的技術(shù)應(yīng)用

文妮

摘 要：以西源隧道坍方處理為例闡述了管棚法施工在隧道坍方段的應(yīng)用，論述了管棚法處理坍方段的技術(shù)要點，同時說明了注漿在管棚法處理坍方技術(shù)中的作用。

關(guān)鍵詞：隧道；管棚；注漿

1 工程概況

西源隧道為贛龍鐵路擴能改造工程中典型淺埋隧道之一，位于江西省會昌縣，全長468m，設(shè)計為時速200km客貨共線鐵路雙線隧道，隧道內(nèi)線間距為4.4m～4.525m。隧道最大埋深約34.5m，通過底層巖性為全風(fēng)化～弱風(fēng)化板巖夾炭質(zhì)頁巖，Ⅳ級圍巖占17.1%，Ⅴ級圍巖占82.9%。該隧道地質(zhì)復(fù)雜，圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，空隙潛水較發(fā)育，多處淺埋，溝谷設(shè)計。隧道施工至DK101+820處時頂部發(fā)生坍塌冒頂，需要及時處理。

2 施工方案

在洞內(nèi)拱部120°范圍內(nèi)施作φ89管棚，管棚間距40cm，長度10m，外插角控制在5°～10°，結(jié)合超前預(yù)注漿技術(shù)，在開挖輪廓線的外圍形成加固圈，加固圈的厚度約為4m。在開挖掘進的同時用小導(dǎo)管補強注漿加固技術(shù)對DK101+805～DK101+815段拱墻部位進行洞內(nèi)3m徑向注漿，進一步提高洞壁圍巖自穩(wěn)性。

采用開挖工法為三臺階臨時仰拱法，為了充分利用圍巖的承載能力，在開挖完成后立即施作格柵拱架，以及錨網(wǎng)噴支護體系，使初期支護與注漿加固的坍方體形成整體支護結(jié)構(gòu)。

施工中必須建立科學(xué)合理的監(jiān)測體系用以監(jiān)測支護體系的變形，通過監(jiān)測體系對支護體系的監(jiān)測來確保施工的安全性和穩(wěn)定性，將通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析所得的結(jié)果及時反饋給設(shè)計單位與施工單位。

根據(jù)坍方體的工程地質(zhì)特點，制定方案，施工工序安排如下：（1）對隧道進行全方位量測，測量數(shù)據(jù)與以前監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行比較，對隧道的狀況進行評估。（2）進行地表袖閥管注漿。（3）施作洞內(nèi)管棚，并進行注漿。（4）采用超前小導(dǎo)管注漿進行超前防護。（5）采用三臺階臨時仰拱工法進洞掘進施工。

3 施工技術(shù)要點

3.1 管棚施作工藝要點

（1）棚管的直徑為89mm，管棚用熱軋無縫鋼管分節(jié)制作形成，絲扣聯(lián)接。管棚鋼管周身梅花型鉆出漿孔，管棚的前端制作成錐體便于安裝，管棚的尾端使用焊接法將蘭盤與注漿管尾端聯(lián)接在一起。

（2）管棚施工前安裝導(dǎo)向管，在靠近掌子面已初支的鋼架外側(cè)再加設(shè)3榀工18鋼架，并施作工18鋼架橫撐作為臨時仰拱使鋼架閉合，再在鋼架上安裝φ140mm鋼管作為定位導(dǎo)向管，中心間距為40cm。

（3）鉆孔前需要精確測定孔的平面位置、孔的傾角以及外插角的度數(shù)，并且對每個孔進行編號。外插角控制在5°～10°，可依照實際情況進行調(diào)整，鉆孔仰角的確定應(yīng)根據(jù)鉆孔深度以及鉆桿強度來確定，一般鉆孔仰角控制在1°～1.5°。鉆機采用地質(zhì)鉆機，隔孔施鉆。鉆孔選用比管棚直徑大20-30mm的合金鉆頭，在土質(zhì)層中開孔時可以采用低壓鉆孔一次鉆進成孔的方法，當(dāng)成孔有1.0m后，開始進行適當(dāng)加壓。

（4）鉆孔檢測合格后，將鋼管連續(xù)接長，用鉆機旋轉(zhuǎn)頂進將其裝入孔內(nèi)，鋼管采用絲扣連接，采用匹配的絲扣。為使鋼管接頭錯開，第一節(jié)管采用3m和6m交替布置，編號未奇數(shù)的第一節(jié)管采用3m鋼管，編號為偶數(shù)的第一節(jié)采用6m鋼管，后按孔深接長補齊。管棚體外露末端焊接15×15cm厚度8～10鋼板，在鋼板中心鉆φ15mm孔洞，焊接注漿閥門。

（5）水泥漿在拌制時，嚴(yán)格按照施工配合比進行投料，并在高速攪拌機內(nèi)進行攪拌。在管棚中注入水泥水玻璃漿液，注漿時初壓為0.5～1MPa，終壓為2.0Mpa。

（6）注漿施工時，漿體的濃度逐漸增加至設(shè)計濃度，這樣逐漸增加漿體濃度的施工方法有利于漿體向拱頂方向擴散，促進漿體的緊密，利于后期的防滲。注漿施工時，由兩端的管棚鋼管開始注漿，注漿過程中進行跳孔注漿，向隧道拱頂鋼管方向推進。

3.2 小導(dǎo)管注漿補強

在開挖過程中，由于采用長管棚注漿加固的范圍有限，很難達到4m的加固圈，所以需施作小導(dǎo)管注漿補強。小導(dǎo)管注漿補強時采用φ50熱軋無縫鋼管，長5.0m，開孔長4m，間距15cm，外插角200～250。小導(dǎo)管注漿采用的水泥漿的水灰比為1：1，注漿量需要依據(jù)現(xiàn)場實際情況來確定。

3.3 開挖及初期支護

洞內(nèi)開挖采用三臺階臨時仰拱法進行，開挖與小導(dǎo)管注漿穿插進行，采用Ⅲ型超前小導(dǎo)管注漿進行超前防護，并逐步進行開挖施工。每循環(huán)開挖進尺0.5～1.0m，逐榀鋼架開挖，并及時施作臨時仰拱，拱圈及時閉合成環(huán)，抵抗周邊土壓力。為確保支護體系的及時封閉，減少開挖后圍巖的暴露時間，初支應(yīng)在開挖完成后及時進行施作。

塌方回填后，洞室變形過大將會造成初支結(jié)構(gòu)侵入襯砌凈空，因為結(jié)構(gòu)承載力的計算受到洞室變形的影響，因此在開挖時需預(yù)留20cm的下沉量，在施工過程中應(yīng)及時施作仰拱使支護結(jié)構(gòu)盡快封閉成環(huán)以改善洞室結(jié)構(gòu)的受力條件。

4 注漿的控制措施

（1）為了保證管棚注漿施工的順利進行，防止在注漿薄弱地段注漿時跑漿，應(yīng)在注漿段起始段的掌子面噴射混凝土阻止?jié){液外溢，同時管棚端頭空隙處采用混凝土堵塞密實。

（2）注漿時應(yīng)防止管路故障或者泵故障造成漿液比例的改變，所以注漿時需要經(jīng)常測定混合漿液的凝結(jié)時間。注漿的過程，要時刻注意泵口壓力的變化情況以及孔口壓力的變化情況。

（3）注漿過程中應(yīng)及時封堵孔口或者工作面的漏漿，注漿結(jié)束后徹底清洗泵體和管路以保證再次注漿的質(zhì)量。在注漿的過程中，做好注漿的紀(jì)錄以及鉆孔的紀(jì)錄，為分析注漿效果提供依據(jù)。

（4）注漿施工作業(yè)中，現(xiàn)場施工過程諸多控制因素中最為關(guān)鍵的因素是注漿的壓力，施工時可以根據(jù)流量計顯示的孔口壓力的變化情況來判斷注漿施工的進展情況。

（5） 在注漿過程中，當(dāng)單孔注漿量達到設(shè)計注漿量的80%以上或者注漿壓力達到規(guī)定的終壓5.0MPa，便可以結(jié)束注漿施工。

5 結(jié)束語

管棚法早期是隧道施工的一種輔助方法，在軟巖隧道施工中廣泛應(yīng)用于穿越松散帶、破碎帶、軟弱地層、涌水、涌砂層等。預(yù)埋超前管棚做頂板及側(cè)壁支撐的施工方法，為后續(xù)的隧道開挖提供了堅實的基礎(chǔ)，而且該方法具備施工快、工期短及安全性高等特點，是隧道施工中解決坍塌的有效施工方法。

參考文獻

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