長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工方法在隧道塌方處理中的應(yīng)用

張延峰

（廣州市道路工程研究所，廣州　511431）

長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工方法在隧道塌方處理中的應(yīng)用

張延峰

（廣州市道路工程研究所，廣州511431）

我國隧道工程建設(shè)從20世紀(jì)80年代開始迅速發(fā)展，目前已成為世界上隧道工程規(guī)模最大、數(shù)量最多、建設(shè)技術(shù)水平發(fā)展最快的國家。然而由于我國地質(zhì)條件復(fù)雜、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性有限、施工支護(hù)方案不當(dāng)?shù)仍颍谒淼朗┕み^程中塌方事故頻發(fā)，除造成經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡外，后續(xù)塌方處理也存在較大的技術(shù)難度。結(jié)合多年隧道施工經(jīng)驗(yàn)，以廣深隧道為依托，對其塌方處理中采用的長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工方法進(jìn)行理論分析和應(yīng)用論述，以為類似工程處治提供參考。

隧道；塌方；長管棚；小導(dǎo)管

長管棚是隧道掘進(jìn)開挖前沿其開挖輪廓線120°范圍布設(shè)的70～150 mm不等直徑的鋼管。實(shí)際應(yīng)用中，一般在鋼管就位后向管內(nèi)注入水泥漿，并在開挖輪廓線外一定范圍形成棚架，形成類似于簡支梁的支護(hù)體系，以固結(jié)鋼管周邊圍巖，確保開挖時(shí)圍巖穩(wěn)定。小導(dǎo)管是沿隧道開挖輪廓線120°范圍布設(shè)的直徑38～50 mm的無縫鋼管，實(shí)際應(yīng)用中一般對小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，以固結(jié)松散圍巖，提高圍巖強(qiáng)度和自身穩(wěn)定性。本文以已經(jīng)建成的廣深隧道為依托，并結(jié)合多年隧道施工經(jīng)驗(yàn)，對施工過程中采用長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工方法進(jìn)行理論分析和應(yīng)用論述，以期為類似工程處治提供參考。

1　應(yīng)用機(jī)理分析

隧道掘進(jìn)開挖時(shí)，長管棚鋼管與隧道軸線成1°～3°夾角，通過向管內(nèi)注入水泥漿或水泥砂漿，可固結(jié)其周圍松散圍巖、增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時(shí)有助于提高鋼管的抗彎性能［1］。理論上通過注漿可在鋼管之間的松散圍巖中形成“微拱”，其具有“棚”的作用，可以有效控制圍巖變形，擴(kuò)散圍巖壓力，有效防止隧道開挖過程中圍巖出現(xiàn)塌方［2］。而當(dāng)圍巖開挖至一定深度后，這種理論上的支護(hù)能力將大幅度降低甚至失去作用。為避免此種現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)際應(yīng)用中一般會配合施作小導(dǎo)管并注漿，及時(shí)對開挖后的圍巖進(jìn)行支護(hù)［3］。小導(dǎo)管注漿能夠固結(jié)松散圍巖，使之具有一定強(qiáng)度和自穩(wěn)能力，理想情況下在圍巖開挖輪廓線一定范圍內(nèi)形成1圈有一定強(qiáng)度的殼體，長管棚與小導(dǎo)管及加固的圍巖成為一體，共同受力［4］。

2　工程應(yīng)用案例

2.1工程概況

廣深隧道進(jìn)口右洞在施工右下導(dǎo)坑過程中發(fā)生塌方，塌方范圍約10 m，塌方量約1 000 m3，巖土為全風(fēng)化花崗巖夾雜部分粘土。塌方導(dǎo)致30 m范圍內(nèi)初期支護(hù)開裂，最大拱頂下沉變形量為23 cm。

2.2應(yīng)急措施

為避免塌方進(jìn)一步擴(kuò)大而造成更大損失和次生災(zāi)害，采取了如下措施以保持廣深隧道圍巖穩(wěn)定，為后續(xù)塌方處治奠定基礎(chǔ)。

1）加強(qiáng)塌方段范圍洞內(nèi)排水，避免積水浸泡導(dǎo)致進(jìn)一步塌方。

2）將逃生管道放至塌方段左側(cè)空間，其長度不少于20 m，內(nèi)置必要應(yīng)急物資，其上堆填部分沙袋覆蓋。

3）對圍巖表面及塌方處拱頂進(jìn)行噴漿穩(wěn)固處理。

4）在初期支護(hù)變形段，先在初期支護(hù)拱腳位置增加I22工字鋼橫撐，每隔1.5 m放置1道，再用I22工字鋼作為縱聯(lián)將橫撐縱向連接成整體，以保持初期支護(hù)穩(wěn)定，減小其繼續(xù)變形甚至失穩(wěn)。

5）靠近塌方位置由于受圍巖影響無法架設(shè)環(huán)向內(nèi)套拱，故先采用石渣將圍巖回填成臺階狀，而后在臺階上用型鋼制作豎撐和斜撐以支撐初期支護(hù)，每隔150 cm設(shè)置1道。

2.3長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工工藝

經(jīng)過技術(shù)論證，決定采用長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工方案對廣深隧道圍巖進(jìn)行處治：先對塌方段影響范圍內(nèi)的初期支護(hù)進(jìn)行臨時(shí)加固，再施工大管棚配合超前小導(dǎo)管加固塌方段，而后逐步清理圍巖并逐榀更換變形及侵限的拱架［5］。

2.3.1長管棚

廣深隧道塌方處治時(shí)，長管棚采用Φ127 mm無縫鋼管，其壁厚 5 mm，單根管長 25 m，材質(zhì)為Q235。管棚鋼管采用鋼花管，前端20 cm做成錐形易于插入，后端50 cm范圍內(nèi)不開孔，管內(nèi)部焊接Φ16 mm加勁箍，其余部位周身按梅花形布設(shè)Φ10～16 mm的壓漿孔。每根鋼管一端均用15 cm長的外絲扣固定，鋼管之間采用1根長30 cm帶全內(nèi)絲扣的無縫鋼管進(jìn)行連接［6］。

長管棚環(huán)向間距為40 cm，鉆孔主要采用翼片式硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝，對于難成孔的地層則采用長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工法。施工順序按“由下向上、由兩邊向中間”依次進(jìn)行。對洞內(nèi)棄渣進(jìn)行整平，并施作平臺，且適當(dāng)調(diào)節(jié)平臺高度，確保鉆頭正確插入導(dǎo)向管。采用高壓風(fēng)鉆的高壓風(fēng)帶動鉆頭開孔。開孔時(shí)，低速低壓；待成孔1 m后，適當(dāng)加壓。鉆孔進(jìn)入土質(zhì)地層時(shí)采用壓力應(yīng)適當(dāng)調(diào)小，以免引起塌孔。塌孔時(shí)可進(jìn)行注漿加固，待周邊土質(zhì)形成一定強(qiáng)度后再行鉆孔，直至鉆至設(shè)計(jì)長度。采用特制精密水平陀螺儀檢測鉆孔是否偏斜［7］。

鉆孔完成后鉆桿退位，再次鉆進(jìn)以清除孔內(nèi)浮渣，確保孔徑、孔深精度并防止堵孔。清孔時(shí)，需用高壓風(fēng)清除鉆渣，用測桿檢測孔深，用測斜儀量測外插角。檢測合格后立即安裝加工好的Φ127 mm鋼管。鋼管之間通過套管絲扣連接。淺孔段采用人工推進(jìn)，孔深阻力大時(shí)，采用鉆頭慢慢頂進(jìn)，推進(jìn)時(shí)應(yīng)經(jīng)常采用測斜儀檢查鋼管的偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計(jì)要求時(shí)應(yīng)及時(shí)糾正。鋼管安裝完成后進(jìn)行三角鋼筋籠的安裝，且應(yīng)及時(shí)安裝孔口止?jié){塞，并對每根鋼管連續(xù)編號且做好標(biāo)記。管棚安裝后，需用麻絲和錨固劑封堵鋼管與孔壁間的空隙。

注漿材料選用水灰比為1∶1的水泥凈漿，注漿設(shè)備為雙液注漿機(jī)。長管棚安裝完畢后，連接雙液注漿機(jī)管棚進(jìn)漿孔并安裝止?jié){閥。管路連接好后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，以檢查止?jié){效果和注漿管路是否有跑水、滲水現(xiàn)象。

鋼管注漿按“由下到上、由左到右”順序采用奇偶數(shù)鋼管間隔注漿方式，即先按順序注奇數(shù)管，奇數(shù)管注漿完成后，再按偶數(shù)管注漿。注漿壓力確定初壓為0.5～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa。注漿時(shí)需密切監(jiān)視壓力變化，如壓力達(dá)到2.0 MPa，則應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定恒壓10 min后結(jié)束注漿。注漿過程中應(yīng)認(rèn)真做好記錄，以便分析解決施工中出現(xiàn)的問題。注漿結(jié)束后應(yīng)及時(shí)清除管內(nèi)漿液并用M20的水泥砂漿及時(shí)填充，以增強(qiáng)管棚的剛度及強(qiáng)度。

2.3.2小導(dǎo)管

廣深隧道塌方處治時(shí)，超前小導(dǎo)管施工采用Φ42 mm管，其長5 m，縱向間距為2 m/環(huán)，環(huán)向間距40 cm。小導(dǎo)管前端做成尖錐形，管壁上每隔15 cm按梅花型鉆眼，眼孔直徑為6 mm，并將管壁尾部長度不小于30 cm作為不鉆孔的止?jié){段。

小導(dǎo)管注漿采用高壓注漿泵壓注漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為1.0～1.5 MPa，一般壓力值達(dá)到1.0 MPa時(shí)，停止注漿。注漿結(jié)束后，應(yīng)將管口封堵，以防漿液倒流管外［8］。

長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工布置如圖1所示。

圖1　長管棚配合小導(dǎo)管施工布置示意

2.4工程實(shí)施

廣深隧道塌方處治采用長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工方法施工時(shí)，其施工過程中嚴(yán)格控制了長管棚和小導(dǎo)管的施工質(zhì)量，并重點(diǎn)控制其長度、角度和注漿量。后續(xù)開挖和更換變形初期支護(hù)拱架按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測，以實(shí)時(shí)反饋信息指導(dǎo)現(xiàn)場施工。該隧道塌方處治中長管棚配合小導(dǎo)管施工順利，整個(gè)施工過程中初期支護(hù)拱頂下沉量僅為58 mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)預(yù)留變形量［9］。

3　結(jié)束語

本文對廣深隧道塌方處理中采用的長管棚配合小導(dǎo)管輔助施工方法進(jìn)行了分析和論述。該方法在隧道塌方處理中是一種行之有效的超前支護(hù)方案，也適用于隧道施工穿越軟弱、破碎、松散底層時(shí)的支護(hù)處治。隧道工程是一個(gè)非常復(fù)雜的大系統(tǒng)工程，未知因素較多，稍不注意便可能發(fā)生諸如塌方等災(zāi)害，給工程建設(shè)帶來不必要的損失。因此，隧道施工過程中，首要任務(wù)是防止發(fā)生塌方事故，而一旦發(fā)生了塌方事故，則應(yīng)謹(jǐn)慎選擇處治方案，來確保后續(xù)施工順利進(jìn)行。

［1］中交第一公路工程局有限公司.JTG F60—2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］重慶交通科研設(shè)計(jì)院.JTG D70—2004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］繆成銀，鄭宏，彭雪峰.近水平軟弱巖層高速公路隧道施工方案比較［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012，2 （15）：212-245.

［4］楊會軍，王夢恕.隧道圍巖變形影響因素分析［J］.鐵道學(xué)報(bào)，2006（3）：92-96.

［5］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［6］孫玉永，周順華，肖紅菊，等.管棚法應(yīng)用于軟土地層的穩(wěn)定性分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013 （S2）：1-9.

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［8］張曉東.黃金隧道塌方冒頂結(jié)構(gòu)計(jì)算及特殊設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013（4）：77-80，86.

［9］劉朝霞.淺談隧道長管棚處理塌方的技術(shù)與效果［J］.湖南交通科技，2012（2）：121-123.

Application of Long Pipe Roof Plus Small Pipe Supplementary Construction in Tunnel Collapse Treatment

Zhang Yanfeng

Tunnel construction in China developed rapidly since 1980s，in nowadays，China became the largest scale，largest quantity and fastest construction technology development county in the world regarding tunnel projects.However，due to complicated geological conditions，limited accuracy of advance geological prediction and improper constructional support scheme，collapse often occurs during tunnel construction，besides economic and life loss，it＇s difficult to deal with the after collapse situation.With years＇tunnel construction experiences，based on Guangshen tunnel，this paper gives theoretical analysis and application demonstration to long pipe roof plus small pipe supplementary construction during collapse treatment，and provide reference for similar project practice.

long pipe shed；small duct；tunnel collapse

1009-6477（2016）04-0115-03

U455.4

B

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.026

2016-03-09

張延峰（1984-），男，湖南省安仁縣人，本科，工程師。