管棚法在蘭海高速公路楊家山隧道塌方中的應(yīng)用

朱洗貞

[摘 要]本文結(jié)合工程實(shí)例詳細(xì)地介紹了大管棚在高速公路隧道塌方施工中的設(shè)計(jì)及施工方法，該施工技術(shù)作為在不良地質(zhì)情況下隧道塌方處治的支護(hù)措施，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]大管棚；塌方處理；施工

中圖分類號(hào)：TU584.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）17-0265-02

前言：隨著我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展，將會(huì)面臨越來(lái)越多的公路隧道項(xiàng)目，公路隧道具有跨度大，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，施工難度大的特點(diǎn)。尤其公路隧道經(jīng)常遇到松散軟弱層及破碎圍巖帶等不良地質(zhì)段，由于圍巖自穩(wěn)能力差，加之施工對(duì)圍巖的破壞擾動(dòng)，極易造成塌方事故，加大了施工難度。通常采用的塌方處理措施是“超前長(zhǎng)管棚+注漿”支護(hù)措施。大管棚支護(hù)能有效的加固圍巖，起到良好的支護(hù)效果。

蘭州～?？诟咚俟窏罴疑剿淼浪讲捎霉芘锓ㄌ幚恚涫┕ぜ夹g(shù)要求高，施工難度大，具有典型性，本文介紹了該隧道的管棚法處理塌方的施工實(shí)踐及采取的施工技術(shù)措施進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。

一、工程概況及地質(zhì)描述

蘭州～?？诟咚俟肥菄?guó)家高速公路網(wǎng)中由7條首都放射線、9條南北縱向線和18條東西橫向線組成的“7918網(wǎng)”中第8縱，是新疆、西藏、甘肅、四川、重慶、貴州等西部地區(qū)進(jìn)入南海的主要通道。

本標(biāo)段為四川廣甘高速公路G7合同段，合同段位于四川省廣元市青川縣騎馬鄉(xiāng)境內(nèi)，路線起訖樁號(hào)為K20+215～K23+600，長(zhǎng)度為3.385公里。

其中楊家山隧道隧址區(qū)處于四川盆地西部龍門(mén)山擠壓斷裂帶的核心部位，屬于后龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶瓦礫～騎馬巖片，北有平武-青川大斷裂，即龍門(mén)山后山斷裂，南有北川映秀大斷裂，即龍門(mén)山中央大斷裂，卷入地層從志留系到震旦系，但出露不全，缺失奧陶系地層。區(qū)內(nèi)構(gòu)造軸線方向以北東-東為主，構(gòu)造性質(zhì)主要是壓性褶皺及逆沖推覆斷層，后期改造中有近南北向的壓扭性構(gòu)造切斷前期的構(gòu)造線發(fā)育。

線路由北西-南東穿越，隧道主要穿過(guò)區(qū)域上的大竹園倒轉(zhuǎn)背斜、尖山子倒轉(zhuǎn)向斜、馬鞍山倒轉(zhuǎn)背斜三大褶皺及F6-6～F6-7（騎馬場(chǎng)斷層南段）、F7（賈殼山斷層）、F7-1、F7-2、F7-3、F7-4等斷裂，隧道穿越之楊家山構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造形式復(fù)雜，隧道軸線與主要構(gòu)造軸線大角度相交，據(jù)調(diào)查，隧址區(qū)發(fā)育14條（包括F6-6～F6-7、F7為區(qū)域斷層）斷層及多條韌性剪切帶，斷層皆為壓性逆斷層，規(guī)模不一，表現(xiàn)也不盡相同，楊家山隧道穿越的構(gòu)造帶示意圖（圖1）。

二、坍塌情況概述

2011年02月10日早上10點(diǎn)，楊家山隧道右線K22+624～K22+625段開(kāi)挖出渣完成，支護(hù)班工人進(jìn)洞準(zhǔn)備開(kāi)始施工，現(xiàn)場(chǎng)值班技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)掌子面拱頂左側(cè)部位有零星掉塊，立即組織人員采用8cm厚的C20噴射砼初噴并封閉掌子面，隨后掉塊現(xiàn)象更加明顯，伴隨點(diǎn)滴狀、線狀出水；中午12時(shí)左右，拱頂掌子面有30-40立方米掉塊掉落，掌子面向軸線方向靠左側(cè)塌成一斜向上60-70度塌腔，塌腔寬3m左右，高2米，長(zhǎng)度約5.5米左右，掉塊現(xiàn)象繼續(xù)擴(kuò)大，伴有大面積淋雨?duì)睢⒕植抗蔂畛鏊?。為確保人員安全，立即撤離人員、設(shè)備，暫未對(duì)塌方進(jìn)行處理。

2011年02月11日早上4：30時(shí)，塌腔繼續(xù)擴(kuò)大，形成拱頂靠左側(cè)斜向上70-80度、寬8米、高5米、長(zhǎng)6米左右的空腔，掉塊繼續(xù)剝落；且靠近鋼拱架拱頂部分大面積開(kāi)始掉塊，10時(shí)左右，形成以高2米，寬8米，長(zhǎng)2.5米塌腔，前后兩個(gè)塌腔之間存在一塊20方左右孤石懸空，施工難度及其大，拱頂?shù)魤K繼續(xù)掉落，掉塊呈粉末狀?yuàn)A雜塊狀巖石，拱頂右側(cè)有明顯股狀水流出。2011年02月12日上午9點(diǎn)，兩個(gè)空腔夾層之間的孤石掉落，整個(gè)拱頂形成一個(gè)傾斜“倒漏斗”形，下口寬8～10m，長(zhǎng)12m，塌腔頂部尺寸約1.5m×2.5m，塌腔高度自拱頂以上超過(guò)20m左右，腔體與隧道軸線方向約70-80度左右，塌落巖體以粉末狀為主，夾雜塊狀巖石，為石英千枚巖、凝灰千枚巖，拱頂多處有股狀水流出，水流渾濁，為有壓水。

三、坍塌原因分析

該段圍巖為震旦系胡家寨組中風(fēng)化石英千枚巖夾凝灰千枚巖夾雜絹云千枚巖，石英千枚巖整體性較好，片理不甚發(fā)育，巖質(zhì)較硬；凝灰千枚巖整體性較差，片理極發(fā)育，巖質(zhì)極軟，絹云千枚巖遇水軟化極快，多種巖性?shī)A層或互層；巖體褶皺發(fā)育，受構(gòu)造影響強(qiáng)烈～極強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，產(chǎn)狀雜亂，巖質(zhì)較軟，局部呈土狀。由于構(gòu)造擠壓，千枚巖遇水軟化嚴(yán)重、以及大地震影響使原來(lái)本比較破碎的凝灰千枚巖，更加破碎，拱頂極其容易塌方、掉塊。

四、擬現(xiàn)場(chǎng)處理方案

根據(jù)千枚巖遇水軟化的特點(diǎn)及塌方情況，確定處理隧道塌方的總體指導(dǎo)思想是：”管超前，預(yù)注漿，多循環(huán)，短開(kāi)挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，早封閉”。

五、施工難點(diǎn)分析

（1）管棚洞內(nèi)施工難度大、耗時(shí)多、角度難控制、卡鉆、坍孔、退鉆與頂管等是本次塌方處理的最大難度之一。

（2）長(zhǎng)管棚與注漿加固圈在拱頂形成了穩(wěn)固可靠的固結(jié)殼，作為支承長(zhǎng)達(dá)10m高約20m的松散坍方體超前支護(hù)體系（保護(hù)殼），是保證開(kāi)挖安全和防止坍方的進(jìn)一步擴(kuò)大的關(guān)鍵技術(shù)。其中20m灌滿砂漿的管棚直接棚架在已施作完成的二次襯砌結(jié)構(gòu)和支護(hù)體系上，是承受坍方體土體壓力的主體，而注漿固結(jié)圈則起到對(duì)其的進(jìn)一步加固作用，同時(shí)坍方體大部分為粉末狀，又可防止粉末坍渣體從管間縫中涌出而引起新的坍方。管棚與超前注漿構(gòu)成了超前支護(hù)的主體，是坍方處理的關(guān)鍵技術(shù)。

六、具體處理技術(shù)措施

因坍塌高度過(guò)高，且時(shí)而還有掉塊，故利用挖掘機(jī)對(duì)坍塌體內(nèi)部分圍巖和掌子面圍巖進(jìn)行封閉作業(yè)，具體操作為：將噴漿管頭固定在挖掘機(jī)大臂前段，后方預(yù)留足夠長(zhǎng)的噴漿管，足以讓挖掘機(jī)自由活動(dòng)，挖掘機(jī)操作人員在駕駛室操作挖掘機(jī)對(duì)塌腔進(jìn)行C25早強(qiáng)噴射混凝土作業(yè)，厚度不小于5cm。

1）導(dǎo)向墻及套管跟進(jìn)施鉆

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)查，坍方體坍碴情況比較復(fù)雜，坍孔、卡鉆在所難免，導(dǎo)向墻洞內(nèi)模筑砼難度大、耗時(shí)多，為保證Ф108管棚的順利施作，采用I30工字鋼作為導(dǎo)向墻，且采用套管跟進(jìn)施鉆，在套管保護(hù)下頂進(jìn)管棚鋼管。采用Ф127鋼管作為導(dǎo)向管，焊接在I30工字鋼導(dǎo)向墻上，控制管棚角度。后來(lái)施工事實(shí)證明，工字鋼導(dǎo)向墻及導(dǎo)向管為管棚角度控制創(chuàng)造了有利條件；套管跟進(jìn)避免了坍孔、卡鉆的施工難度。

2）帶鉆頭頂管

采用套管跟進(jìn)施鉆只能有效地解決前15m坍孔、卡鉆等技術(shù)難題，因?yàn)樘坠芨M(jìn)越長(zhǎng)孔壁周坍碴、碎石與管壁的摩阻力就越大，鉆進(jìn)負(fù)荷扭矩也越大，致使鉆進(jìn)困難，同時(shí)也容易產(chǎn)生管接頭因扭矩大而損耗斷管等嚴(yán)重事故，一旦發(fā)生斷管現(xiàn)象，則整個(gè)孔將被廢棄。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試鉆情況，前15m采Ф108套管跟進(jìn)施鉆，后5m采用Ф90鉆頭鉆進(jìn)，鉆到設(shè)計(jì)里程后，在管棚鋼管前端安裝上Ф90鉆頭，前15m套管保護(hù)下頂進(jìn)，后5m則鉆進(jìn)下管，待下管到設(shè)計(jì)里程后再取出套管。

3）注漿施工的技術(shù)措施

（1）改變漿液材料

前期進(jìn)行工作面預(yù)注漿時(shí)，根據(jù)其注漿目的是填充坍方體空洞，對(duì)固結(jié)體強(qiáng)度要求不高，同時(shí)由于原開(kāi)挖的小導(dǎo)坑留下的空洞較大，采用較高強(qiáng)度的注漿材料不僅造成浪費(fèi)，也為后來(lái)的開(kāi)挖帶來(lái)了困難。原設(shè)計(jì)注漿材料采用純水泥漿（w/c=1.0），該段滲水較大，采用水泥-水玻璃漿，其參數(shù)為：水泥漿/水玻璃=1：0.8（體積比），水泥漿w/c=1.0，水玻璃模數(shù)m=2.6.濃度35～40Be？，注漿壓力0.5～1.0MPa，注漿完成后，采用水泥砂漿（w/c=0.5～0.8），以充填管棚孔，注漿水泥的強(qiáng)度等級(jí)為42.5。

（2）采用間隔注漿獲得注漿加固效果

在進(jìn)行管棚注漿時(shí)關(guān)鍵是獲得管棚內(nèi)外形成約2m厚（管棚注漿擴(kuò)散半徑為2m左右）的注漿加固圈，但由于坍體內(nèi)有許多塊石相互棚架，致使坍體內(nèi)空洞大而多，這些空洞有的直接與坍空區(qū)相連，注漿時(shí)漿液在壓力作用下通過(guò)這些空洞泄流至坍空區(qū)，而不能在管棚附近均勻擴(kuò)散，從而使注漿加固圈無(wú)法形成。為此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用間歇注漿法，即當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間注漿壓力上不來(lái)時(shí)，說(shuō)明漿液順空隙泄流至坍空區(qū)，這時(shí)將漿液凝結(jié)時(shí)間調(diào)整至30～50s，注漿1～5min，停40s，待原注入漿液初凝變稠后再注，如此反復(fù)，則原先的泄?jié){通道逐漸變小并最終堵塞，漿液即在管棚周?chē)_(dá)到均勻擴(kuò)散的目的。

七、加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

施工期間，為了加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)變形量測(cè)，分別在K22+624、K22+627、K22+631處布置拱頂下沉點(diǎn)和收斂點(diǎn)，隨時(shí)掌握支護(hù)變形情況，同時(shí)抓緊時(shí)間進(jìn)行下臺(tái)階、仰拱和二次襯砌的施工。

八、結(jié)束語(yǔ)

（1）管棚施工完成后，僅用了不足40天時(shí)間即完成了該坍方段開(kāi)挖施工，整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程安全順利，最大變形量?jī)H有43mm。這進(jìn)一步驗(yàn)證了大管棚在長(zhǎng)大坍方處理中的重要作用。

（2）根據(jù)開(kāi)挖中揭示的情況，注漿固結(jié)體與管棚的共同棚架護(hù)拱作用是確保開(kāi)挖順利，防止坍方繼續(xù)發(fā)展的重要因素，在管棚施工中必須重視注漿對(duì)地層的改良作用。

（3）在坍碴與破碎巖體中，套管跟進(jìn)是確保管棚施工質(zhì)量與精度的重要方法之一。

（4）針對(duì)千枚巖出水滯后性及遇水軟化性，要做好超前探孔及排水工作，要盡快將裂隙水排出，防止千枚巖軟化致使塌方擴(kuò)大，千枚巖隧道大中型塌方要及時(shí)、快速渡過(guò)，即能保證施工進(jìn)度，又能保證施工安全質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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