管棚法在水庫排沙泄洪洞塌方處理中的應(yīng)用

譚保偉 王永剛

摘 ? 要：管棚法是一種廣泛應(yīng)用于水庫工程的施工工藝，通過在工作面打入厚壁鋼管，以此防止水庫在排沙、泄洪過程中造成泄洪洞塌方，為工程建設(shè)提供增強(qiáng)地層承載力的支護(hù)方法。本文以水庫為例，探討其在排沙泄洪洞發(fā)生塌方時(shí)，采用管棚法的方式進(jìn)行補(bǔ)救，具體工序包括回填和固結(jié)灌漿、管棚加固等。本文分為三個(gè)部分，首先簡要介紹水庫的工程概況，其次塌方后水庫處理方案，最后是管棚法施工工藝以及應(yīng)用措施。希望本文的研究能夠?yàn)樽x者提供有益參考。

關(guān)鍵詞：管棚法 ?水庫 ?塌方處理 ?超前注漿

中圖分類號：TV512 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0013-02

管棚法工藝適用于底層較為軟弱且施工條件困難的底端，如塌方體、砂土質(zhì)地層等，容易在工程建設(shè)中出現(xiàn)地層變形情況的場地。施工所用的基本材料有鋼管、水泥砂漿，其應(yīng)用強(qiáng)度取決于鋼管的直徑、壁厚，以及水泥砂漿的配置原料等。

1 ?水庫概況

該水庫的用途主要供農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和防洪泄洪，是大型的水利樞紐工程。水庫總?cè)萘?、泄洪洞?nèi)徑、開挖直徑、洞長分別為10665萬m3、8m、10m、300.3m。

排沙泄洪洞位于傾伏倒轉(zhuǎn)背斜的倒轉(zhuǎn)翼上，巖層結(jié)構(gòu)較為脆弱，并且?guī)r類較為復(fù)雜，以Ⅲ、Ⅳ類為主，針對其斷層進(jìn)行切割，發(fā)現(xiàn)巖層走向、洞軸線呈現(xiàn)平行的狀態(tài)，這些因素互相影響下，使得排沙泄洪洞的圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。同時(shí)經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該部位的巖體在施工階段沒有采取必要的支護(hù)措施，從而出現(xiàn)了冒頂大塌方的情況，最長的塌方段達(dá)到85m，涌渣范圍達(dá)到105m，冒頂40m處出現(xiàn)的塌方呈現(xiàn)倒漏斗形，總體塌方量為1.5萬m3。針對水庫面臨的塌方情況，采取回填砂漿、固結(jié)灌漿、管棚法施工等處理方案[1]。

2 ?水庫處理方案

2.1 塌方搶險(xiǎn)

當(dāng)塌方出現(xiàn)后，針對上下游的塌方渣體進(jìn)行封堵，材料使用2m厚的漿砌磚，通過這一方式實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)的作用，然后采用C15混凝土澆筑拱圈，寬度在3.2～6.4m，厚度為60cm，使得拱圈能夠從下游向上游推進(jìn)，以涌出的渣體共同組成新的應(yīng)力承載圈，以此降低塌方區(qū)的應(yīng)力，從而發(fā)揮搶險(xiǎn)施工部分的臨時(shí)支撐作用。

2.2 回填砂漿以及固結(jié)砂漿

在水庫塌方處的上游，采用C20的混凝土澆筑拱圈，塌落度范圍控制在18～22cm之間。冒頂處澆筑混凝土，應(yīng)確保混凝土為一級配，塌落度為22cm。根據(jù)標(biāo)記好的澆筑樁號，在相應(yīng)位置鉆5處150mm孔，采用C15一級配混凝土回填鉆孔，塌落度為22cm，此過程的回填量為1378m3。

為了保證涌出渣體有效固結(jié)，在相應(yīng)部位采取灌漿的方式解決，在泄洪洞上游和下游相應(yīng)位置，以及檢修閘豎井平臺處，在這3個(gè)工作面填入水泥砂漿。灌漿由漿砌磚墻向塌方渣體的順序進(jìn)行，首先安排輻射孔，為灌漿提供操作基礎(chǔ)。高程為2004.8m采用垂直孔的灌漿方式，自下而上10m范圍進(jìn)行灌漿[2]。

塌方體外部，灌漿孔應(yīng)采用梅花形進(jìn)行布設(shè)，孔排距為3m，然后在其邊緣處鉆7.5m的垂直孔。灌漿順序采用自上而下的方式分段進(jìn)行，當(dāng)灌漿操作在3m范圍內(nèi)，那么應(yīng)選用壓力為0.1MPa;當(dāng)灌漿范圍在3～5m之間，那么壓力應(yīng)提升至0.6MPa。中間鉆孔深度可以鉆至隧洞腰線，壁孔鉆探可以灌至洞底。同時(shí)要考慮塌方體上部劇烈蠕動引起的變形問題，以及巖體不慎不夠脆弱，采用水、水泥、砂同等比例的配置方案，配成水泥砂漿灌漿，上述操作完成后再鉆孔內(nèi)插入兩根28mm的螺紋鋼筋，為了提升插入鋼筋的抗壓強(qiáng)度，還要在鉆孔處進(jìn)行焊接。

為了確認(rèn)灌漿的效果，在此工序完成后進(jìn)行壓水和聲波探測試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果要滿足以下要求：壓水試驗(yàn)透水率<3Lu，巖體縱波速度<500m/s，洞頂10m以下的最高速度應(yīng)達(dá)到3190m/s。

3 ?管棚法施工

3.1 鉆具工作室

為了確保棚管安裝符合施工要求，操作空間在原基礎(chǔ)上要向外擴(kuò)大50cm，然后在相應(yīng)位置掛網(wǎng)錨噴支護(hù)。錨桿長度、直徑、間距、網(wǎng)筋間距、混凝土厚度分別為4m、25mm、1.5m、15cm、15cm。

開挖鉆具工作時(shí)，在靠近混凝土的部位采取光面爆破的方式，工作室的開挖量應(yīng)在60m3，比起洞徑為10m的開挖方量，超挖18.3m3;比起鋼管棚架的超挖方量為7.9m3。開挖渣體應(yīng)將其放置在洞軸線下部，然后利用裝載機(jī)均勻攤鋪在混凝土底拱上。第二次開發(fā)鉆具工作室，支護(hù)棚管的鋼管壁厚、徑向孔斜、間距、孔深、排距深分別為6mm、25°、40cm、5～6m、1m，采用I25b工字鋼，鋼管間距應(yīng)保持在0.5m，完成上述操作后再在相應(yīng)位置掛網(wǎng)噴混凝土。

在裝載機(jī)上安裝鉆機(jī)，然后共同運(yùn)至工作室，采用兩臺對稱布置的形式，分別采用自上而下、自下而上的順序，確保工作平臺可以分為3層，并且保證層高為2m[3]。

做好上述準(zhǔn)備后，進(jìn)行鉆孔操作，共布設(shè)7鋼拱架29個(gè)孔，孔距為50cm。在鋼管棚架的兩端安裝棚管，搭接長度保持在5m左右，鉆孔位置布置由內(nèi)向外呈環(huán)狀錯開。為了保證較好的灌漿效果，要配備2種鉆頭，根據(jù)實(shí)際灌漿效果來選用，若是灌漿保持良好的灌漿效果，那么采用130mm的鉆頭，若為否則采用110mm的鉆頭。需要特別注意的是，鉆孔徑向偏移的角度應(yīng)控制在1°左右。

3.2 安裝鋼拱架

鋼拱架所使用過的棚管，要求壁厚在4.5～6mm之間，同時(shí)確保各鋼管的間距維持在40cm，單根鋼管長度保持在50～200cm范圍內(nèi)，鋼管之間采用焊接的方法連接。安裝方法分為后裝法、跟管法以及二次工作時(shí)棚管安裝。

首先是后裝法，這種方法應(yīng)用在灌漿效果好的區(qū)段，鉆孔操作完畢后再鉆入鋼管，每節(jié)鋼管至少4m，并且插入鉆孔后外露的部分達(dá)到1.5m。若是每節(jié)鋼管設(shè)置為26.5m，那么鋼管節(jié)數(shù)應(yīng)設(shè)置為7節(jié)，采用不同長度的鋼管互相搭配。長度為4m的鋼管配5節(jié)，長度為3m、3.5m的鋼管各配一節(jié)。確認(rèn)安裝材料后，將管節(jié)對準(zhǔn)接口，要求在第一節(jié)鋼管焊上接管帽，以此為基礎(chǔ)布設(shè)4個(gè)25mm的排氣孔。

其次是跟管法，這一方法主要應(yīng)用在灌漿效果不理想的情況，采用的鋼管壁厚為5mm，每一管節(jié)必須達(dá)到2m的長度，在管節(jié)出廠階段就需要配置好套絲扣，以此方便管節(jié)之間灌漿。

最后是二次工作時(shí)棚管安裝，采用壁厚為6mm的無縫鋼管，同樣在前端布設(shè)接管帽，并鉆入3個(gè)25mm的孔，然后利用鐵楔固定，首先使用速凝砂漿將管子、巖壁之間的縫隙進(jìn)行封堵，當(dāng)砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行灌漿處理。

4 ?結(jié)語

綜合上述，當(dāng)水庫排沙泄洪洞發(fā)生塌方的情況，采用管棚法在事故發(fā)生時(shí)，采取積極的封堵措施，避免涌出的渣體過多造成更大損壞。做好臨時(shí)的支護(hù)處理后，再采用鉆孔、灌漿等措施進(jìn)行補(bǔ)救，避免塌方情況擴(kuò)大化。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙杰斐，趙亞彬.管棚法超前支護(hù)技術(shù)在施工中的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2018（8）：289-290.

[2] 肖松飛.水庫分層取水工程出口隧洞塌方處理及注漿管棚支護(hù)施工方案分析[J].黑龍江水利科技，2016，44（9）：109-112.

[3] 胡進(jìn)文，朱發(fā)祥，許健，等.管棚法施工在引大東一干2～#隧洞塌方加固工程中的應(yīng)用[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2014（12）：79-80.