大管棚在穿越濕陷性黃土隧道塌方段的研究和應用

隨著我國基礎設施建設步伐的快速發展，隧道的施工方案及相關支護技術得到了更為廣泛的發展和應用。由于在施工的過程中地質復雜多變，因此在修建的公路、鐵路隧道過程中，不可避免的會發生隧道塌方的現象。特別是關于穿越濕陷性黃土隧道塌方段的研究和應用，已經越來越引起人們的重視。目前在國內，對于大管棚的施工技術在穿越隧道塌方段已經得到了廣泛的發展和應用，但是就其設計、施工的合理性等方面還存在著諸多的不確定因素，本文將以老龍山隧道坍塌段的大管棚支護方案為例，對此問題進行更為深入的研究和探討，以期在以后類似情況下能起到借鑒和啟示作用。

1 大管棚技術概述

在黃土隧道塌方段，可以應用大管棚技術來進行施工，解決隧道的穿越問題。大管棚技術就是沿開挖輪廓周線進行鉆設與隧道軸線平行的鉆孔，隨后插入大直徑(一般為中108mm)的鋼管材料，同時還要向管內注漿固結管周邊的圍巖。其施工的目的就是在預定范圍內形成棚架的支護體系。

施工順序通常是先施作好超前管棚，然后借助管棚的超前支護，以上半斷面法的施工技術進行掘進。當上部開挖后，要進行拱部鋼拱架和錨、網、噴等初期支護的安設。鋼架的賀設方法有兩種，一種是采用型鋼拱架或格柵拱架，待完全作好拱部支護后，再開始開挖下部。在進行下部左右兩側的交錯施工過程中，需要等一側的鋼架和初期支護施作結束之后，才具備開挖另一側的條件。老龍山隧道坍塌段采用大管棚法施工，取得了良好效果。根據大管棚施工實踐的活動，對大管棚施工技術進行簡要分析，并將部分經驗進行了歸納性的總結，希望有助于此項技術的進一步推廣和應用。

2 老龍山隧道坍塌段施工工程及地質概況

2.1老龍山隧道坍塌段工程概況

2009年7月5日中午，老龍山隧道進口左線ZK54+070～ZK54+102段出現隧道坍塌的狀況。坍塌段初期支護已經全部被壓垮，隧道頂部相應的地表位置出現一個直徑為25米左右深度約10米的沉陷狀大坑。

2.2地質概況

老龍山隧道坍塌段圍巖V級圍巖，巖性為黃土(粉土)、卵石、強風化灰巖、巖體極其破碎，圍巖無自穩能力，易坍塌，黃土具有濕陷性。雨季或強降雨時洞內地下水出水狀態為淋雨或涌流狀出水。

2.3坍塌的原因分析

據觀察發現，老龍山隧道圍巖自穩能力差，開挖后情況不太理想，極易發生坍塌的現象另外，其掌子面難以穩定，掌子面前方沉降更是難以進行控制。同時由于經補勘測定老龍山隧道進口左線ZK54+070～ZK54+102段洞圍巖為黃土，具有濕陷性，圍巖無自穩能力，隧道一經開挖擾動后極易發生坍塌。

3 確定大管棚方案

為確保隧道的安全，迅速恢復施工生產，快速安全的通過坍塌隧道，設計采用大管棚進行支護。先設置工作室，再施作導向墻，工作室里程D2K197+993～D2K198+000，長7.0m，開挖輪廓尺寸比標準斷面加大70，采用格柵鋼架噴鋼纖維支護，導向墻為環形模注混凝土，厚70，長2.0m，作為管棚施工時固定鉆機，控制鉆孔方向和角度，注意減小鉆孔誤差；防止鉆孔偏斜和作注漿的止漿墻。其中導向管的安裝保證30的外插角，防止管棚進入到開挖范圍以內。然后采用鉆孔施工，之后安放鋼管，先用高壓風進行清孔，再把事先加工好的鋼花管以焊接連接逐根頂入孔內，接頭處加套管補強，從而達到保證管棚順直的目的。相鄰兩根管棚接頭位置錯開距離不小于1.2m，而且每個斷面上接頭數量不大于總量的50％。

最后，再進行壓注水泥凈漿，水灰比0.5～0.6，壓力1～2MPa。施工時按照從下到上的順序對稱進行，注意監控室內地坪及地表的高程變化。出于安全的角度來考慮，分2～3次進行調壓注漿，先低壓后高壓。

3.1具體的大管棚施工方案

在老龍山隧道坍塌段先要進行臨時性的洞外洞穴處理。首先在洞頂陷坑周圍開挖截水溝的形式，將洞頂塌方洞穴進行臨時性的防水處理。另外，還要在塌坍洞穴口采用彩條布或防水板進行覆蓋且加以牢固固定，防止地表水和雨水下滲到洞穴中，進而導致隧道土體失穩，再次發生坍塌。

在確保穩住塌方體的蔓延為首要條件之后，其次采用灰土分層進行地表陷穴回填，并分層夯實，在施工過程中要對地表、隧道洞內坍塌體及受坍體影響范圍內的初期支護加強監控量測，以便做到分析反饋可以及時進行施工的指導工作。

具體施工步驟可分為以下幾點：

(1)采用坡度為1：1.5的沙袋碼砌對塌方體表面進行反壓回填，然后采用噴砼對表面進行封閉穩固，此舉措可防止塌方繼續擴大。

(2)對ZK54+050～ZK54+070穩定段加強支護，材料選用120b工字鋼拱架進行臨時護拱支護，阻止洞內塌方繼續蔓延。在進行開挖塌方體施工前，在拱部120度左右采用φ76長8米環向間距為35cm的大導管進行支護，同時采用φ42長4.5米間距為40cm的小導管對于邊墻進行支護，大導管搭接長度不能小于3米，小導管搭按長度不小于1.2米。采用水泥凈漿液作為注漿材料，水泥漿水灰比可控制在1：1，大導管注漿壓力要保持在2.5MPa，穩壓時間10min；注漿前應進行現場試驗，便于注漿參數進行提前確定；要求超前大導管注漿漿液擴散半徑不小于60cm，小導管注漿漿液擴散半徑不小于42cm。

(3)塌方段采用CRD工法、局部輔助施工措施可采用小導管進行。坍方段初期支護拱架工字鋼型號可采用20b，間距保持50cm，兩榀拱架之間采用I14工字鋼在工字鋼翼緣內側進行焊接，26cm早強型C25進行砼的噴射。同時，需要注意的是，所有拱架連接處，均需要采用1組(2根)4米φ42注漿小導管鎖腳；采用20b工字鋼進行臨時拱架的焊接，間距為50cm，臨時拱架豎向支撐弧度朝向隧道外側。另外，坍方體ZK54+070～ZK54+112段還要進行30cm預留的暫定變形量，這一數據可以在施工中根據監控量測數據進行調整。

(4)必須采用短跨度進行仰拱的開挖，建議最大以不超過3m為宜，忌爆破作業，宜人工開挖。采用短導管在左右線隧道在塌方附近滲水段進行注漿堵水，并在該段加密100環向Q型排水管。

4 大管棚施工中總結與體會

老龍山隧道坍塌段方案的工程實踐證明，采用大管棚工法在隧道超前支護的應用是成功的。采用大管棚工法穿越黃土隧道坍塌層時，其優越性主要表現在：(1)大管棚支護具有剛度大、結構強度高的特點，同時其形成的承載拱承載能力較強；(2)通過注漿將松散的堆積體進行固結，然后利用大管棚和鋼拱架支護圍巖，這樣連成一個整體而且大幅增強了初支結構的承載能力，安全度得到提高；(3)大管棚還有效地防止了后期開挖過程中松散體出現的坍塌，對于控制隧道沉降發揮了重要作用。因此，該方法可進行適時條件下的推廣和應用。