管棚法在龍開口水電站長距離膠帶機隧洞開挖施工中的應(yīng)用

摘　要：洞室施工的難點在于洞身圍巖較差，自穩(wěn)性較差且伴有大量涌水的部位，而管棚法可以有效解決這些問題。基于此，從管棚的施工工藝、管棚的應(yīng)用的角度進行闡述，以期為快速、安全進行洞室開挖進供一點參考意見。

關(guān)鍵詞：隧洞施工；管棚　；壓漿；拱圈

中圖分類號：C93 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772（2012）19-0136-02

1 概述

龍開口水電站位于金沙江中游、云南省大理州與麗江市交界的鶴慶縣中江鄉(xiāng)龍開口村河段上，樞紐工程主要由碾壓混凝土重力攔河壩、河床泄洪建筑物、右岸壩后發(fā)電廠房及沖沙底孔、兩岸壩頭灌溉取水口等建筑物組成。電站裝機規(guī)模為1800MW（5×360MW），距鶴慶縣城現(xiàn)有公路（四級公路、簡易公路）里程約100km，是金沙江中游河段規(guī)劃的第六個梯級電站，上接金安橋水電站，下鄰魯?shù)乩娬尽?/p>

長膠帶輸送系統(tǒng)位于壩址區(qū)下游龍開口村至中江河一帶。線路起于中江河左岸岸坡燕子崖石料場軋制系統(tǒng)，高程1　463m，穿越中江河至河流右岸，中江河最低高程1　358　m，沿中江河右岸山體內(nèi)展布，經(jīng)小城坡、溫水河、金河石料場，至龍開口村下游側(cè)的混凝土拌合系統(tǒng)，高程1315m；線路全長約6.103km。

沿線為高中山地剝蝕堆積地貌及河流切割地貌，多為山坡地帶，山坡坡度一般30°～50°，局部為陡崖，沿線地面高程中江河右岸為1405m～1580m，中江河右岸至壩址為1335m～1540m，沿線通過較大的河溝有中江河、米湯溝、溫水河、金河溝等四條河溝，溝底高程分別為1　356m、1　400m、1　335m、1　395m。中江河位于線路的上游段，河流流向總體呈NE向，為反“S”型的河曲，在中江鄉(xiāng)匯入金沙江，河谷呈較寬緩的“V”字型，兩岸谷坡陡峻，河谷切割深度達數(shù)百米。溫水河溝地形為沖洪積臺地，坡面平緩，坡度為10°～15°；溫水河至龍開口村為山地剝蝕堆積地貌，山坡坡度為20°～35°，局部分布剝蝕臺地及陡崖，分布有金河溝、三堆石溝及其他小沖溝，深切沖溝長年流水，小沖溝為季節(jié)性流水溝。

其中1#隧洞圍巖評價如下表。

本段圍巖以Ⅳ類為主，應(yīng)系統(tǒng)襯砌支護。

2　管棚的施工工藝

2.1　管棚加工

管棚一般是在開挖前進行超前支護，使掌子面頂拱在開挖前通過管棚灌漿，將松散的巖體固結(jié)成一完整的受力拱圈結(jié)構(gòu)。為保證在注漿時能通過管棚將漿液滲入到圍巖中，采用外徑為Φ40mm，內(nèi)徑為Φ32mm的無縫壓力鋼管作管棚材料。先將鋼管前端50cm長加工成一細長圓錐體，尖端預(yù)留出漿口，間隔50cm后將剩余的鋼管戳成花管，即在管壁上每隔5cm左右戳2～3個小孔，梅花形布置，以便于壓漿時，漿液能從四周滲入到圍巖中。

2.2　管棚的造孔施工

由于管棚是采用外徑為Φ40mm的無縫鋼管制作而成，因此在造孔時，用YT28型手風鉆或YT29型氣腿鉆，選用Φ42mm鉆頭造孔即可，當孔造完后，需將管棚送入孔內(nèi)，因孔徑與管棚直徑比較接近，人工不能直接將管棚送入，這時有兩種送管方法，一是直接將氣腿鉆的纖尾套拆掉，將Φ40mm管棚尾部卡在鉆機里，通過風壓將管棚送入孔內(nèi)，另一種辦法是將一根短鉆桿上在鉆機上，在鉆桿前端焊接一塊鋼板，通過鋼板將管棚壓進孔內(nèi)。

2.3　管棚的灌漿

管棚下孔后，采用注漿機進行注漿，漿液為1：0.5的純水泥漿，注漿壓力一般為0.4～0.6Mpa。為了保證管棚注漿后盡快產(chǎn)生強度，在爆破前形成受力拱圈，需在漿液中摻入速凝劑或水玻璃作為外加劑，外加劑的摻入量為每100kg漿液中摻入3kg。為了保證管棚的注漿效果，在管棚的尾部必須設(shè)置注漿塞，防止?jié){液順孔壁流出而影響整體受力拱圈的形成。管棚注漿完成后，即可安排手風鉆進行造炮孔造孔，根據(jù)開挖斷面，每循環(huán)的造孔時間約需6～8小時，此時在速凝劑的作用下，管棚漿液已終凝形成受力拱圈結(jié)構(gòu)，可以進行爆破作業(yè)。

3　管棚的應(yīng)用

根據(jù)長距離膠帶機隧洞的地質(zhì)縱斷面，管棚主要應(yīng)用在洞室的進出口段及圍巖較差的F2斷層帶。

進出口段施工中最關(guān)鍵的工序為成洞與進洞，進洞前應(yīng)先對邊仰坡進行妥善支護或加固，尤其對洞臉必須加固后再進行洞挖。考慮到洞口圍巖為Ⅴ類圍巖，多為全風化巖體，自穩(wěn)性太差，在距開挖輪廓線80m～200cm范圍布置有兩排3Φ25，L=9m，間距a=1.5m的鎖口錨筋樁，以確保洞臉的穩(wěn)定。同時在拱頂布置一排Φ40，L=4.5m的超前小導(dǎo)管（管棚），間距a=0.45m，小導(dǎo)管上仰角度為10°，采用注漿機進行注漿后，使拱頂在漿液作用下形成一個受力很好的拱圈后再進行洞挖。

洞口開挖采用上半斷面長臺階法進行，上半斷面先挖至設(shè)計輪廓（同時進行初期支護），在保證巖體穩(wěn)定的情況下，再進行下半斷面開挖，開挖時嚴格控制爆破藥量，保護上半洞支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

上半斷面開挖程序為：鉆設(shè)超前小導(dǎo)管？管棚注漿→上半部鉆孔爆破（短進尺1m）→弱爆破，低震動（周邊孔少裝藥加光爆）→通風散煙→安全處理→出渣→安全處理→噴射第一次混凝土（5cm）→安裝格柵鋼拱架→系統(tǒng)錨桿→噴第二次混凝土（至設(shè)計厚度）→下一循環(huán)。為了保證施工安全，下一循環(huán)前先做一次超前小導(dǎo)管，洞挖進尺3m，洞挖爆破3個小循環(huán)（每個循環(huán)1米），直至隧洞挖至Ⅲ類巖體后，才取消拱頂?shù)墓芘锝Y(jié)構(gòu)；下半斷面開挖程序為：下半洞擴挖鉆爆→通風散煙→出渣→清基→安裝格柵鋼拱架（與上半洞格柵鋼拱架焊接）→噴射混凝土→轉(zhuǎn)入下一循環(huán)。

小導(dǎo)管在拱頂布置，每2m布置一排，間距45cm，小導(dǎo)管上仰角度為10°，確保每循環(huán)的爆破作業(yè)均是頂拱已形成拱圈的情況下進行。同時，在使用超前小導(dǎo)管的部位，圍巖自穩(wěn)性太差，一般與鋼拱架結(jié)合使用。根據(jù)圍巖的變化，適當調(diào)整鋼拱架的間距，本工程鋼拱架間距在Ⅴ類圍巖中為60cm～80cm，Ⅳ圍巖中為80cm～100cm。在F2斷層帶采用全斷面開挖，在拱頂布置超前小導(dǎo)管，參數(shù)同上，爆破循環(huán)進尺2m～2.5m，根據(jù)現(xiàn)場揭露的地質(zhì)情況，圍巖性質(zhì)比預(yù)期的稍好，采用超前小導(dǎo)管后，圍巖基本能保持穩(wěn)定，考慮到工期影響及節(jié)約投資，將鋼拱架的間距增至1.0m～1.2m。

4　結(jié)束語

管棚法在長距離膠帶機隧洞的運用取得非常顯著的成果，尤其在F2斷層帶的施工中起到至關(guān)重要的作用，循環(huán)進尺基本達到2m以上，使計劃兩個月的工期大大縮短至40天，為長距離膠帶機隧洞6月份貫通打下了堅實的基礎(chǔ)。

同時，采用超前小導(dǎo)管的管棚法施工工藝，為松散結(jié)構(gòu)巖體中進行洞室施工摸索出一條寶貴的實踐經(jīng)驗。長距離膠帶機隧洞從開工到貫通，沒有發(fā)生一起安全事故。管棚工藝的實施形成受力拱圈結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的支護施工提供了安全保證，確保了在圍巖在應(yīng)力釋放過程中，掛網(wǎng)噴混凝土及鋼支撐支護均能夠及時跟進，保證了圍巖的整體穩(wěn)定。如在洞室開挖過程中，因不利地質(zhì)原因，發(fā)生大的塌方現(xiàn)象，也可采用管棚法進行搶險，此時要適當增大管棚的直徑，由Φ40mm增至Φ60mm甚至Φ80mm，使洞室拱頂不但在漿液作用下形成拱圈結(jié)構(gòu)，同時，Φ60mm甚至Φ80mm的鋼管在巖體中可充分發(fā)揮剛性材料的作用。

管棚法施工，即通過漿液作用，使開挖后原本為荷載的巖體變?yōu)槟軌蚴芰Φ闹С薪Y(jié)構(gòu)，同時，在洞室開挖過程中，及時進行錨噴支護，鋼拱架支護等措施，在圍巖應(yīng)力釋放過程中沒有發(fā)生較大的變形即已經(jīng)支護，符合新奧法施工原理。

（責任編輯：陳喜輝）