淺析管棚支護注漿技術在烏石隧洞塌方處理實踐中的應用

羅宗保

（漳州市峰頭水庫管理局 福建 漳州 363000）

1 管棚支護技術的基本原理

在未開挖的隧道斷面前將鋼拱架立好，然后鉆孔將鋼管打入圍巖，將鋼管的外露部分直接焊接在拱架上，使得開挖面上形成一個棚，起到保護作用。管棚中的鋼管不僅具有錨桿的功能，能夠增強圍巖部分的整體性；還具有簡支梁的作用，一端嵌入圍巖，一端焊在拱架上，從而形成簡支梁的彈性支撐，承擔著拱架上方松散下墜圍巖的荷載。然后通過鋼管對周邊松散的巖體進行注漿，使得開挖段圍巖固結起來形成保護棚，確保開挖段的施工安全。

2 工程概況

古雷區域引水工程第二標段烏石隧洞工程，樁號為 D3 0+000～D3 2+628.76，隧洞長度為2628.76m，土洞開挖斷面下口為2500mm，高度為3200mm，上斷面的半徑1600mm，二次襯砌為400mm厚的C25鋼筋混凝土。烏石隧洞是本標段最長的隧洞，地質條件較為復雜，隧洞沿線基本是低山丘陵地貌，隧洞埋深40m～50m，巖層為強風化和全風化地層，容易受地表水滲透，隧洞開挖臨時支護采用錨噴網，永久支護采用400mm厚鋼筋混凝土襯砌。由于烏石磚廠廠區的邊坡開挖線距離隧洞軸線不足18m，山體的植被均被磚廠清表干凈，原排水山溝也被回填占用，目前磚廠的地面高程比烏石隧洞底高程高出3.2m，所以后山的淺層地下水均往隧洞匯集。當土洞開挖至0+145樁號，隧洞內出現明顯的滲漏現象；當施工至0+273段時，在掌子面噴護0.5h后突然出現噴涌現象，并隨之發生塌方。在采取增加支撐和回填孔洞等應急措施后，第二天出現泥漿從掌子面涌出的現象，當天洞內淤泥厚度達30cm～40cm，長度為120m，清淤工作根本無法開展。根據現場實測，在洞口排水溝的出水處，水深為10cm～20cm，流量為 0.33m3/s～0.52m3/s，這說明山上的淺層地下水的蘊藏量較大。

3 隧洞塌方處理方案

建設單位、設計單位、監理單位和施工單位等相關部門到現場對隧洞塌方情況進行勘測，并在現場項目部召開了隧洞塌方處理專題會議。根據古雷區域引水工程第一標段類似情況、以往的塌方處理經驗和結合現場的實際情況，會議確定了烏石隧洞0+273的塌方處理方案為禁堵水、筑管棚和短進尺。禁堵水也就是施工導流，在塌方處人工挖出導流平臺，在平臺前方采用漿砌石攔截山溝水流，然后布置2根φ315mm雙壁波紋管進行導流，將塌方處回填土方并在其上覆蓋3層地膜，保證隧洞內作業面無滲漏現象；在隧洞內布置φ110PVC管將洞內的涌水導流到洞外，使得洞內的淤泥含水量有所降低以利于清淤，定期清理洞外的排水溝，保證排水順暢。筑管棚就是從0+273開始間隔1m往前后方向進行環形布置，對鋼管進行注漿，先注漿角度小后注漿角度大，保證一定的注漿量，確保施工安全；短進尺就是每次開挖的進尺在1m以內，開挖后采用模板將開挖面封閉起來。

4 具體處理方案

4.1 支護方式

隧洞塌方具體的支護方式采用鋼拱架架立+管棚支護+噴射鋼筋混凝土支護，如圖1所示。鋼拱架采用HW175H型鋼，鋼拱架架立后將鋼管和錨桿焊接在鋼拱架上，鋼拱架底部對撐桿件為12工字鋼，拱架與拱架之間采用Φ25鋼筋和 [8槽鋼進行連接，嚴格控制鋼拱架的中心位置，鋼拱架的連接件應焊接牢固。管棚的鋼管采用φ50的無縫鋼管，將一頭削成30°圓錐形，在管上每300mm梅花形布置Φ10mm的孔，如圖2所示。在隧洞的輪廓線上，用氣錘將鋼管每250mm打入土中。第一排鋼管的布置位置距離掘進面2.5m～3m，向上傾斜30°打進土中；第二排鋼管的布置位置距離掘進面2.0m～2.5m，向上傾斜10°～15°打進土中。鋼管間連接采用絲扣連接，絲扣長度為150mm；鋼管中注漿材料為水泥和水玻璃雙液漿，其中水泥為PO42.5硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1，水玻璃模數為2.4，水玻璃摻加量為水泥的5%，鋼管注漿后，在鋼拱架內側環形布置Φ12鋼筋，縱橫向鋼筋的間距為20cm，鋼筋間采用焊接形式成為鋼筋網，每進尺1m就噴射C25混凝土，混凝土厚度＞8cm；底板同步進行硬化成為硬基礎，確保隧洞開挖的安全。

4.2 管棚的施工技術

管棚施工前，先將原鋼架支護修復完好，然后清理左側塌方土，形成一條長2m，寬0.5m的濾水層通道，埋設2根Φ150PVC排水管，然后用砂包堆設至1.5m的高程，使得洞內涌土得到控制，再對洞內淤泥進行清理。

（1）施工測量放樣

管棚施工前采用全站儀對每根鋼管的位置及高程進行定位并標識好，以此來確定管棚的平面位置；采用水準儀來對縱斷高程進行測量，并采用全站儀對鋼管的傾斜度進行校正，使得管棚的鋼管捶打導向正確，充分發揮其加勁的功能。

圖1 管棚結構示意圖

圖2 鋼管加工示意圖

（2）鉆孔

首先應搭設鉆孔平臺，根據管棚鋼管的高度與位置進行鋼管支架的搭設，平臺搭設應牢固，平臺基礎應硬化，以防止鉆孔時鉆機出現擺動或者不均勻沉降等現象；其次，根據施工測量放樣要布置鉆機，在鉆孔前應對孔位的方位進行復核，確保鋼管的施工精度，使得管棚的方向得到有效的控制，鉆機與平臺應牢固連接，確保其工作穩定性；再次，鉆機采用地質鉆機，合金鉆頭的直徑比管棚鋼管直徑大20mm～30mm，隔孔施工。在本工程的土層施鉆時應低速鉆進，鉆孔采用一次成孔法，鉆孔順序從高位孔往低位孔進行施工，鉆孔采用特制水平陀螺儀對傾斜度進行檢測，隨時調整，保證鉆孔的左右偏移量和最大下沉量在15cm～20cm的范圍內。鉆孔每進尺2m應對鉆桿軸線進行檢查，隨時糾偏，確保管棚的方向正確無誤。

（3）清孔

清孔采用高壓風，清孔開始部位為孔底，將孔內碎渣吹出。清孔時操作人員站在偏離洞口的位置，免得被碎渣打到。

（4）布置注漿孔

管棚的注漿孔應設置于管棚孔口，并用5mm厚的鋼板將注漿孔與注漿龍頭焊接，鋼板直接焊在管棚孔口。待注漿時打開閥門即可，注漿完成后關閉閥門。

（5）注漿

首先采用塑膠泥將鋼管周邊和孔口封堵，在法蘭盤位置預留Φ6mm的排氣管；注漿前應進行試注漿試驗，根據圍巖實際情況對設計注漿參數進行調整，使得注漿質量得到保證。注漿順序從低位管往高位管進行，先灌注∠15°管，再灌注∠45°管，注漿采用活塞式注漿機，注漿應與鉆孔形成流水作業，成孔一根及時進行注漿一根；漿液采用水泥和水玻璃雙漿液，水泥漿水灰比為1∶1，漿液配置時原材料應嚴格按照配合比進行計量，注意攪拌時間≥2min，盡量將水泥漿的初凝時間控制在2h之內；注漿時應將管棚鋼管內的PVC管與壓漿管相連，并采用法蘭盤將壓漿頭牢固連接，通過預留的排氣管可以隨時觀察注漿情況和將鋼管內的水分和空氣排出。在淺表地下水較為豐富的圍巖，根據情況應保留1-3根鋼管不注漿，當作排水導管；注漿壓力不宜過大，控制在0.5MPa～2.0MPa，漿液應緩慢連續地注入，這樣才能將孔內殘余的積水和空氣排出，使得漿液充滿圍巖的空隙內，注漿量應控制在20kg/m-40kg/m范圍內。注漿應一次性連續作業，不得中斷或者中途停止。如果注漿壓力突然升高，則應將水玻璃泵3掉，然后進行水泥漿注漿，待壓力穩定后再進行雙液注漿如果注漿壓力長時間不變，而注漿量很大時則應對漿液的配合比及濃度進行調整，使得凝膠時間得以縮短，確保注漿飽滿；當漿液從排氣管流出時，將排氣管閥門關閉，繼續注漿，等達到設計注漿壓力或者注漿量時，穩定15min后方可停止注漿，并將止漿球閥關閉，以防漿液回流。由于水泥漿液凝固會收縮，可以根據實際情況進行二次注漿；注漿完成后，采用鐵錘敲擊鋼管，假如鋼管的響聲清脆，那么說明注漿未飽滿，可以采取補注或者重注的措施假如響聲低啞，那么說明注漿飽滿。注漿結束后用M30水泥砂漿將管口填充密實，使得管棚的強度和剛度得以增強。

4.3 塌方段土方開挖

當注漿完成3d后，水泥漿液具備一定強度時就可以開始土方開挖，開挖應堅持短進尺的原則，每次開挖長度為1m。先從兩側開始開挖并對基礎進行硬化處理，然后架立側向工字鋼架，再對頂部土方進行開挖，接著架設頂部工字鋼架，最后對中心土體進行開挖，開挖采取臺階狀開挖方法，確保土方開挖的安全。

5 結語

古雷區域引水工程第二標段烏石隧洞工程0+273塌方段采取管棚支護技術進行處理后，順利地將淤泥清理干凈并做好永久的防護，使得該段的隧洞的施工質量得以保證。管棚施工中最關鍵的工序就是注漿，在本次處理塌方事故中采取各種可靠的措施對管棚注漿工序進行質量控制，使得鋼管的注漿飽滿，提高了管棚的強度與剛度，確保隧洞的施工安全。陜西水利

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