淺談前坪水庫管棚施工工藝

胡　翔，施　展（河南省水利第二工程局，河南省　鄭州市　450016）

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淺談前坪水庫管棚施工工藝

胡翔，施展（河南省水利第二工程局，河南省鄭州市450016）

前坪水庫導流洞進出口巖石破碎，進洞前進出口均采用超前管棚進行洞口防護，超前管棚技術在水利施工中很少引用，現以前坪水庫導流洞進出口超前管棚支護技術施工進行探討，以便在以后遇見類似的工程中能更好的進行施工。

前坪水庫；管棚；施工

1　概述

前坪水庫位于淮河流域沙穎河支流北汝河上游、河南省洛陽市汝陽縣縣城以西9km的前坪村，水庫是以防洪為主，結合灌溉、供水，兼顧發電的大（2）型水庫，水庫總庫容5.84 億m。其中臨時建筑物導流洞級別為4級。隧洞進口段圍巖為Ⅳ類，需加強超前支護。其中進口漸變段設φ108超前注漿管棚35根，長12m，環向間距400mm；進口漸變段后50m范圍內設φ108超前注漿管棚33根，環向中心相距4.5°。進口段62m范圍內布設I14鋼拱架，間距50cm。

2　技術要求

2.1超前注漿管棚

①鋼管規格：φ108×6mm無縫鋼管。②進口漸變段鋼管環向間距40cm，進口標準段頂拱鋼管環向中心相距4.5°。③管棚分段安裝，每段長4～6m，兩段之間絲扣連接。④導管上鉆15mm注漿孔，孔間距20cm，呈梅花型布置，導管尾部留有不鉆孔的止漿段2.5m。⑤鉆孔的外插角：超前支護分三段進行，首環為12m漸變段，外插角2.5°；進口洞身50m分為前后兩段，每段長25m，前段外插角2.5°，后段外插角2°。⑥注漿材料：采用M20水泥砂漿，注漿壓力初壓按0.5～1MPa，終壓2.0MPa，當注漿終壓達到2.0MPa而注漿不進時，再穩壓3～5min方可結束灌漿，注漿壓力根據現場實際情況進行調整。⑦套拱中與管棚配合使用的鋼架采用三榀I22型鋼鋼拱架，間距80cm。

2.2鋼拱架

①加工允許誤差：沿隧洞周邊輪廓允許誤差不大于3cm，平面翹曲小于±2cm，接頭連接要求同類之間可以互換。②工字鋼拱架連接盤采用14mm厚鋼板，使用M20螺栓連接。③鋼拱架設計間距50cm一榀，安裝誤差為±50mm。④鋼拱架間設φ25縱向連接筋，分別沿環向每隔100cm設一根，梅花形交替設置，并于鋼拱架連接牢靠，焊縫高度10mm。

3　超前管棚預注漿施工方案

導流洞進口洞口漸變段12m，及進口洞身段Ⅳ級圍巖和斷層破碎帶，長度50m，均采用φ108大管棚進行超前支護。超前支護分三段進行，漸變段為第一段，進口洞身50m分為前后兩段，每段長25m。大管棚支護時必須有前段和后段的搭接長度和超前量，每段搭接長度為3m，超前量3m，以保證管棚支撐點有足夠支撐間距和鋼支撐榀數。管棚各段搭接布置如圖1。

4　套拱施工

圖1　

待洞口邊仰披開挖支護到明洞初砌外輪廓線時，測量人員在坡面上定出中線拱頂高度，套拱位置線，橫向十字線，然后開挖兩側套拱位置的巖石，邊開挖邊支護至邊墻底高度以后，清理套拱基礎，施做完后在明暗洞交界處架立三榀I22型鋼鋼拱架，間距70cm，每榀鋼架用拉桿拉緊，防止傾倒，必要時在拱頂拱腰坡面上兩側打錨桿，將最前面一榀拱架焊在錨桿上拉緊，套拱在襯砌外廓線以外，緊貼掌子面施作。在鋼支撐上按設計大管棚間距安裝φ127mm，長2m的孔口導向鋼管，必須用儀器仔細精確無誤地檢查其中線，方向與水平，確保導向良好，與管棚位置方向一至，用水泥紙或其他東西將孔口管封堵，防止漿液流入將孔口管堵塞。人工立模擋頭板用鋼筋拉桿拉緊，外模用鐵線拉在拱架上，拱腰以下要用斜掌支于側面上，完后澆注或噴混凝土60cm厚的C25混凝土包裹鋼支撐和導向管。套拱完成后，噴射C20混凝土10cm厚封閉周圍仰坡面，作為注漿時的止漿墻。

5　管棚鋼管加工

加工4m和6m兩種規格的管；為使鋼管對接，鋼管兩端分別加工成公、母絲扣，絲扣長15cm，絲扣牙距5mm，管壁加工間距為20×20cm的φ15mm注漿孔，梅花型布置，以利于漿液通過管壁孔擴散到地層中，鋼管管頭焊接成圓錐形。

6　搭建施鉆平臺

施鉆平臺用鋼管腳手架搭設，搭設平臺一次性搭好，由下向上、由兩邊至中間根據孔位依次搭成“井”字形，上面用木板鋪平。要求鉆機平臺搭建必須牢固，鉆機安放到平臺上以后，要用鋼絲繩緊固；平臺要支撐在穩固的地基上，腳手架連接要牢固、穩定，防止在施鉆時鉆機產生下沉、擺動、位移而影響鉆孔質量；鉆機定位：將鉆機安放在施鉆平臺上，調整好高度、鉆桿的傾角和方位角，要求鉆機與已設定好的孔口管方向平行，必須精準核定鉆機位置。用經緯儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，反復調整，確保鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線向吻合。然后將鉆機牢固固定在施鉆平臺上，檢查各管線和連接件是否正確。

7　鉆孔

鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對每個孔進行編號；鉆孔由1～2臺鉆機由高位孔向低位孔進行；為了確保鉆桿接頭有足夠的強度、剛度和韌性，鉆桿連接套與鉆桿同材質。為防止鉆桿在推動力和振動力的雙重作用下，上下顫動，導致鉆孔不直，鉆孔時，把扶正器套在鉆桿上，隨鉆桿向前平移；根據孔口管的傾角和方向，利用鉆桿的延伸和吊錘準確確定鉆孔的方向，即固定鉆機。利用鉆機的變角度油缸，參照導向管的傾角確定鉆機的傾角，確保鉆桿線與開孔角度一致，以達到為鉆進導向作用；將鉆頭和鉆桿穿過導向管，對準已作好標記的孔位孔心，慢慢開動鉆機，注意鉆孔應平直，孔底偏差距離小于鉆孔的半徑。用螺旋鉆桿配三翼鉆頭，干式鉆進成孔。鉆孔直徑不小于125mm；鉆孔平面誤差不大于50mm；鉆進過程中經常用傾斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的狀態判斷成孔質量。為了能順利下管，成孔后再進行掃孔，順通孔道。大管棚施工完成后，成傘形輻射狀。

8　安裝大管棚

大管棚安裝時用鉆機頂進，鋼管間為絲扣連接，用自由鉗旋轉擰緊，相鄰兩孔的鋼管接頭要相互錯開。頂進鋼管時要保證導管的傾角和方位角與鉆孔鉆桿前進的傾角和方位角一致。最好在鉆完一個孔后不要移動鉆機，立即將該孔的導管頂入孔內，安裝好導管后，再移開鉆機進行下一孔的鉆進。

9　配管

為了使大管棚的整體受力效果更好，在接長管棚鋼管時，鋼管接頭在隧道縱斷面上錯開2m。下管時，由于φ108×8mm的大導管從4～6m不等，故必須將管子相互連接起來，才能達到設計長度。安裝同孔導管時將4m管和6m管間隔裝入孔中，相臨兩孔絲扣連接處相互錯開，同一橫斷面內的接頭數量不大于50%，相鄰接頭至少錯開1m。

10　送管

只要具備足夠的場地或空間，就可充分利用大型機械送管，以提高效率，并減少工人的勞動強度。第一環大管棚，利用鉆機送管或利用挖掘機挖斗向前送管。但第二環第三大管棚由于在洞內，場地狹窄，大型機械無法操作，只能用鉆機送管。成孔后，通過異型接頭，用主動鉆桿帶動φ108×8mm的大導管，邊旋轉邊向前推進，直至將全部管子送到位。

11　管口封閉

在管子端部焊一帶眼的鋼板，然后將φ32×4mm （長50cm）的注漿管與該鋼板相焊；注漿管為三通構造：一通接φ108×6的大導管。一通接塑膠管，一通為沖洗用。

11.1注漿

①先在φ108×6mm鋼管上鉆φ15mm的出漿孔，孔距20cm，呈梅花型布置。鋼管尾部2.5m不鉆花孔作為止漿段。②注漿材料為M20水泥砂漿，水灰比（W：C）為0.5：1。注漿壓力初壓按0.5～1MPa，終壓2.0MPa，當注漿終壓達到2.0MPa而注漿不進時，再穩壓3～5min方可結束灌漿，注漿壓力根據現場實際情況進行調整。

11.2大導管注漿量計算，按下式計算

Q=πr2Hηa

式中：

r——漿液擴散半徑；

H——大導管長度，取24m；

η——巖體孔隙率，取0.6；

a——充填率系數，取0.3。

表1　大管棚注漿量計算表

11.3注漿量必須大于鋼管的凈空容量

注漿時，每根鋼管的注漿量一般達到設計量，估計擴散半徑小于0.2m。

11.4漿液的調制步驟

①水泥漿液攪拌在拌合機內進行，根據拌合機容量大小，嚴格按要求投料；②攪拌投料的順序為：在放水的同時，將外加劑一并加入攪拌，待水量加足后，繼續攪拌1min，并將水泥投入，攪拌時間不小于3min，并在注漿過程中不停攪拌漿液；③配制水泥漿時，嚴防水泥包裝紙及其他雜物混入。拌好的漿液在進入貯漿槽及注漿泵之前均應對漿液進行過濾，未經過濾網過濾的漿液不允許進入泵內。④配制的漿液在規定時間內注完。

11.5注漿方式及順序

①注漿方式：根據圍巖類別、地質條件、機械設備及注漿孔的深度選用全孔式。即鉆孔直至孔底，然后一次注漿完畢。②注漿順序：從拱頂對稱向下進行。如遇竄漿或跑漿，則間隔一孔或數孔灌注。注漿結束后，利用止漿閥保持孔內壓力，直至漿液完全凝固。

注漿壓力與地層條件及注漿范圍要求有關，一般要求能擴散到管周0.5～1.0m的半徑范圍內。但應控制注漿量，每根大導管內已達到規定注入量時就可結束，若孔口壓力已達到規定壓力值而注入量仍不足時，亦應停止注漿，以防壓裂開挖面。

11.6注漿作業要求

①漿液的濃度、膠凝時間符合設計要求，不得任意變更；②經常檢查泵口及孔口注漿壓力的變化，發現問題及時處理；③注漿時，經常測試漿液的膠凝時間，發現不符，立即調整。

11.7注漿結束條件

單孔結束條件：注漿壓力達到設計終壓，漿液注入量已達到計算值80%以上。全地段結束條件：所有注漿孔均已符合單孔結束條件，無漏注漿情況。

11.8注漿完成情況檢查

①分析法：即分析注漿記錄，看每個孔的注漿壓力、注漿量是否達到設計要求；在注漿過程中，漏漿、跑漿是否嚴重；以漿液注入量估算漿液擴散半徑，分析是否與設計相符。②查孔法：用地質鉆機按設計孔位和角度鉆檢查孔，取巖芯進行鑒定。

11.9注漿后至開挖前的時間間隔

單液水泥漿開挖時間為注漿后8h左右。

11.10注漿異常現象處理

①發生串漿現象，即液漿從其他孔中流出時，采用方法：堵塞串漿隔孔注漿；②單液注漿水泥漿壓力突然升高，可能發生了堵管，停機檢查；③水泥漿單液注漿進漿量很大，壓力長時間不升高，則應調整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時間，進行小量低壓力注漿或間歇式注漿，使漿液在裂隙中有相對停留時間，以便凝膠，但停留時間不能超過混合漿的凝膠時間，才能避免產生注漿不飽滿。

2016-3-8

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2095-2066（2016）11-0045-02