長管棚在隧洞大塌方處理中的應用

郭 鵬

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

遼寧某重點引水工程主洞設計開挖斷面為圓拱斜墻型，Ⅲ類圍巖開挖斷面為4 166 mm×4 750 mm(底×高)，Ⅳ類圍巖開挖斷面為4 154 mm×4 950 mm(底×高)，Ⅴ類圍巖開挖斷面為4 245 mm×5 200 mm(底×高)，Ⅴ類(極軟巖段)圍巖開挖斷面為4 245 mm×5 500 mm(底×高)。

2018年3月14日主洞工作面出渣結束后掌子面樁號C23+376頂拱部位出現掉塊現象，為避免出現大面積塌方，隨即噴射C25W8混凝土5 cm厚對掌子面及頂拱位置進行封閉施工。但掌子面及頂拱部位出現噴射混凝土脫落現象，掌子面及拱頂位置繼續掉塊，局部出現塌方情況，最終塌方形成的堆積體將掌子面全部覆蓋，形成坡度約1∶1的塌方堆積體。

2018年3月15日、3月18日，業主、監理、地質設代組、現場設代組、施工單位先后兩次到塌方部位進行查看，最終確定了以下施工方案：塌方形成的堆積體暫不清除，在塌方堆積體坡腳處設置止漿墻，對塌方堆積體進行水泥灌漿固結處理后清除。塌方及軟弱圍巖段采用管棚結合Ⅴ類圍巖鋼支撐協同支護的方式施工，視情況確定后續洞挖及支護施工方案。

2 所采用的施工方法

2.1 塌方堆積體封閉

沿垂直于堆積體表面方向打設φ22、L為0.5 m的錨筋，錨筋深入塌方堆積體40 cm，間排距為1 m，梅花形布置；堆積體表面鋪設φ8鋼筋網片，網格間距為150 mm；堆渣體表面設置直徑42 mm、壁厚3.5 mm的灌漿花管，間排距1 m，梅花形布置，與相鄰錨筋孔位間距0.5 m，管口安裝φ42球閥。上述工作完成后，在堆積體表面噴射30 cm厚的C25W8混凝土(圖1)。

2.2 止漿墻的澆筑

塌方堆積體坡腳處設置C20混凝土止漿墻，止漿墻沿垂直于洞軸線方向布置，墻高0.8 m，墻厚0.5 m。

圖1 塌方堆積體預埋固結灌漿花管布置圖

2.3 對塌方堆積體實施水泥固結灌漿處理

塌方堆積體的水泥灌漿按照環間分序、環內加密的原則分兩序施工，單孔一次灌漿完成，灌漿壓力為0.5～1 MPa，灌漿材料采用水泥漿液，整個灌漿過程水灰比均采用0.5∶1(重量比)，在規定的壓力下，當注入率不大于0.4 L/min時，繼續灌注30 min，灌漿可以結束。

2.4 管棚工作室的擴挖及支護施工

為便于管棚施工，需對已按主洞Ⅲ類圍巖斷面開挖及初期支護完成的洞段進行擴挖施工，擴挖樁號范圍為C23+360.8～C23+371.25，其中C23+360.8～C23+361.8為擴挖漸變段，C23+361.8～C23+370.2段為管棚工作室段，C23+370.2～C23+371.25段為管棚施工段。擴挖完成后，采用錨桿、掛鋼筋網、噴混凝土、型鋼支撐等進行臨時支護(圖2)。

C23+360.8～C23+361.8段底板以上范圍噴射C25W8混凝土10 cm厚。

圖2 管棚工作室擴挖及支護施工縱剖面圖

C23+361.8～C23+366段底板以上范圍打設φ22、L為3 m的系統錨桿，間排距1.05 m，梅花形布置，掛φ8@150 mm×150 mm鋼筋網片，噴射C25W8混凝土，厚10 cm。

C23+366～C23+370.2段設置4榀I12型鋼支撐，縱向間距1.05 m，底板以上范圍設置φ22、L為3 m的系統錨桿，間排距為1.05 m，梅花形布置，掛φ8@150 mm×150 mm鋼筋網片，型鋼支撐間采用φ22螺紋鋼連接，環向間距1 m，每榀型鋼支撐設置φ22鎖腳錨桿4根，每根長度為3 m，置入角度為30°，在起拱線位置設置2處(每處2根)φ22鎖定錨桿，每根長度為3 m，噴射C25W8混凝土，厚10 cm。

C23+370.2～C23+371.25段設置3榀I16型鋼支撐，縱向間距為0.525 m，底板以上范圍設置φ22、L為3 m的系統錨桿，間排距1.05 m，梅花形布置，型鋼支撐外緣掛φ8@150 mm×150 mm鋼筋網片，型鋼支撐間采用φ22螺紋鋼連接，環向間距1 m，每榀型鋼支撐設置φ22鎖腳錨桿4根，每根長度為3 m，置入角度30°，在起拱線位置設置2處(每處2根)φ22鎖定錨桿，每根長度為3 m。

2.5 管棚施工

(1)安裝導向鋼管.

為保證管棚施工精度，在C23+370.2～C23+371.25段邊頂拱范圍內安裝導向鋼管，導向鋼管采用直徑125 mm、壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管，環向間距40 cm，單根長度為1 m，導向鋼管作為管棚的導向管，其安裝的平面位置、傾角、外插角的準確性直接影響管棚質量，導向鋼管孔位采用測量放線定位，與3榀I16型鋼支撐上翼板雙面焊接牢固。

(2)導向拱圈混凝土澆筑。

在C23+370.2～C23+371.25段底板以上范圍內設置1 m長、80 cm厚的C20二級配素混凝土導向拱圈，將3榀I16型鋼支撐包于混凝土內，整體一次性澆筑完成。

(3)管棚鉆孔。

管棚采用100B潛孔鉆機鉆孔，外插角為0°～3°。為保證成孔質量，防止相鄰孔鉆進時前面的成孔倒塌，鉆孔采用跳孔施工，先施工奇數孔，后施工偶數孔。成孔后及時安裝管棚鋼管，管棚鋼管由鉆機旋轉頂進。在鉆孔過程中如遇涌水、溶蝕洞穴、塌孔或掉塊不易成孔時，需經預固結灌漿處理后再進行管棚鉆孔的施工。灌漿花管布置在I16型鋼支撐起拱線以上頂拱范圍內，灌漿花管采用直徑42 mm、壁厚3.5 mm的鋼管從樁號C23+371.25開始，環向間距40 cm，沿洞軸線方向縱向間距2.1 m，單根長度4 m。管棚鉆孔完成后，采用高壓風反復掃孔，清除孔內浮渣。

(4)裝 管。

管棚設計長度為21 m，采用φ76、壁厚5 mm的熱軋無縫鋼管，通過鉆機旋轉頂入孔內，每節鋼管長度為4～6 m，鋼管接頭采用厚壁管箍，每一管端絲扣長度不小于150 mm；管棚前端14 m范圍內每隔10～20 cm交錯鉆眼，孔徑為6～8 mm，梅花形排列。鋼管在同一截面內的接頭數量不能超過管數的50%，必要時在鋼管內增加3～4根φ25鋼筋組成的鋼筋束用以增加管棚的剛度。

(5)注 漿。

管棚注漿采用水泥漿液，3SNS灌漿泵配灌漿自動記錄儀全孔一次灌漿完成，注漿時先注奇數孔，后注偶數孔。管棚灌漿前，向靠近上游方向的拱圈側面噴射C25W8混凝土，厚10 cm。防止注漿時跑漿，灌漿壓力根據現場地質條件實時調整，灌漿材料采用水泥漿液，水灰比為0.5～1(重量比)。

(6)塌方體的清除。

管棚注漿完成待凝4～8 h后可進行C23+371.25～C23+376段塌方堆積體的逐步清除及支護施工，將每次清除長度控制在0.6 m左右，每段塌方堆積體清除完成后立即進行I16型鋼支撐支護施工，縱向間距0.525 m，底板以上范圍設置φ22、L為3 m的系統錨桿，間排距1.05 m，梅花形布置，型鋼支撐間采用φ22螺紋鋼連接，環向間距1 m，每榀型鋼支撐設置φ22鎖腳錨桿4根，每根長度為3 m，置入角度30°，在起拱線位置設置2處(每處2根)φ22鎖定錨桿，每根長度為3 m。型鋼支撐外緣設置φ8@150 mm×150 mm鋼筋網片，底板以上范圍內噴射C25W8混凝土，厚15 cm。施工過程中需設置專職安全人員全程監控塌方堆積體的穩定情況，如出現異常情況，及時組織人員、設備撤離。

(7)管棚段的洞挖及支護施工。

塌方堆積體段支護完成后，從樁號C23+376～C23+391.2按Ⅴ類圍巖采用上下臺階分部鉆爆法開挖，臺階高度為2 m，上下臺階錯開3～5 m，嚴格遵守“短進尺、弱爆破、快封閉、強支護、勤量測”的原則，每部位開挖完成后立即進行臨時支護，支護完成后方可進入下一循環或下一分部的開挖，型鋼支撐采用I16工字鋼制作，縱向間距0.525 m，底板以上范圍設置φ22、L為3 m的系統錨桿，間排距1.05 m，梅花形布置，型鋼支撐間采用φ22螺紋鋼連接，環向間距1 m，每榀型鋼支撐設置φ22鎖腳錨桿4根，每根長度為3 m，置入角度60°，在邊頂拱部位設置2處(每處2根)φ22鎖定錨桿，每根長度為3 m，型鋼支撐外緣設置φ8@150 mm×150 mm鋼筋網片，底板以上范圍內噴射15 cm厚C25W8混凝土，超前支護采用小鋼管，超前小鋼管外徑為32 mm、壁厚不小于3.5 mm，沿隧洞起拱線以上頂拱范圍內與管棚間隔布置，環向間距40 cm，沿洞軸線方向縱向間距2.1 m，單根長度為4 m。待管棚段施工完成后根據掌子面前方的圍巖情況確定是否進行第二排管棚及超前預灌漿施工(圖3)。

3 應用效果及評價

圖3 管棚段洞挖及支護施工示意圖

長管棚在隧洞大塌方施工過程中效果顯著，加快了洞挖施工速度，縮短了工期，取得了顯著的經濟、社會效益，在整個施工過程中，未發生一起安全事故和大型塌方。