管棚法在水庫排沙泄洪洞塌方處理中的應用

譚保偉 王永剛

摘 ? 要：管棚法是一種廣泛應用于水庫工程的施工工藝，通過在工作面打入厚壁鋼管，以此防止水庫在排沙、泄洪過程中造成泄洪洞塌方，為工程建設提供增強地層承載力的支護方法。本文以水庫為例，探討其在排沙泄洪洞發生塌方時，采用管棚法的方式進行補救，具體工序包括回填和固結灌漿、管棚加固等。本文分為三個部分，首先簡要介紹水庫的工程概況，其次塌方后水庫處理方案，最后是管棚法施工工藝以及應用措施。希望本文的研究能夠為讀者提供有益參考。

關鍵詞：管棚法 ?水庫 ?塌方處理 ?超前注漿

中圖分類號：TV512 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0013-02

管棚法工藝適用于底層較為軟弱且施工條件困難的底端，如塌方體、砂土質地層等，容易在工程建設中出現地層變形情況的場地。施工所用的基本材料有鋼管、水泥砂漿，其應用強度取決于鋼管的直徑、壁厚，以及水泥砂漿的配置原料等。

1 ?水庫概況

該水庫的用途主要供農業灌溉、工業和防洪泄洪，是大型的水利樞紐工程。水庫總容量、泄洪洞內徑、開挖直徑、洞長分別為10665萬m3、8m、10m、300.3m。

排沙泄洪洞位于傾伏倒轉背斜的倒轉翼上，巖層結構較為脆弱，并且巖類較為復雜，以Ⅲ、Ⅳ類為主，針對其斷層進行切割，發現巖層走向、洞軸線呈現平行的狀態，這些因素互相影響下，使得排沙泄洪洞的圍巖結構不穩定。同時經過分析發現，該部位的巖體在施工階段沒有采取必要的支護措施，從而出現了冒頂大塌方的情況，最長的塌方段達到85m，涌渣范圍達到105m，冒頂40m處出現的塌方呈現倒漏斗形，總體塌方量為1.5萬m3。針對水庫面臨的塌方情況，采取回填砂漿、固結灌漿、管棚法施工等處理方案[1]。

2 ?水庫處理方案

2.1 塌方搶險

當塌方出現后，針對上下游的塌方渣體進行封堵，材料使用2m厚的漿砌磚，通過這一方式實現臨時支護的作用，然后采用C15混凝土澆筑拱圈，寬度在3.2～6.4m，厚度為60cm，使得拱圈能夠從下游向上游推進，以涌出的渣體共同組成新的應力承載圈，以此降低塌方區的應力，從而發揮搶險施工部分的臨時支撐作用。

2.2 回填砂漿以及固結砂漿

在水庫塌方處的上游，采用C20的混凝土澆筑拱圈，塌落度范圍控制在18～22cm之間。冒頂處澆筑混凝土，應確保混凝土為一級配，塌落度為22cm。根據標記好的澆筑樁號，在相應位置鉆5處150mm孔，采用C15一級配混凝土回填鉆孔，塌落度為22cm，此過程的回填量為1378m3。

為了保證涌出渣體有效固結，在相應部位采取灌漿的方式解決，在泄洪洞上游和下游相應位置，以及檢修閘豎井平臺處，在這3個工作面填入水泥砂漿。灌漿由漿砌磚墻向塌方渣體的順序進行，首先安排輻射孔，為灌漿提供操作基礎。高程為2004.8m采用垂直孔的灌漿方式，自下而上10m范圍進行灌漿[2]。

塌方體外部，灌漿孔應采用梅花形進行布設，孔排距為3m，然后在其邊緣處鉆7.5m的垂直孔。灌漿順序采用自上而下的方式分段進行，當灌漿操作在3m范圍內，那么應選用壓力為0.1MPa;當灌漿范圍在3～5m之間，那么壓力應提升至0.6MPa。中間鉆孔深度可以鉆至隧洞腰線，壁孔鉆探可以灌至洞底。同時要考慮塌方體上部劇烈蠕動引起的變形問題，以及巖體不慎不夠脆弱，采用水、水泥、砂同等比例的配置方案，配成水泥砂漿灌漿，上述操作完成后再鉆孔內插入兩根28mm的螺紋鋼筋，為了提升插入鋼筋的抗壓強度，還要在鉆孔處進行焊接。

為了確認灌漿的效果，在此工序完成后進行壓水和聲波探測試驗。試驗結果要滿足以下要求：壓水試驗透水率<3Lu，巖體縱波速度<500m/s，洞頂10m以下的最高速度應達到3190m/s。

3 ?管棚法施工

3.1 鉆具工作室

為了確保棚管安裝符合施工要求，操作空間在原基礎上要向外擴大50cm，然后在相應位置掛網錨噴支護。錨桿長度、直徑、間距、網筋間距、混凝土厚度分別為4m、25mm、1.5m、15cm、15cm。

開挖鉆具工作時，在靠近混凝土的部位采取光面爆破的方式，工作室的開挖量應在60m3，比起洞徑為10m的開挖方量，超挖18.3m3;比起鋼管棚架的超挖方量為7.9m3。開挖渣體應將其放置在洞軸線下部，然后利用裝載機均勻攤鋪在混凝土底拱上。第二次開發鉆具工作室，支護棚管的鋼管壁厚、徑向孔斜、間距、孔深、排距深分別為6mm、25°、40cm、5～6m、1m，采用I25b工字鋼，鋼管間距應保持在0.5m，完成上述操作后再在相應位置掛網噴混凝土。

在裝載機上安裝鉆機，然后共同運至工作室，采用兩臺對稱布置的形式，分別采用自上而下、自下而上的順序，確保工作平臺可以分為3層，并且保證層高為2m[3]。

做好上述準備后，進行鉆孔操作，共布設7鋼拱架29個孔，孔距為50cm。在鋼管棚架的兩端安裝棚管，搭接長度保持在5m左右，鉆孔位置布置由內向外呈環狀錯開。為了保證較好的灌漿效果，要配備2種鉆頭，根據實際灌漿效果來選用，若是灌漿保持良好的灌漿效果，那么采用130mm的鉆頭，若為否則采用110mm的鉆頭。需要特別注意的是，鉆孔徑向偏移的角度應控制在1°左右。

3.2 安裝鋼拱架

鋼拱架所使用過的棚管，要求壁厚在4.5～6mm之間，同時確保各鋼管的間距維持在40cm，單根鋼管長度保持在50～200cm范圍內，鋼管之間采用焊接的方法連接。安裝方法分為后裝法、跟管法以及二次工作時棚管安裝。

首先是后裝法，這種方法應用在灌漿效果好的區段，鉆孔操作完畢后再鉆入鋼管，每節鋼管至少4m，并且插入鉆孔后外露的部分達到1.5m。若是每節鋼管設置為26.5m，那么鋼管節數應設置為7節，采用不同長度的鋼管互相搭配。長度為4m的鋼管配5節，長度為3m、3.5m的鋼管各配一節。確認安裝材料后，將管節對準接口，要求在第一節鋼管焊上接管帽，以此為基礎布設4個25mm的排氣孔。

其次是跟管法，這一方法主要應用在灌漿效果不理想的情況，采用的鋼管壁厚為5mm，每一管節必須達到2m的長度，在管節出廠階段就需要配置好套絲扣，以此方便管節之間灌漿。

最后是二次工作時棚管安裝，采用壁厚為6mm的無縫鋼管，同樣在前端布設接管帽，并鉆入3個25mm的孔，然后利用鐵楔固定，首先使用速凝砂漿將管子、巖壁之間的縫隙進行封堵，當砂漿達到一定強度后再進行灌漿處理。

4 ?結語

綜合上述，當水庫排沙泄洪洞發生塌方的情況，采用管棚法在事故發生時，采取積極的封堵措施，避免涌出的渣體過多造成更大損壞。做好臨時的支護處理后，再采用鉆孔、灌漿等措施進行補救，避免塌方情況擴大化。

參考文獻

[1] 趙杰斐，趙亞彬.管棚法超前支護技術在施工中的應用[J].建材與裝飾，2018（8）：289-290.

[2] 肖松飛.水庫分層取水工程出口隧洞塌方處理及注漿管棚支護施工方案分析[J].黑龍江水利科技，2016，44（9）：109-112.

[3] 胡進文，朱發祥，許健，等.管棚法施工在引大東一干2～#隧洞塌方加固工程中的應用[J].甘肅農業，2014（12）：79-80.