采用管棚法處理淺埋隧道坍方段的技術應用

文妮

摘 要：以西源隧道坍方處理為例闡述了管棚法施工在隧道坍方段的應用，論述了管棚法處理坍方段的技術要點，同時說明了注漿在管棚法處理坍方技術中的作用。

關鍵詞：隧道；管棚；注漿

1 工程概況

西源隧道為贛龍鐵路擴能改造工程中典型淺埋隧道之一，位于江西省會昌縣，全長468m，設計為時速200km客貨共線鐵路雙線隧道，隧道內線間距為4.4m～4.525m。隧道最大埋深約34.5m，通過底層巖性為全風化～弱風化板巖夾炭質頁巖，Ⅳ級圍巖占17.1%，Ⅴ級圍巖占82.9%。該隧道地質復雜，圍巖破碎，節理裂隙發育，空隙潛水較發育，多處淺埋，溝谷設計。隧道施工至DK101+820處時頂部發生坍塌冒頂，需要及時處理。

2 施工方案

在洞內拱部120°范圍內施作φ89管棚，管棚間距40cm，長度10m，外插角控制在5°～10°，結合超前預注漿技術，在開挖輪廓線的外圍形成加固圈，加固圈的厚度約為4m。在開挖掘進的同時用小導管補強注漿加固技術對DK101+805～DK101+815段拱墻部位進行洞內3m徑向注漿，進一步提高洞壁圍巖自穩性。

采用開挖工法為三臺階臨時仰拱法，為了充分利用圍巖的承載能力，在開挖完成后立即施作格柵拱架，以及錨網噴支護體系，使初期支護與注漿加固的坍方體形成整體支護結構。

施工中必須建立科學合理的監測體系用以監測支護體系的變形，通過監測體系對支護體系的監測來確保施工的安全性和穩定性，將通過監測數據分析所得的結果及時反饋給設計單位與施工單位。

根據坍方體的工程地質特點，制定方案，施工工序安排如下：（1）對隧道進行全方位量測，測量數據與以前監控量測數據進行比較，對隧道的狀況進行評估。（2）進行地表袖閥管注漿。（3）施作洞內管棚，并進行注漿。（4）采用超前小導管注漿進行超前防護。（5）采用三臺階臨時仰拱工法進洞掘進施工。

3 施工技術要點

3.1 管棚施作工藝要點

（1）棚管的直徑為89mm，管棚用熱軋無縫鋼管分節制作形成，絲扣聯接。管棚鋼管周身梅花型鉆出漿孔，管棚的前端制作成錐體便于安裝，管棚的尾端使用焊接法將蘭盤與注漿管尾端聯接在一起。

（2）管棚施工前安裝導向管，在靠近掌子面已初支的鋼架外側再加設3榀工18鋼架，并施作工18鋼架橫撐作為臨時仰拱使鋼架閉合，再在鋼架上安裝φ140mm鋼管作為定位導向管，中心間距為40cm。

（3）鉆孔前需要精確測定孔的平面位置、孔的傾角以及外插角的度數，并且對每個孔進行編號。外插角控制在5°～10°，可依照實際情況進行調整，鉆孔仰角的確定應根據鉆孔深度以及鉆桿強度來確定，一般鉆孔仰角控制在1°～1.5°。鉆機采用地質鉆機，隔孔施鉆。鉆孔選用比管棚直徑大20-30mm的合金鉆頭，在土質層中開孔時可以采用低壓鉆孔一次鉆進成孔的方法，當成孔有1.0m后，開始進行適當加壓。

（4）鉆孔檢測合格后，將鋼管連續接長，用鉆機旋轉頂進將其裝入孔內，鋼管采用絲扣連接，采用匹配的絲扣。為使鋼管接頭錯開，第一節管采用3m和6m交替布置，編號未奇數的第一節管采用3m鋼管，編號為偶數的第一節采用6m鋼管，后按孔深接長補齊。管棚體外露末端焊接15×15cm厚度8～10鋼板，在鋼板中心鉆φ15mm孔洞，焊接注漿閥門。

（5）水泥漿在拌制時，嚴格按照施工配合比進行投料，并在高速攪拌機內進行攪拌。在管棚中注入水泥水玻璃漿液，注漿時初壓為0.5～1MPa，終壓為2.0Mpa。

（6）注漿施工時，漿體的濃度逐漸增加至設計濃度，這樣逐漸增加漿體濃度的施工方法有利于漿體向拱頂方向擴散，促進漿體的緊密，利于后期的防滲。注漿施工時，由兩端的管棚鋼管開始注漿，注漿過程中進行跳孔注漿，向隧道拱頂鋼管方向推進。

3.2 小導管注漿補強

在開挖過程中，由于采用長管棚注漿加固的范圍有限，很難達到4m的加固圈，所以需施作小導管注漿補強。小導管注漿補強時采用φ50熱軋無縫鋼管，長5.0m，開孔長4m，間距15cm，外插角200～250。小導管注漿采用的水泥漿的水灰比為1：1，注漿量需要依據現場實際情況來確定。

3.3 開挖及初期支護

洞內開挖采用三臺階臨時仰拱法進行，開挖與小導管注漿穿插進行，采用Ⅲ型超前小導管注漿進行超前防護，并逐步進行開挖施工。每循環開挖進尺0.5～1.0m，逐榀鋼架開挖，并及時施作臨時仰拱，拱圈及時閉合成環，抵抗周邊土壓力。為確保支護體系的及時封閉，減少開挖后圍巖的暴露時間，初支應在開挖完成后及時進行施作。

塌方回填后，洞室變形過大將會造成初支結構侵入襯砌凈空，因為結構承載力的計算受到洞室變形的影響，因此在開挖時需預留20cm的下沉量，在施工過程中應及時施作仰拱使支護結構盡快封閉成環以改善洞室結構的受力條件。

4 注漿的控制措施

（1）為了保證管棚注漿施工的順利進行，防止在注漿薄弱地段注漿時跑漿，應在注漿段起始段的掌子面噴射混凝土阻止漿液外溢，同時管棚端頭空隙處采用混凝土堵塞密實。

（2）注漿時應防止管路故障或者泵故障造成漿液比例的改變，所以注漿時需要經常測定混合漿液的凝結時間。注漿的過程，要時刻注意泵口壓力的變化情況以及孔口壓力的變化情況。

（3）注漿過程中應及時封堵孔口或者工作面的漏漿，注漿結束后徹底清洗泵體和管路以保證再次注漿的質量。在注漿的過程中，做好注漿的紀錄以及鉆孔的紀錄，為分析注漿效果提供依據。

（4）注漿施工作業中，現場施工過程諸多控制因素中最為關鍵的因素是注漿的壓力，施工時可以根據流量計顯示的孔口壓力的變化情況來判斷注漿施工的進展情況。

（5） 在注漿過程中，當單孔注漿量達到設計注漿量的80%以上或者注漿壓力達到規定的終壓5.0MPa，便可以結束注漿施工。

5 結束語

管棚法早期是隧道施工的一種輔助方法，在軟巖隧道施工中廣泛應用于穿越松散帶、破碎帶、軟弱地層、涌水、涌砂層等。預埋超前管棚做頂板及側壁支撐的施工方法，為后續的隧道開挖提供了堅實的基礎，而且該方法具備施工快、工期短及安全性高等特點，是隧道施工中解決坍塌的有效施工方法。

參考文獻

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