采用管棚法處理特大坍方段的應用技術

PAGE9-采用管棚法處理特大坍方段的應用技術

1工程概況與地質概況

某隧道為云壽公路改建工程泰順至景寧間的雙車道隧道，是該段改建公路的控制工程。當隧道開挖至K11+645遇到長達87m的大斷層時，原施工單位采取下側壁導坑掘進，導坑斷面約5m×4m，采用加強噴砼和抬棚架強行通過的臨時支護體系。

當施工到K11+666時，由于地質條件急劇變壞，坍方頻繁(前后有5次坍塌發(fā)生)。為確保工期的順利完成，1998年6月原施工單位采用加強抬棚(密排棚架)支護措施，經(jīng)過半個月的努力實現(xiàn)了全隧的小導坑貫通。但在隨后的擴大斷面施工中，施工至K11+666.6時，原來由抬棚支撐的巖體發(fā)生大坍方，破壞了原已安設好的管棚，坍方堆碴涌至K11+662。后采取不連續(xù)的清碴辦法，但每次清碴至工作面后，又發(fā)生塌方，恢復原狀，并且?guī)r碴由

原先的粉末狀變?yōu)殚g雜1～3m3的巨大巖石，坍空區(qū)已延至斷層外基巖影響帶，預計坍方高度在50m左右，長共計18m。

坍方體位于斷層破碎帶,斷層帶出露里程為K11+645～+732,斷層產(chǎn)狀為SW250°∠72°～80°，與隧道軸線斜交，洞內可見厚度達87m，為大型壓扭性大斷層。斷層帶巖性由灰色砂礫巖、斷層泥及斷層角礫巖組成，巖石呈角礫狀松散結構，巖體整體性差，局部有滲水，易失穩(wěn)，開挖后坍方頻發(fā)。所需處理的坍方段，里程為K11+666～+689之間，共23m。坍方巖體破碎，分布不均勻，局部有空洞，且下半斷面有原掘進的小導坑及支撐導坑用的棚架，為開挖帶來不便。

泰順端至K11+666已完成模筑混凝土二次襯砌，并在K11+666處做好了厚70cm的砼止?jié){墻。且景寧端開挖至K11+697處停下,距坍方段約8m，整個隧道只有中間26m還未完成，成為制約工期的關鍵因素。

2坍方體處理施工技術方案

2.1施工方案與治理原則

2.1.1施工方案

根據(jù)坍方體的工程地質特點，我們確定了在拱部1°范圍內施作Φ89長管棚，管棚間距30cm，結合超前預注漿技術在開挖輪廓線外形成約4m厚的加固圈，并在開挖時以小導管補強注漿加固技術為輔的綜合技術方案。開挖采用上下臺階法，上臺階高度約4m，采取預留核心土環(huán)形開法，上下臺階間距長度5m，以人工開挖為主，對局部未坍方部位可采用松動爆破。在開挖后立即施作格柵拱架及錨網(wǎng)噴支護體系，充分調動加固后的圍巖的承載能力，使初期支護與注漿加固的坍方體形成整體支護結構，并建立科學的監(jiān)測體系，監(jiān)測支護體系的變形，判斷結構的穩(wěn)定性和安全性，及時反饋設計與施工。

2.1.2技術難點與關鍵

(1)長管棚與注漿加固圈在拱頂形成了穩(wěn)固可靠的固結殼，作為支承長達18m高約50m的松散坍方體超前支護體系(保護殼)，是保證開挖安全和防止坍方的進一步擴大的關鍵技術。其中26m灌滿砂漿的管棚直接棚架在泰順端已施作完成的二次襯砌結構和景寧端支護體系上，是承受坍方體土體壓力的主體，而厚4m的注漿固結圈則起到對其的進一步加固作用，同時坍方體大部分為碎屑狀，又可防止碎屑坍碴體從管間縫中涌出而引起新的坍方。管棚與超前注漿構成了超前支護的主體，是坍方處理的關鍵技術。

(2)坍方體內大部分呈松散碎屑狀，且又混有大小不一的硬質巖塊和前期坍方處理時用以支撐的方木等建筑材料，施鉆困難，成孔性差、容易卡鉆、下管難度大。這些問題的解決直接關系到26m管棚的安裝成功率和注漿的效果，也是坍方處理的難點所在。

(3)坍方段地處斷層破碎帶，地層連通性好，坍方體松散度大，且坍方前施工的小導坑均直接與注漿區(qū)相連通。由于注漿區(qū)域廣而連通性好，因此必須對注漿順序及注漿工藝進行詳細計劃，以防止?jié){液向無用的地區(qū)擴散，控制注漿量,盡量以最小的注漿量獲得最好的注漿效果。

2.2治理的原則

施工方案和治理原則可簡單概括為“管超前，預注漿，多循環(huán)，短開挖，強支護，勤量測，早封閉”。

3施工技術要點系刑捎工作面預注漿光→巡長管棚施工仇→嚴上小導管及半衛(wèi)斷面開挖與支指護挨→設底板開挖與支橫護蹄→埋二襯與鋪底。膀

3.暴1梅便施工工序與步夸驟澤

3.件2稻疾工作面預注漿日誦毛在長管棚施工印前，應對工作熱面進行前進式脾分段預注掠漿樓,袋注漿分段長度位為善5m罩。以水泥單液嚴漿為主，內加敵速凝劑，在必吸要時采洲用府C-S億違雙液漿。工作講面預注漿的目相的是加固工作牧面松散體，以擇保證管棚鉆孔懷方向的精度，愉同時穩(wěn)定工作者面結,少確保開挖時工罩作面的法安全傳。雁

3.掌3駱潑長管棚與預注些漿縫柏波戚管棚參數(shù)穴莖棒鉆孔仰嗚角淋1液°商～軟3已°基，管棚間距韻30cm橋，管棚長度序26m餡，采不用棒Φ衫89即(鐘厚管5mm叼)案無縫鋼管，共紅計傅5遭2纖根管棚。攻煩落鉆孔工藝賊注暗預斤設荷Φ菌127腸床導向管妨→怠Φ齡108中套管鉆進祥18m歪華→得Φ雙90掉鉆孔鉆進務26m濾磨→再下倦管巾(趨帶倦Φ景90仗煤鉆鴨頭她)餃→揮取截出難Φ者108朱旋套管愉→鉛封孔注漿。傅名挖陶管棚注漿片討懲注漿分三序孔倘注啟入畜,閱注入順序依次怖為園C-S址伐漿、水泥漿、織水泥砂漿。注能漿應在鉆孔下偉管完成后立即胖進行，以便在拔鉆相鄰孔時可剝做為當前注漿燭孔的檢查孔。峽所有管棚鋼管幸均門以膠3撐0浸號水泥砂漿充富填，以加強鋼悼管的剛度。擾百盒注漿參數(shù)：夜視蛾雙液存漿躺:萄水泥味漿倚W鍛∶碰C=0.久8脊∶捎1務～狗1.5進∶爽1,涂水玻璃費漿帖35B快e檔″礙，購C鞏∶角S=1諷∶完1翅～富1慌∶坑0.3標，注漿終危壓潔2MP日a姓，注漿速狗度吩3擋0乖～弦60LPmi問n瞞，凝結時鉛間悟3右～語5mi井n水，緩凝劑加獎入食1鍵%奉～碰3籮%茫，擴散半徑妙1m送。政釣蛛單液水泥漿軟：咳W垃∶敬C=0.趨8蘭∶搜1惜～宴1.5騎∶天1擦，注漿終腥壓很2MP柴a湯，注漿速按度鑰3燥0縱～鬼60LPmi歉n醒，凝結時榜間薪1壇0街～蚊15組h旁，速凝劑加投入營3桌%解～小6存%鴨。擴散半徑在失管棚注漿時為縣1m派，而在工作面喝預注漿時為些1.5m館(揮工作面主要為預坍方松散誼體宴)藍梢。喇昨續(xù)水泥砂漿襲：薦3升0斥號水泥砂漿，膛充填鋼管和充聯(lián)填較大的坍方悟空洞。屠3.4襖矩小導管注漿補瑞強食萬抵長管棚注漿加你固范圍有忘限掌,陰很難達到揪4m密的加固踐圈絮,趣為此在開挖過摘程死中及,壘需施作小導管序注漿補強。小源導管采感用沙Φ你3燦2城焊縫鋼管，長牽5.5m盾，開孔長志4m屑，曾間退距撕6堂0根～拜75cm破，外插諷角挑41第°焰。小導管注漿堆采避用柿C-S展秩雙液漿，注漿工量根據(jù)現(xiàn)場情侵況定，以確保恢開挖治安全站為目的。神

3.吸5違瞧開挖與初期支企護粗扁捧開挖與小導管憶注漿穿插進行駝，即每注一個伏循環(huán)開挖費1.5m棚(母即支護三榀鋼旨拱泡架擇)絕見。初期支護與岡開挖緊跟，即宅每開挖一個循劈環(huán)立即立拱掛算網(wǎng)噴砼施作初耀期支護。自銅促開挖分上、下難半斷面短臺階木分部施工，臺岸階長孟度豆≤稍5m嘉，開挖進尺斜0.5m合。因坍方體高另度不明，開挖駱后洞室變形及鹿結構承載力不惕能較為準確的浸計算，為防止遲變形過大造成瓜初支結構侵入敬襯砌凈空，根奏據(jù)塵工程旱類比在開挖中蜜預留罪20cm留的下沉量，即蔥擴大開挖斷面許20cm群。談疑衰采取手執(zhí)鐵鏟踩或風鎬人工開傻挖，在有基巖頃或巨大巖塊出慮露處可采用松傅動爆破后再人日工開挖。上半磚斷面采用預留愚核心土環(huán)形開現(xiàn)挖，以保證掌晝子面的穩(wěn)定與亞安全意；下半斷面采最用左右錯挖馬串口形式開挖，們馬口錯開長度良在扮3果～里5m豎。下半斷面開赴挖后應及時清矩底施作仰拱，茶確保初期支護捉的及時封閉。展武威支護采用格柵歉拱漂+邁茄錨消桿屬(霸鎖攝腳調)+安寫鋼筋客網(wǎng)敞+豪粉噴文射甘C20綢疾砼的聯(lián)合支護波體系。格柵拱戀為辨20cm臂×胡20cm侍觸的喋形拱架，給主筋義為瘡Φ響2鵝2嬌螺紋鋼；鋼筋財網(wǎng)采春用煉Φ凍8亡圓鋼，網(wǎng)間距甜20cm志；鎖腳錨桿采佛用榨Φ近2鍋2像螺紋鋼的砂漿探錨桿，必要時喂采用注漿錨管栗；拱架間距按撿開挖進度每宣0.5m鋒一榀，拱架間派連接筋采泰用報Φ匪2慈2砍螺紋鋼，連接批筋間年距從1跳～必1.5m榜；噴射混凝土對采映用舊C2掌0奔砼，厚度所25cm逃。初支應在開汗挖完成后即時蓄施作，要確保喚支護體系的及坡時封閉，即盡榆早噴砼封閉減凝少開挖后圍巖爛的暴露時間，挺及時施作仰拱買使支護結構盡鉆快封閉成環(huán)，誠改善洞室結構趁的受力條件。前

4沈勾施工中的問題逮與解決措施滿

4.村1艱救存在的主要問義題武

(1毛)來敏管棚孔的施鉆之與管棚制安中課，主要存在卡答鉆、掉鉆頭、倡坍孔、退鉆與挪頂管困難等問唯題。其主要原畜因是施鉆范圍監(jiān)內大多位于坍狼方體內，屬碎箱石、角礫閱石威,愛松散無穩(wěn)定性劍，從而致使鉆逢孔成孔與下管闊極其困難。詞

(2貿)臭否坍方前開挖的灰下導坑斷面約殼有圓20m傍2杰妨，長度約為交20m黃，由于密排棚許架的作用，坍抓方體并未將導重坑內填滿，約投有窩150m災3暗皮空甩洞遭,式漿液向空洞內替充填并不能對衛(wèi)開挖穩(wěn)定起到巾穩(wěn)定作用，同潛時又造成浪費句，如何防止?jié){危液向空洞內滲僅流也是注漿中六的關鍵環(huán)節(jié)。強

4.酸2狗柏主要技術措施愛故寬瀉變更導向管采欄用套管跟進施棚鉆允辟斗原設計管棚直緞徑桐為蔑Φ釀8漢9且，按照常規(guī)導犯向管直徑則棵為幣Φ泳10跑8覆。通過對現(xiàn)場名情況進行調查佛，坍方體坍碴程情況比較復雜燒，坍孔、卡鉆億在所難免，為岔保悄證暑Φ避98書望管棚的順利施壘作，有必要采叼用套管跟進施騎鉆，在套管保戶護下頂進管棚某鋼管踩。船Φ疾8候9鉆的管棚鋼管塵需蔥Φ睛108漁選套管，原設計味的野Φ梁108匠到導向管就不能公滿足施工需要俗，因此導向管親變更按為蹄Φ幸12哲7柴鋼管。施工事墾實證明，導向域管變更為管棚怨成孔創(chuàng)造了有陣利的條件。嗓倘盟摧帶鉆頭頂管察逆掙采用套管跟進訪施鉆只能有效堆地解決前來20m憂坍孔、卡鉆等嘆技術難題，因茅為套管跟進越聞長孔壁周坍碴奧、碎石與管壁幫的摩阻力就越習大，鉆進負荷屯扭矩也越大，當致使鉆進困難腦，同時也容易敢產(chǎn)生管接頭因務扭矩大而損耗蒜斷管等嚴重事架故，一旦發(fā)生鉤斷管現(xiàn)象，則頃整個孔將被廢遮棄。根據(jù)以往車經(jīng)驗與現(xiàn)場試奪鉆情況，前忠18m慮采微用膜Φ址10竹8旅套管跟進施鉆全，后燙8m雕采肯用旬Φ描9蒼0釋鉆頭鉆進，債鉆到設計里程潮后，在管棚鋼餅管前端安裝允上句Φ哈9叫0公鉆頭，前題18m年套管保護下頂沃進，后縱8m嫩則鉆進下管，幫待下管到設計探里程后再取出酷套管。厲遷靈鄰總體施工工序匹的調整鉆舟京按設計，應首窯先進行工作面付預注漿，在此災基礎上進行管晉棚施工。但由歸于工作面注漿法量大，注漿工推作時間長，造撒成鉆孔作業(yè)空綁閑時間多。為沃此，對施工工柳序進行了調淚整沫,格即在工作面注凳漿的同時穿插絹進行部分管棚昂孔的施工。但眠為確保周邊管遍棚孔的注漿加鑼固效果，確定皺了穿插管棚孔猴施工的原則是減：遵循設計時病的工作面預注播漿超前的原則弄，即在進行管穿棚孔施工時，穩(wěn)同一水平線以樸下的工作面預熟注漿已完成，以從而防止周邊品管棚孔注漿時會漿液向坍碴空樸洞內溢流?？偳审w施工工序的妻調整為施工工脖期爭取了時間草，同時也保證打了周邊注漿加報固效果。塞含姻島注漿施工的技蘆術措施冒津飽.1蹲拍改變漿液材料搖飛棚前期進行工作騰面預注漿時，模根據(jù)其注漿目烘的是填充坍方宿體空洞，對固攻結體強度要求蔑不高，同時由遞于原開挖的小雞導坑留下的空振洞較大，采用喘較高強度的注蝶漿材料不僅造閃成浪費，也為嗓后來的開挖帶哀來了困難。為圣此，根據(jù)工作寇面孔鉆孔記錄綿，擁A云、踩I頃、資H喝貓三個工作面預魄注漿孔分別在個6m匆、嶼10m蟻、判17m卷處糧有公5脂0設～越120cm廳不等的架空區(qū)委，對這三個孔雷不同斷位的注標漿材料進行了校變更，由原設沾計的水泥漿與剝水泥砂漿改為免粘土水泥砂漿培。變更后的漿助液含粘土約鑰為積25%井怎，隸28央d懼固結強度打在性8只～捷13kgPc娛m老2史季，可滿足工作求面穩(wěn)定的要求犁，凝結時間約殲為左3部～奮5圖d朽，流動性好，列不僅降低了呈工程并成本，也具有淚良好的填充效揉果。三個孔三開個段別分別共續(xù)計注入粘土水鴿泥砂漿咱120m炎3欠，約占空洞總瓜量輕的貪80農(nóng)%閥。歇至掏.2莖例采用間隔注漿裕獲得注漿加固刷效果在進行管號棚注漿時關鍵遭是獲得管棚內左外形成厚約少2m扯的注漿加固圈佛，但由于坍體使內有許多塊石當相互棚架，致劇使坍體內空洞哪大而多，這些豐空洞有的直接串與坍空區(qū)相連恨，注漿時漿液苦在壓力作用下干通過這些空洞廚泄流至坍空區(qū)閘，而不能在管三棚附近均勻擴縣散，從而使注蓋漿加固圈無法徐形成。為此，唐根據(jù)經(jīng)驗采用眾間歇注漿法，演即當長時間注統(tǒng)漿壓力上不來懼時，說明漿液簡順空隙泄流至號坍空區(qū)，這時爭將漿液凝結時暑間調整閉至俘3創(chuàng)0籠～暈50滴s撐，注慘漿繡1澇～飲5mi鉛n襖，細停胸40孔s匹，待原注入漿嘗液初凝變稠后踩再注，如此反現(xiàn)復，則原先的蝦泄?jié){通道逐漸獎變小并最終堵愚塞，漿液即在么管棚周圍達到夾均勻擴散的目推的。菜

5倆這施工質量與效根果評定碰

(1炮)洋倍導向管外插角嶄為牙2老°爽～雖4蠅°壯，間龜距漂2延8齒～絹33cm油，滿足設計與渾規(guī)范要求，為霜保證管棚制安殿精度創(chuàng)造了條低件。準

(2個)渾疲管棚孔鉆進過棉程中僅有一個頃孔打偏與另一億管棚相然交遵,漁僅占管棚總數(shù)毅的伙2永%絕。根據(jù)下管記高錄，因卡鉆、痰斷管等原愿因男5稅2糕根管棚中只摔有推9津根共計鵲16m滋伐未頂進，僅占越設計管棚總長護度取的宿1.1何%漸。根據(jù)開挖所芝揭示的情況，粉管棚制安基本笛達到了整齊劃課一的要求，在睡開挖線外形成滿了穩(wěn)固的護拱她棚架作用，總壘體質量達到了帳優(yōu)。比

(3凝)辨題每二序孔鉆孔婆時出現(xiàn)了全孔角回水，鉆孔、題下管容隙易灌,綠鉆孔物中有水跨泥凝結塊等現(xiàn)鄙象，與開始第昌一序孔鉆孔時胃卡鉆無回水形歲成了對比，說爺明第一序孔注