浅谈隧道长管棚处理塌方的技术与效果

第３８卷第２期　湖南交通科技　Ｖ０１．３８　Ｎｏ．２　２０１２年６月　ＨＵＮＡＮ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｊｕｎ．２０１２　文章编号：１００８—８４４ｘ（２ｏ１２）０２—０１２１－０３　浅谈隧道长管棚处理塌方的技术与效果　刘朝霞　（湖南省交通建设工程监理有限公司，湖南长沙４１００１５）　摘要：通过长坑隧道塌方处理过程，阐述了隧道洞内长管棚预注浆，对松散塌渣体的加　固，管棚施工技术，提高成孔效果方法，安全顺利穿过塌空区。　关键词：隧道工程；塌方；管棚；预注浆；加固塌渣　中图分类号：Ｕ　４５５．４　文献标识码：Ｂ　隧道塌方处理目前公认总体原则是运用“新奥　化岩层、泥质夹层，地下水主要为基岩及风化带裂隙　法”原理，充分发挥加固后的围岩承载能力，使加固　水。　后的塌方体形成整体支护结构，共同受力。一般规　模的塌方是采用喷混凝土先封闭掌子面，小导管预　２　塌方情况及原因分析　注浆超前支护等方法，能较安全顺利通过塌方段。　２．１　Ｙｋ２３＋９４５塌方过程　然而，对于塌方范围大，围岩无粘结能力，垮落滑层　长坑隧道右洞原设计ｋ２３＋６９５一ｋ２４＋０５２为　严重，围岩扰动剧烈，塌渣岩块大小相杂，渗水严重，　Ｓ４ｂ衬砌，采用复合式衬砌，初期支护由系统锚杆，　塌体松散无任何自稳能力时，传统方法往往难以奏　单层钢筋网喷射混凝土，格栅钢拱架组成，结合超前　效。而采用长管棚预注浆，固结塌渣与管棚一起形　锚杆，上下台阶开挖方式，从进口往出口推进。在上　成护拱，使塌方体具有一定的支承和自稳能力，可确　台阶开挖支护到ｋ２３＋９４５围岩突变时，掌子面左侧　保开挖与初期支护的安全。　拱部开始掉渣，并出现裂缝、开口，渗水严重，最后垮　１工程及地质概况　塌，塌渣堵满隧道全断面，并向拱顶空腔堆积，塌渣　量约７００　ｍ。以上，塌渣块大小相杂，最大的约１　ｔ　长坑隧道是大围山至浏阳高速公路一座分离式　多，小的似粉末泥渣状。塌腔高度约８　ｍ以上，纵向　中长隧道，位于浏阳市张坊镇白石村境内。洞轴线　长度７　ｍ多，塌方情况如图ｌ。　走向方位角２３７。，最大埋深７１．９　ｍ。隧道起止桩　２．２塌方形成原因分析　号：Ｚｋ２３＋６４５一Ｚｋ２４＋１１０，长４６５　ＩＴＩ，右线Ｙｋ２３＋　由于地质出现突变，围岩由中风化板岩变化为　６４０一Ｙｋ２４＋２１０，长５７０　ｍ。隧道建筑界限净宽　强风化板岩，并且掌子面强风化板岩隐藏于拱顶以　ｌ０．７５　ｍ，净高５　ｍ。隧道场地属构造侵蚀低山地　上约１　ｍ的位置，当开挖穿越时，仍按设计的Ⅳ级围　貌，隧道横穿山体，山体呈长条形，规模较大，山脊两　岩上下台阶开挖，循环进尺较大，放炮扰动后，强风　侧山势陡峻，地貌自然坡度约４０。一５０。，进出口处　化岩下面不足１　ｍ厚的中风化岩层被破坏，自承载　于山体斜坡坡体上。　能力被丧失，裂缝在雨水的渗透下，裂缝开口，从而　该隧道岩层属变质岩层，产状不稳定，进口段　产生垮塌。　为：２６０。／＿２５。一２８。，出口处２２０。／＿８５。，岩石的节理　及裂隙较发育，强风化与中风化层板岩分布于整个　３　洞内长管棚设计实施情况　隧道区域。洞口段地质条件较差，有较长距离的Ｖ　３．１管棚设计　级围岩，且埋深较浅，不易成洞。围岩为强风化板　由于塌方影响规模较大，围岩扰动强烈，塌渣堆　岩，褐黄色，薄层状、板状结构，岩质软、岩体破碎、节　积高度已超过隧道轮廓线以外８　ｉｎ，塌方体岩质极　理裂隙发育，黄色泥质物填充，稳定性差，开挖过程　不均匀，无任何稳定能力。加之，渗水严重，上部继　中易滑层、脱层、垮塌，左侧更为严重，并多次遇强风　续垮塌。因此，一般的方法难以保证安全施工。为　收稿日期：２０１２—０３—０１　作者简介：刘朝霞（１９７８一），男，工程师，主要从事交通建设监理。　ｌ２２　湖南交通科技　３８卷　图１长坑隧道Ｙｋ２４＋９４５塌方图　确保开挖及初支过程的围岩稳定性及施工安全，经　在管棚开孔位置后立４榀Ｉｌ８的工字钢拱架，作为　现场勘测分析决定采用长管棚注浆加固塌方体，使　临时套拱，并在两侧打锁脚锚杆固定于隧道两侧上，　塌方体具有一定的支承和自稳能力是保证开挖安全　管棚导向管安装在临时套拱上，沿格栅拱背上开凿　的技术关键。首先喷射混凝土封闭塌渣后，对掌子　的一圈台阶环向布置３１个管棚孔，管棚长度按塌方　面后方已支护钢格栅拱架增设小导管注浆加固，然　范围设计为ｌ６—１８　ｍ，环向间距５０　ｅｍ，仰角ｌ２。，管　后在塌渣坡面上垒砂袋搭建长管棚施工平台，同时　棚钢管采用　１０８　ｍｍ，厚６　ｍｍ的热轧无缝钢管。　也起到对塌渣掌子面的反压固脚作用。管棚开孔位　如图２，因固结塌渣需要，钢管全部沿周壁钻孔，并　置的选择在综合考虑了支撑稳固和便于钻孔的因素　在管内安装　２２咖三角形钢筋笼，以增强管棚刚　后，确定在掌子面退后第４榀钢格栅拱架的拱背上，　度。　３ｌ根１６ｍ　１０８×６ｍｍ无缝管管棚，按环向　距０．５　ｍ。外插角１２ｏ　１５ｏ布置，且每根管内　装由３根　２５主筋，　８扎筋构成的钢筋笼　１６　线　＼１１　ｌ　图２长管棚布置图　３．２管棚施工　顶１６＃孔开始往右侧至２ｌ＃孔，再从拱顶１５＃孔往左　３．２．１导向管的安装　侧至１０＃孔，然后再钻左右两侧剩余孔，整个钻孔过　钻孔方向，倾角主要靠导向管及管棚钻孔机来　程中仅有ｌ０＃孑Ｌ在钻进到１２　ｍ出现卡孔问题。　控制，导向管安装在临时套拱上，前端尽量靠近开孔　３．２．３管棚安装　台阶，然后用钢筋焊接固定在临时套拱的工字钢拱　为避免垮孔，钻完一个孔后，立即将事先按设计　架上。　加工好的标准节长６　ｍ，端头带内丝扣管棚钢管，逐　３．２．２钻孔　节丝扣连接后顶人孔内，相邻管棚钢管连接位置错　采用专用管棚钻孔机，钻孑Ｌ机以液压为动力钻　开１／２节长，然后从管内插入　２２　ｍｍ螺纹钢筋三　进，能减少对钻孔周壁的冲击与震动，并可调整倾角　角形钢筋笼加强钢管的刚度，再封闭孔口板，留注浆　与方位，钻头采用　１３５　ｍｍ合金钢头，钻头连接钻　孔头。　杆，通过导向管至开孔位置，钻进时应注意观察孔内　３．２．４注浆　情况变化，随时调整钻压、转速，控制进钻速度，钻屑　管棚全部装完后，将管棚封口板上的注浆孔头　采用风力排出，避免或减少垮孔、卡孔，另外根据坍　连接注浆机，并用锚固剂封好孔口，进行双液注浆，　渣堆积情况和施工条件等因素制定钻孔顺序：从拱　注浆参数为：水灰比１：１，水泥浆与水玻璃体积比　２期　刘朝霞：浅谈隧道长管棚处理塌方的技术与效果　ｌ２３　１：０．０５，注浆压力：初压０．５—１．０　ＭＰａ，终压　２．０　ＭＰａ，注浆顺序是按管棚钻孔顺序进行的，即先　腔坍渣的冲击，加固层上方松散渣体还能起到部分　缓冲作用，管棚保证了开挖及初支施工的安全，随着　开挖的进展，初期支护和管棚共同受力。正是由于　管棚、小导管及初期支护的相互作用，才使得开挖、　初支、二次衬砌安全顺利进行。　从拱部孔开始注浆，拱部孔注浆量大，通过空隙漏人　下部，因此等到下部孔注浆时，其注浆量较少并以注　浆孔的相邻孔作为考察孔，浆液从相邻孔口流出，就　应暂停注浆，并立即封堵孔口进行另一孔的注浆，对　注浆不充分、漏浆较严重的孔，待接近初凝前还需补　６效果与结束语　１）洞内长管棚预注浆处理规模较大的塌方在　注，在多次待凝补注后，才达到塌渣固结效果。　大浏高速公路长坑隧道实施中，安全顺利穿过塌腔　４　结合小导管注浆跟进开挖　长管棚受洞内塌体的限制，其开孑Ｌ位置退后了　６　ｍ，加之仰角较大，因此，在掌子面坍方范围内，管　棚层已超出设计隧道轮廓线约１．３０—２．３　ｍ左右。　为防止管棚下方未完全固结的塌渣再次垮塌，因此，　在塌体中的开挖仍按ｓ５衬砌布置超前注浆小导管，　对长管棚下方的塌渣体进一步进行固结。小导管采　用外径４２　ｔｏｎｉ，壁厚３．５　ｒｅａｌ热轧无缝钢管，钢管前　端呈尖锥状，长３．０　ｍ，管壁按梅花型钻注浆孑Ｌ（尾　端１　ｍ不钻），并焊在钢拱架上，环向间距４０　ｃｍ，仰　角ｌ０。一ｌ２。，纵向间距１　ｒｎ。掌子面坍方范围按三　台阶留核心土开挖，每清出５０　ｃｍ距离后，喷射Ｃ２０　混凝土封闭新清出的掌子面塌渣，随即支护一榀工　字钢拱架，挂钢筋网，打好锁脚锚杆，拱架与拱架之　间安好连接筋，喷混凝土支护。系统锚杆暂不钻孔　安装锚杆，待喷射　昆凝土支护完成，初期支护到一定　距离，再补打小导管注浆，对隧道周围塌渣再次进行　加固，依此循环进行，塌空区上台阶支护完后，再开　挖中台阶，中台阶同样遵循短进尺，待中台阶支护完　后，最后将所留核心土塌渣清到相应位置，通过这样　短进尺循环使塌方危险区安全通过。　５　作用机理　大管棚起点（即尾端）位于已支护段，并加固好　的拱架及初支背上，还留有纵向６　ｍ的稳固距离。　终点已进入未坍塌的较好围岩中，中间段为经注浆　加固的管棚坍体。这样有效地承担坍方范围所传递　的荷载，使得管棚的棚抬及护拱作用能有效发挥。　大管棚注浆结合超前小导管注浆，在初期支护　外围形成Ｉ．３０—２．３０　ｍ厚的拱形加固层，并且由于　小导管与钢拱架焊为一体及锚喷作用，使加固层的　整体性极大地提高，能有效地承受来自坍体上部空　区，初支与二衬未出现裂缝、脱空和明显下沉、变形　等现象，从Ｙｋ２３＋９５０坍方断面上布点的监控量测　数据显示，从５月１９日至６月２０日拱顶总下沉值　为１７　ｍｍ，而且变化缓慢，周边位移量累计１７．５２　ｍｍ，收敛速度０．０５　ｍｒｎ／ｄ，隧道围岩及初支处于正　常状态。如图３，证明该项技术配合超前小导管处　理围岩极差地段和无自稳能力的塌方是一种可行的　有效方法，达到了预期“质量、安全、稳通过”的效　果。　２６　鲁　ｌ７　链ｌ３　蛙　砸４｝　１９１５１　２７Ｅ１　４日　ｌ２日　２０日　５月　６月　测量日期，（月一日）　图３长坑隧道Ｙｋ２３＋９５１１断面拱顶沉降一时间曲线　２）在塌方松散体中钻孔采用液压钻机钻进技　术配风力排渣，同时结合坍方实际情况制定合理钻　孔顺序，成孔效果良好，达到了设计目的。　３）长管棚在松散塌渣体中注浆液时，应进行试　验，采用合适的浆液配比，选择适当的注浆顺序与方　法，才能减少漏浆，达到固结塌渣拱圈层的效果。　４）遵循“新奥法”原理，严格按“管超前、预注　浆、短进尺、强支护、勤测量、快封闭”，采用合理的　开挖与支护方法，是确保安全顺利通过塌空区的关　键因素。　５）洞内长管棚的施工工艺，成孑Ｌ效果，注浆设　备，注浆环向厚度（即加固塌渣沿隧道轮廓线的厚　度），减少漏浆、耗浆量等有待进一步完善与改进。