管棚法處理隧道特大坍方段的應用技術

管棚法處理隧道特大坍方段的應用技術

　　 [摘要]本文從施工的角度較為詳盡地闡述了管棚法的施工技術及施工中應注意的關鍵問題,結合工程實際對管棚法處理隧道特大坍方體的應用技術進行簡單介紹。
　　[關鍵詞]管棚法 隧道坍方 應用技術
　　
　　1 坍方體處理施工技術方案
　　1.1 施工方案與治理原則
　　1.1.1 施工方案
　　根據坍方體的工程地質特點,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,并建立科學的監測體系,監測支護體系的變形,判斷結構的穩定性和安全性。
　　1.1.2 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。
　　 (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相連通。由于注漿區域廣而連通性好,因此必須對注漿順序及注漿工藝進行詳細計劃,以防止漿液向無用的地區擴散,控制注漿量,以最小的注漿量獲得最好的注漿效果。
　　1.2 治理原則
　　施工方案和治理原則:“管超前,預注漿,多循環,短開挖,強支護,勤量測,早封閉”。
　　2 施工技術要點
　　2.1 施工工序與步驟
　　2.2 工作面預注漿
　　在長管棚施工前,應對工作面進行前進式分段預注漿,注漿分段長度為5m。以水泥單液漿為主,內加速凝劑,在必要時采用C - S 雙液漿。工作面預注漿的目的是加固工作面松散體,以保證管棚鉆孔方向的精度,同時穩定工作面,確保開挖時工作面的安全。
　　2.3 長管棚與預注漿
　　2.3.1 管棚參數
　　鉆孔仰角1°～3°,管棚間距30cm,管棚長度26m,采用Φ89(厚5mm)無縫鋼管,共計52根管棚。
　　2.3.2鉆孔工藝
　　預設Φ127 導向管→Φ108 套管鉆進18m →Φ90 鉆孔鉆進26m →下管(帶Φ90 鉆頭) →取出Φ108 套管→封孔注漿。
　　2.3.3 管棚注漿
　　注漿分三序孔注入,注入順序依次為C - S 漿、水泥漿、水泥砂漿。注漿應在鉆孔下管完成后立即進行,以便在鉆相鄰孔時可做為當前注漿孔的檢查孔。所有管棚鋼管均以30號水泥砂漿充填,以加強鋼管的剛度。
　　2.4 小導管注漿補強
　　長管棚注漿加固范圍有限,很難達到4m的加固圈,為此在開挖過程中,需施作小導管注漿補強。小導管采用Φ32焊縫鋼管,長5.5m,開孔長4m,間距60～75cm,外插角41°。小導管注漿采用C - S 雙液漿,注漿量根據現場情況定,以確保開挖為目的。

　　3 問題與解決措施
　　3.1問題
　　(1)主要存在卡鉆、掉鉆頭、坍孔、退鉆與頂管困難等問題。
　　(2) 坍方前開挖的下導坑斷面約有20m2 ,長度約為20m,由于密排棚架的作用,坍方體并未將導坑內填滿,約有150m3 空洞,漿液向空洞內充填并不能對開挖穩定起到穩定作用,同時又造成浪費,防止漿液向空洞內滲流是注漿中的關鍵環節。
　　3.2措施
　　3.2.1 帶鉆頭頂管
　　采用套管跟進施鉆只能有效地解決前20m坍孔、卡鉆等技術難題,因為套管跟進越長孔壁周圍坍碴、碎石與管壁的摩阻力就越大,鉆進負荷扭矩也越大,致使鉆進困難,同時易產生管接頭因扭矩大而損耗斷管等嚴重事故,一旦發生斷管現象,則整個孔將被廢棄。
　　3.2.2 總體施工工序的調整
　　首先進行工作面預注漿,在此基礎上進行管棚施工。但由于注漿量大,注漿時間長,造成鉆孔作業空閑時間多。為此,對施工工序進行了調整,即在工作面注漿的同時穿插進行部分管棚孔的施工。但為確保周邊管棚孔的注漿加固效果,確定了穿插管棚孔施工的原則是:遵循設計時的工作面預注漿超前的原則�？傮w施工工序的調整為施工工期爭取了時間,同時也保證了周邊注漿加固效果。
　　3.2.3注漿施工的技術措施
　　(1)改變漿液材料。預注漿時,根據其注漿目的是填充坍方體空洞,對固結體強度要求不高,同時由于原開挖的小導坑留下的空洞較大,采用較高強度的注漿材料不僅造成浪費,也為后來的開挖帶來了困難。為此,據孔鉆記錄,A、I、H 三個工作面預注漿孔分別在6m、10m、17m處有50～120cm不等的架空區,對這三個孔不同斷位的注漿材料進行了變更,由原設計的水泥漿與水泥砂漿改為粘土水泥砂漿。變更后的漿液含粘土約為25% ,28d固結強度在8～13kgPcm2 ,可滿足工作面穩定的要求,凝結時間約為3～5d,流動性好,不僅降低了工程成本,也具有良好的填充效果。三個孔三個段別分別共計注入粘土水泥砂漿120m3,約占空洞總量的80 %。
　　(2)采用間隔注漿獲得注漿加固效果。在進行管棚注漿時關鍵是獲得管棚內外形成厚約2m的注漿加固圈,但由于坍體內有許多塊石相互棚架,致使坍體內空洞大而多,這些空洞有的直接與坍空區相連,注漿時漿液在壓力作用下通過這些空洞泄流至坍空區,而不能在管棚附近均勻擴散,從而使注漿加固圈無法形成。為此,根據經驗采用間歇注漿法,即當長時間注漿壓力上不來時,說明漿液順空隙泄流至坍空區,這時將漿液凝結時間調整至30～50s,注漿1～5min,停40s,待原注入漿液初凝變稠后再注,如此反復,則原先的泄漿通道逐漸變小并最終堵塞,漿液即在管棚周圍達到均勻擴散的目的。
　　4 施工質量與效果評定
　　(1) 導向管外插角為2°～4°,間距28～33cm,滿足設計與規范要求,為保證管棚制安精度創造了條件。
　　(2) 管棚孔鉆進過程中僅有一個孔打偏與另一管棚相交,僅占管棚總數的2%。根據下管記錄,因卡鉆、斷管等原因52根管棚中只有9根共計16m 未頂進,僅占設計管棚總長度的1.1%。根據開挖所揭示的情況,管棚制安基本達到了整齊劃一的要求,在開挖線外形成了穩固的護拱棚架作用,總體質量達到了優。
　　(3) 每二序孔鉆孔時出現了全孔回水,鉆孔、下管容易,鉆孔物中有水泥凝結塊等現象,與開始第一序孔鉆孔時卡鉆無回水形成了對比,說明第一序孔注漿已起到了明顯的效果,并達到了固結充填的好效果。
　　(4) 根據注漿記錄,第二序孔注漿時注漿壓力上升明顯快于開始注漿時,也說明坍方體空洞回填充實。

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