管棚注浆超前支护技术在富水条件下断裂破碎带隧道中的应用--中国期刊网

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管棚注浆超前支护技术在富水条件下断裂破碎带隧道中的应用

发表时间：2021/4/26 来源：《基层建设》2020年第33期作者：孙文明

[导读] 摘要：文章介绍了揭阳至惠来高速公路小北山1#隧道开挖塌方断面的实际地质情况，分析几种常见的隧道塌方处理方案，确定了采用超前管棚法，再配合超前小导管注浆，使隧道掘进方向的掌子面、拱顶区域的围岩达到固结作用，确保隧道开挖施工顺利进行。

        中铁十五局集团城市建设工程有限公司河南洛阳 471000
        摘要：文章介绍了揭阳至惠来高速公路小北山1#隧道开挖塌方断面的实际地质情况，分析几种常见的隧道塌方处理方案，确定了采用超前管棚法，再配合超前小导管注浆，使隧道掘进方向的掌子面、拱顶区域的围岩达到固结作用，确保隧道开挖施工顺利进行。通过监控量测表明，超前管棚法处理隧道大塌方效果明显。
        关键词：隧道富水塌方处理管棚注浆变形监测
        1引言
        隧道穿越断裂破碎带时，塌方、涌水、大变形等事故屡见不鲜。塌方一旦产生，往往治理不易。若不根据具体情况对症下药，很难将其根治。针对该问题，在隧道塌方段或跨度大及软弱围岩段施工中采用超前支护方式进行处理，可提高掌子面的稳定性，同时确保隧道施工以人为本，以实现隧道工程安全文明生产。本文将以小北山1#隧道塌方处理的工程实例，论述超前管棚注浆技术在隧道施工生产中的应用。
        2 工程概况
        小北山1#隧道是揭惠高速公路全线唯一特长隧道，为全线的重点工程，地处丘陵区，围岩变化频繁且变化幅度较大。隧道横穿3条断裂带，围岩破碎、裂隙发育，上方为龙潭水库范围，受断层影响，易形成地下水槽及富集带，施工过程中多次出现滑层、塌方、涌水等现象。
        在隧道施工中，有一段岩层K16+375～K16+360设计主要由微风化花岗岩、辉长岩组成，岩质较硬～坚硬，为断层影响带，节理裂隙发育，岩体较破碎为主，局部较完整。雨季潮湿，裂隙发育部位滴水或淋雨状。隧道围岩类别优化后，衬砌类型仍为S-Iva级别（表一））。2016年9月24日，在开挖K16+370～K16+365右侧中台阶时，隧道拱肩至拱墙部位进入一辉绿岩脉中，该岩脉由暗灰绿色、松散土状辉绿岩碎屑及粉土组成，潮湿～湿润状，自稳性差。隧道掘进至此形成的凌空面，引发该岩脉土石涌出造成塌方，塌方堆积体约160m3。受塌方影响，掌子面后方K16+385-K16+370段右半幅从拱顶～拱墙一带已施工的初支砼出现裂缝。现隧道掌子面塌腔顶部破碎围岩稳定性较差，为避免出现更大范围的坍塌及出现重大安全质量事故，确保快速通过塌方段，使隧道各项工序施工安全、有序、高效的进行作业，急需我部及时制定塌方段处治方案。
        3 塌方处理方案比选
        通过塌方段最常见的方法一般有以下3种：a）将塌方体运出洞外，在塌方段施作套拱。b）采用双排小导管超前支护并注浆加固拱圈逐榀开挖逐榀支护（图一）。c）采用 Φ108大管棚及小导管预注浆加固后逐榀开挖及时支护。
        第一种方法简单易行，但为保证施工生产安全，须在塌腔顶部短期内没有碎块掉落趋于稳定的情况下才可采用。
        第二、三种处理方法是在塌方顶部碎块持续掉落、岩层不稳定、或者清理塌方体易引起更大范围的坍塌时采用的处治方案。双排小导管超前支护逐榀开挖的方法具有简单、灵活、作业空间小等优点，缺点是刚度小、安全性低，适用于拱顶以上坍体较厚且塌腔稳定的情况；Φ108管棚及超前小导管预注浆的加固方法，刚度大安全性可靠，但作业场地空间要求大，操作困难，破碎围岩成孔率低，下管难度大，工序多进度慢。
        考虑到本段塌方体围岩前方存在由粘性土充填的溶洞，经业主、设计、监理和施工四方共同会商，决定采用自进式锚杆大管棚配合小导管超前注浆预加固的施工方案。自进式锚杆打设管棚的特点是钻进、注浆、锚固一体化，无需拔出。其作业平台小，施工简单，操作方便、快速、经济。自进式锚杆的管径、长度根据现场实际情况进行打设，管内注浆以增强管棚的刚度，再配合小导管注浆以提高围岩固结效果，保证开挖安全和施工进度。
        4 塌方处理
        4.1 塌方处理及技术要求
        a）对已完工段10m初期支护范围采用径向Φ42小导管注双液浆加固围岩，间距 90cm×120cm。
        b）为保证安全、顺利、快速度过塌方段，应充分利用现有塌方洞渣进行反压以封挡塌方面发展，同时修做为施工作业平台，再对反压作业平台及暂停施工的现掌子面围岩表面喷射10cm厚砼进行封闭。
        C）鉴于K16+370-K16+365右侧塌方处岩脉为松散土状，且岩脉厚度不小于5m，其走向为隧道右前上方，采用自进式钻孔管棚处治方可安全有效。
        D）管棚采用15根Φ108型自进式锚杆，长度9m，沿塌方处纵向布设，开孔间距≯30cm，外插角1～3度。打设时须尽量与岩脉走向垂直，其前端进入硬质体内应不小于3m，打设完毕钢管内采用M30水泥砂浆注浆填充。
        e）塌方处理完成后使用地质雷达对拱顶及右侧拱墙进行扫描，如发现存在空腔采用C15砼通过注浆管将其注满，确认无空腔后再展开后续施工。
        f）第三方监控量测单位在K16+385处增设一个监控量测断面，用以量测所见裂缝变形情况。

        RPD-150C钻机
        4.2 自进式锚杆管棚施作
        在K16+372附近拱部紧贴初期支护安放预先加工好的I20工字钢拱架并与初支拱架焊接在一起，在I20工字钢拱架上安放Φ50导向管并焊牢。导向管长50cm，安放的位置及方向应与自进式锚杆相一致，随后喷射C25混凝土30cm作为导向墙。采用Φ108型自进式锚杆，RPD-150C钻机钻进（图二））。锚杆壁厚6mm，长度为9m，环向间距30cm，外插角 1～3度，在拱部环向120度内设置。注浆材料为双液浆，水灰比为1：1，水玻璃模数为2.6，浓度为35Be’，水泥浆与水玻璃体积比1：0.3，注浆压力为 2.5～3.0MPa。施工Φ108型自进式锚杆时的外插角、杆体长度根据现场具体情况可做适当调整，但必须保证锚杆插入掌子面稳定岩层中不少于3m，施作完成后，锚杆尾部与钢拱架焊连在一起。
        5 结论
        本工程采用自进式锚杆管棚处理隧道塌方是借鉴新奥法原理，通过注浆使拱部形成一个稳固的承载圈，充分发挥岩体的自稳能力，顺利通过隧道塌方段的破碎岩体。现场开挖情况表明，初支的最大下收敛值为44 mm，水泥浆液砼化破碎围岩的效果良好。施工的管棚及加密的小导管注浆使松散岩体、管棚、钢拱架及喷射的混凝土形成一个纵横交错，共同受力的统一整体，保证了整个塌方处理处能够在安全之中施工作业。实践证明，在小北山1#隧道出现的几次大塌方中均采用自进式锚杆管棚安全通过，显示出超前管棚加小导管注浆支护结构有良好的可靠性能。其能快速通过隧道塌方段、跨度大及软弱围岩段，或预防二次塌方及避免发生边治边塌情况的施工中显示出较好适用性。
        参考文献：
        [1]岩溶隧道管棚支护工法【M】.北京：人民交通出版社，1993
        [2]李晓红．隧道新奥法及其量测技术【M】．北京：科学出版社，2002．
        [3]李志厚，杨晓华，来弘鹏，晏长根．公路隧道特大塌方成因分析及综合处治方法研究【J】．工程地质学报，2008.