隧道坍方处理长管棚施工技术.doc

隧道坍方处理长管棚施工技术一、工程概况面店三号隧道在施工过程中，遇地质变异及施工原因，于2005年5月17日，进口端距离洞口570m（里程DIK490+010）处发生突然坍方，受坍塌震动和松动牵引影响，坍塌区逐渐往两端延伸，至5月18日，坍塌基本稳定。初期支护垮塌长度为86m（DIK489+954DIK490+040），松动区长121m（D1K489+937D1K490+058），最大坍方高度为51m，最大坍方宽度为25m，坍方体积约51600m3。坍碴呈块状及巨块状堆积充填于整个隧道断面，坍体由块石及空洞组成。图1面店三号隧道地质纵断面图二、大管棚设计方案由于坍体无自稳能力，为预防坍体开挖过程中扰动围岩诱发进一步的坍塌，设计采用大管棚进行预支护。长大管棚使用工程运用实例在隧道施工中管棚支护具有如下优势：当松散体或破碎带很大时，长大管棚注浆对松散体或破碎带有固结作用，能有效阻止破碎松散体坍塌；管棚支护具有刚度大，结构强度高，所形成的承载拱承载能力强等优点，且长大管棚一次支护长度大，可有效缩短施工时间。目前，长大管棚在不良地质地带隧道施工中应用较多，如在福建杨梅岭隧道中，采用40m的长大管棚支护体系，顺利通过了洞口段的强风化破碎岩层地带；在云南四角田隧道坍方整治中，采用了20m长的管棚支护体系有效处理了泥石流所引起的大型坍方；北京地铁蒲黄榆车站管棚试验，采用了146.6m的长大管棚，有效固结了地面土体，提高了土体强度。大管棚设计及优化原设计对拱部开挖轮廓线外5m范围内的坍体采用帷幕注浆固结，并在拱部设置4循环长33m，环向间距0.4m的89大管棚进行超前支护，每循环41根。每循环开挖25m，留8m作为止浆盘。在出口端剩余的60m上台阶开挖完成后，实测坍方长度只有86m，比设计长度少10m。在遵循原设计思路的前提下，根据坍方的实际长度及所选用钻孔设备的技术参数，并对管棚打设长度、定位精度、循环次数进行了充分的分析、优化和可行性论证，决定将设计四循环方案优化为两循环方案：即将帷幕注浆和长管棚改成两个循环，进出口各一个循环，管棚每环长度46m。设置工作室和导向墙，以确保管棚打设安装精度。图2 管棚支护正面示意图三、长管棚工作室、导向墙设计及施工工作室的设置及施工根据优化设计方案，分别在进出口二衬末端与坍体间的稳定地段各设一个工作室，根据钻机的作业空间和管棚安装要求，工作室设计长度为8m，工作室断面在原开挖轮廓线的基础上放大1.5m（见图3）。图3 工作室纵、平示意图对工作室范围内原临时支护采用小导管径向注浆预加固，加固范围为开挖轮廓线外5m。加固完成后用破碎锤将原临时支护拆除并扩挖至工作室所需空间。工作室扩挖分4次进行，每次2m。扩挖后立即进行支护，支护参数采用坍方段处理设计的参数。导向架制作及导向管定位图4 大管棚导向架设计图 图5 导向架加工及安装为了保证导向管的安装精度，导向架在洞外加工，由两榀格栅钢架组成，每榀格栅钢架主筋为双排28螺纹钢筋，纵向连接28螺纹钢筋，54花钢管斜撑加固，导向架总长2.8m。在导向架两端用3mm钢板与花拱架全幅焊接，钢板焊接后在钢板上按2放样导向管位置孔并用氧焊切孔（154孔），然后在导向架内预埋大管棚导向管（153钢管）并与钢板焊接；导向架预制完后运进洞内进行定位安装。导向架设计、加工及安装分别见图4、图5。导向墙施工先在拱脚灌注高60cm混凝土导向墙基础，然后将导向架固定在基础上，对导向管进行复测无误后，采用I16钢架及3015钢模安装导向墙模型，灌注C30混凝土，导向墙沿隧道纵向长2.8m，高1.5m，灌注过程中用全站仪对导向管进行全过程监控。四、长管棚施工长管棚施工工艺流程见图6。钻机工作平台搭设大管棚孔位放样钻孔、下管管棚注浆棚管加工棚管运输管口止浆封闭钻机安装就位注浆材料准备注浆设备安装调试图6 长管棚施工工艺流程图钻机定位与钻孔管棚钻孔采用德国克莱姆KR803-1C管棚钻机钻孔。移动钻机至钻孔部位，调整钻机高度，将钻具放入导向管中，采用红外线导向辅助钻机将钻杆、跟进管、导向管固定在一条直线上。钻杆方向和角度满足后即可开钻，钻孔采用偏心钻头，跟管钻进。钻进时，钻头连接跟管套管（套管长度1.5m）同时钻进（钻头与套管采用管靴连接），钻进1.2m后，停钻接下一根套管，而后继续钻进，如此循环直至设计长度。钻孔过程中密切注意钻杆角度的变化，并保证钻机不移位，钻进速度根据坍体的软硬程度控制。跟管钻进的施工步骤见附图。管棚加工与安装管棚加工前首先将管棚编号，偶数号的全部采用6m的钢管加工，奇数号的第一根采用3m钢管加工，其余全部采用6m钢管加工，以保证安装后同截面接头不超出50%。管壁上钻816mm注浆孔。管棚连接采用丝扣连接，丝扣长度10cm。管棚孔成孔后，立即在套管内下89管棚。将管子送到孔底后拔出跟管套管。下管要及时、快速，以保证在钻孔稳定时将管子送到孔底。下管由人工送管，当阻力增大，借助钻机顶进。管棚内注浆注浆前对孔口外侧周间隙采用锚固剂进行密封处理，防止浆液倒流和管棚在注浆压力作用下退出。管棚注浆工艺同帷幕注浆。由于管棚注浆量小，在管棚施工完成四根后开始注浆充填管棚，增加管棚的刚度，同时还对帷幕注浆进行补充，管棚注浆采用泵送压浆。 配合比按帷幕注浆稠度为110mm时设计。注浆机具：采用输送泵1台、混凝土罐车4台。注浆压力：注浆压力控制在68MPa。五、长管棚施工人员组织及设备人员组织本段坍方处理设置钻机组、注浆组、运输组、后勤组等四个专业作业组，在技术员的组织指挥下四个小组必须紧密配合。各组人员配置如下表。表1 长管棚施工人员配备表（单位：人）组 别钻机组注浆组运输组后勤组技术员班数22222人数65431合计1210862设备配备主要设备见表2。表2 长管棚施工设备配备表（单位：台/套）设备名称规格型号数量备 注水平钻机KR8031C1能回转钻进，顶冲跟管钻进拔管机PP-47-DS1混凝土输送泵HBT-601注浆混凝土运输车SQH5270GJ4设备名称规格型号数量备 注拌合设备HZD601空压机L-20/71六、小结钻孔过程中由于固结体存在软硬不均容易出现卡钻、套管及钻杆丝扣连接处质量差容易产生断裂。处理措施是采取拔管、换钻头重新钻进。通过本次坍方处理，使我们对长管棚的施工工艺有了更新的认识，根据目前的技术水平和设备能力，管棚长度可以突破50m，且横向误差可以控制在20cm，竖向误差控制30cm范围内。控制长管棚施工的关键环节主要有以下几项：一是工作室的设置，根据钻机的几何尺寸、作业范围及下管要求设计合适的工作室，确保钻机的工作效率和管棚精度。二是管棚导向架的制作及安装非常关键，管棚导向架在洞外整体定位加工，加