小导管在隧洞塌方处理过程中的应用.doc

超前小导管和管棚在隧洞塌方处理中的应用摘要：引水隧洞开挖属于典型的地下洞室开挖，一般洞身较长，短则上千米，长则数千米，其经过的地质条件也因此变得较为复杂，塌方就成了洞挖施工中比较常见的施工现象。塌方处理方案一般无固定方案，须视具体情况而定。本文根据工程中塌方处理的具体情况，浅议超前小导管和管棚在隧洞塌方处理中的应用。主题词：塌方 小导管 管棚 灌浆一、工程概述碧水电站位于布尔哈通河下游、吉林省图们境内，电站装机容量为1.6万千瓦，多年平均发电量5575.6千瓦时，装机利用小时数为3485.1小时。电站为引水式电站，主要建物由拦河建筑物、引水建筑物、电站厂房及升压站组成。主要引水建筑物为一条长4196m的引水隧洞，引水隧洞进口接进水闸，出口接前池。引水隧洞为无压洞，净宽为5.7米，净高为6.94米，底坡为1/2000。引水隧洞在开挖至桩号1+517时，右侧顶拱和右侧边墙出现围岩大量掉块，极不稳定情况。见此情况，施工人员立即组织撤离。随后当前开挖范围（约1.5m）的右侧顶拱和右侧边墙发生大塌方，塌方发生后，一直未停止。塌方停止时，坍塌面向后扩至桩号1+529，长度增加至12m。本次塌方渣体由破碎岩石和大量的构造夹泥构成，并将整个洞身填满，塌方形成的空腔为屋脊形。二、小导管及管棚施工从塌方量和塌方渣体来看，若采用常规方式进行施工，则会因为渣体破碎和围岩风化严重不能成洞，而无法完成塌方处理施工。为此，施工方先在塌方渣体上向前以一定仰角打入超前小导管，再利用小导管灌浆，将顶拱范围内的渣体进行固结。同时，在小导管之间以小角度，再打入一排钢管作为管棚，并以前方渣体和施工掌子面支立的钢支撑作支撑，利用钢管制作棚架，形成管棚，在棚架防护下进行人工开挖，向前进尺。1.1钢支撑支立钢支撑在塌方处理过程中主要起两个作用：一是支撑小导管和管棚，以便于支撑塌方渣体，开挖成洞；二是加强塌方处理过程中的支护，以确保支护稳定。钢支撑分两段支立，先顶拱后边墙，其间距为50cm，自施工掌子面开始，沿洞轴线支立，钢支撑间以连接筋连接，并设置锁脚锚杆固定。1.2小导管及小管棚制作安装小导管采用40无缝钢管，长度为46m，头部轧成锥形，管壁以梅花形布孔，孔间距：纵向为15cm，环向为4cm，孔眼大小为8mm。小导管沿拱顶环向布置，环向间距为30cm左右，管棚设置在小导管之间，间距约为1015cm，小导管与管棚相互作用，形成棚架支护顶拱。前两排紧靠已支立完的钢支撑，外插角为45左右。前两排小导管施工完毕后，用反铲逐渐向前扒上部石渣，露出下一环小导管位置时，停止反铲扒渣，开始进行小导管施工。然后，以此为一个循环，向掌子面进行小导管施工（由于施工空间较小，为保证塌方安全施工，此后开挖全部采用人工开挖）。自第三排开始，排距为1m左右，并施工至开挖撑子面（小导管和管棚布置见下图）。1.3固结灌浆施工1.3.1灌浆实验灌浆实验主要目的为确定灌浆压力和灌浆范围，灌浆实验场地选在未被破坏的塌方渣体上，以保证取得的实验数据能有效地指导塌方灌浆，实验过程如下：首先按拟定的小导管制作参数制作几根4m长的灌浆导管，然后，在塌方渣体上选择一处合适位置，按水平间距1m击入。浆液采用纯水泥浆，水灰比为0.8:1，注浆采用5Mpa注浆泵。开始注浆前，将钢管编好序号，部分作为灌浆孔，部分作为观察孔。灌浆最大压力按0.3Mpa、0.5Mpa、0.8Mpa三种压力控制，当压力达到设定最大值时，则延缓灌浆速度，直到达到最大压力值时，并持续30分钟后，停止灌浆。灌浆结束之后，待水泥浆达到初凝后，按孔序检查其灌浆效果。灌浆实验表明，当最大灌浆压力按0.3Mpa控制时，灌浆范围为30cm；当最大灌浆压力按0.5Mpa控制时，灌浆范围为50cm；当最大灌浆压力按0.8Mpa控制时，灌浆出现串浆和冒浆现象。由此表明，本次塌方灌浆最大灌浆压力应选择0.5Mpa为宜（灌浆实验详见下图）。1.3.1塌方灌浆灌浆前，先对灌浆渣体采用喷C20混凝土进行封闭，以减少在灌浆过程中出现漏浆的现象。灌浆按实验确定的灌浆参数施工，灌浆分为I序孔和II序孔，施工时先I序孔后II序孔，自两侧拱角向中间施工。在灌浆过程中，若出现长时间无压力，但吃浆量很大的情况，则出现跑浆现象，应该立即停止灌浆，选择附近的灌浆管继续灌浆。为提高灌浆效果，加快施工进度，在水泥浆拌制过程中加入外加剂，外加剂分别为：膨胀剂、早强剂、减水剂，掺量通过实验确定。三、施工效果整个12m的塌方从事件发生到处理结束，共用了65天。整个施工过程均很顺利，自第二轮灌浆始，施工就进入了一个良性循环。且从灌浆吃浆量来看，除第一轮灌浆吃浆量较大（达到了60T）外，其余每轮灌浆吃浆量并不大，均在20T左右。塌方处理结束后，施工方在塌方段设置了一些观测点，对处理完后的塌方面进行观测。通过自塌方处理结束后的连续近一个月的测量观测，塌方面一直很稳定。直至半年后，在进行此段混凝土衬砌前，施工方又做了一次测量观测，整个塌方面仍然很稳定，无变形情况发生。四、总结和思考此次塌方处理完毕后，在引水隧洞的上游处，又出现一次大塌方，塌方情况与此次相似，塌方长度达到15m。施工方再次采用超前小导管和管棚配合的方法进行塌方处理施工，只用了79天，便很顺利地完成塌方处理。超前小导管灌浆和管棚配合进行塌方处理，之所以能达到很好的效果，主要原理是：小导管灌浆将顶拱以上2m左右范围内的渣体均进行固结，坍塌体由原来的松散体变成了稳定的固结体，再对其进行开挖，就可以安全地进行相应的其他工序施工，顺利完成塌方处理。在此过程中，施工方又加入了钢支撑、锚杆、钢筋网、喷混凝土等强支护措施，使得塌方处理完后的塌方段非常坚固，确保了塌方段在引水隧洞长期运行中的安全稳定。本次塌方没有造成人员伤亡，处理速度也较快，对整个电站施工未造成太大的影响。然而，塌方