齐岳山隧道无工作室管棚施工技术及应用

齐岳山隧道无工作室管棚施工技术及应用柳 长 奔摘要：本文以宜万铁路齐岳山隧道工程为例，介绍了无工作室管棚技术在隧道超前支护施工中的应用，剖析了该工艺的工序特点、流程及技术要点，论证了该技术与常规管棚法施工相比的技术可行性、经济合理性。关键词：超前预支护 无工作室管棚 施工技术1 工程概况 齐岳山隧道位于湖北省利川市境内，全长10528米，洞身最大埋深670米，被列为宜万铁路重点控制性工程。隧道集复杂岩溶、破碎断层、高压富水、高地应力及瓦斯等复杂地质于一体。区内发育15条断层和3条暗河系统。其中位于德胜场槽谷段的F11断层沿隧道纵向长约254米，规模宏大，岩体破碎，成份复杂，胶结性差，富含裂隙水。隧道正常涌水量1.1万m3/d，最大涌水量11.4万m3/d，施工中最大单孔涌水量为1800 m3/d，正常水压2.5mpa，最高水压达2.8mpa。施工难度大、风险高，世属罕见，受到国内外工程界的高度重视。为攻克这一世界级难题，施工单位依靠“注浆加固，分水降压，平导先行，带水作业”的科学理论，利用无工作室超前大管棚施工技术，配合全断面加固注浆立体支护体系，突破F11断层瓶颈，成功穿越F11断层复杂地质，顺利实现了隧道全面贯通。实践表明，实施无工作室管棚施工技术，投入少，进度快，质量安全可靠性高。2 无工作室管棚2.1 工艺特点 常规管棚施工一般采用先扩挖工作室，安装导向架，钻孔安装管棚，最后注浆加固。存在工序多，成本投入大，施工工期长，质量安全难于控制等弊端。而无工作室管棚技术采用常规管棚法的钻孔、安装导向管及注浆工序，仅通过优化作业断面、减少工作室扩挖、管棚孔定位优化、导向管工艺改进及管棚顶进方法创新等方面进行优化和调整。工序较前更为简洁，成本大幅减少，施工效率大为提高。2.2 工艺流程管棚加工与制作测 定孔 位安装 导向管施工止浆墙技术交底 注浆顶进管棚安装管棚钻孔 钻孔纠偏2.3 质量控制要点2.3.1管棚孔定位控制。常规管棚法开孔孔位位于管棚工作室，即初支轮廓线外1米范围内，而无工作室管棚开孔孔位于初支轮廓线内（一般40cm左右）。其施作要点：一是测定管棚孔位。先根据设计要求放开挖轮廓线，然后用经纬仪以坐标法沿初支轮廓线内一定距离布设管棚孔，要求管棚中心线弧形园顺，布点均匀符合要求。二是开孔钻进安装导向管。常规法一般采用管棚导向架定位，即先按施工断面加工钢架管棚导向架，再将导向管按要求间距和角度固定在导向架上。对于大断面隧道，施工较为困难，角度准确性难于控制，且容易失稳。而无工作室管棚工艺采用导向管直接安装在止浆墙上，通过在止浆墙上布点钻孔，安装导向管，操作简单，角度易于撑握。但应注意导向管嵌入深度及锚固稳固、角度正确，其嵌入止浆墙深度一般不应小于1.5米。可采用麻丝将导向管缠成纺锤形，通过钻孔内灌注速凝剂利用钻机顶进导向管，或用快硬水泥注浆加固。具体开孔布置、纵剖面图见图1、图2： 图1无工作室管棚断面图（单位：CM） 图2 管棚施工纵剖面图 2.3.2钻孔施工控制。钻进施工严格把握孔深、方向、倾斜角三大要素。（1）、钻孔前用罗盘、经纬仪及挂线相结合方法，对钻机精调，确保钻孔角度及开、终孔坐标符合设计要求。同时考虑钻进中钻头下挠因素的下坠值及围岩软硬不均造成钻杆截面受力偏心导致的孔位偏移，适当调整外插角，确保达到最佳园顺成拱效应。孔位可按照绝对坐标法布设。其外插角、孔深及终孔坐标位置通过如下公式计算求得：设开孔坐标为BO（X1，Y1，Z1），终孔坐标为B（X2，Y2，Z2），则孔口BO(X1,Y1,Z1)终孔B(X2,Y2,Z2)ZLLYXBOB长：L=水平面上投影长度： L =平面角：=arctg（X2-X1）/（Z2-Z1）仰角：=arctg（Y2-Y1）/ L 注：以面向掌子面内轨顶面线向右为X轴正向，隧道中线向上为Y轴正向，其交点为坐标原点，掘进方向为Z轴正向。（2）、钻进中及时检查，随时纠偏。一般要求每孔检查不少于三次，即初始钻进1-2米、孔深二分之一及终孔后各检查一次，如偏差严重，注浆封堵，重新钻孔。（3）、钻进中如遇卡钻、塌孔等钻进困难或有大的涌出水时应立即进行注浆封堵后重新扫孔钻进。防止因管棚钻孔导水致使掌子面失稳或突水突泥（石）灾害。2.3.3管棚顶进控制。无作室管棚开孔位于开挖轮廓线内，外插角一般在5 O -8 O（具体根据设计支护范围适当调整），掌子面前方围岩一定范围内管棚侵入开挖轮廓线内，因此要求：（1）、根据管棚施工实际，精确计算并准确将侵入开挖范围内的管棚推向开挖轮廓线外。例如：正洞DK365+300掌子面拱部设计管棚支护长度25米，开孔沿初支轮廓线内40 cm（初期支护厚度30 cm），外插角设计6O, 则管棚推进深度L=（0.4+0.3）/sin6 o = 6.7m。施工单位准确将管棚推向预定位置，经开挖掘示，管棚无侵限，支护及搭接符合要求。 （2）、为确保管棚顶进顺利，操作便利，对最后一节管棚末端加工成十字形凹榫，利用安装在钻杆前端与管棚同孔径、与凹榫相吻合的顶进器，通过钻机推力顶入孔内，达到开挖轮廓线外。 （3）、管棚设计及施工充分考虑与上循环超前大管棚的纵向搭接长度，确保预支护纵向整体受力，形成隧道拱顶部的整体支护体系。2.3.4作业断面优化。常规管棚法施工及围幕注浆一般采用全断面开挖到位后，通过搭设作业台架进行施工，存在工序多，进度慢，质量安全难于确保。齐岳山隧道超前管棚施工对作业断面进行创新，采用上台阶式作业，实施对前方围岩一次性全断面注浆和对拱顶部管棚施工，同时根据钻机最佳钻进作业范围，对工作断面合理优化，确保了施工质量及安全，节损搭设台架工序，提高了工效（优化断面见图1）。3 应用效果3.1技术指标分析常规管棚施工由于作业断面大，加之断面均为突变式挑顶，必须选择岩层均匀、整体性较好的围岩稳定段扩挖，对软弱破碎围岩段视情况增强支护措施，如钢架加密支护或施作砼衬砌处理方能确保安全，施工具有局限性。再者工作室为突变式挑顶，结构整体受力不匀，应力集中，隧道结构安全性受到一定影响。而采用无工作室管棚技术相对灵活性强，质量安全保障性高。3.2 经济指标分析3.2.1无工作室管棚技术工艺简单，操作便利，减少了工作室扩挖、回填及与正常段相衔接的过渡段施工，受多工序转换影响干扰少，工作效率高。实践证明，工效较前提高60%80%。3.2.2成本投入低。正洞管棚工作室设计段长6米，拱墙部位扩挖至正常段开挖轮廓线外1米。经比较，齐岳山隧道F11断层k1.5加强型复合式衬砌断面最大高度11.15m，宽9.48m，开挖断面84.54m2，而管棚工作室断面最大高度12.38m，宽11.39m，开挖断面109.57m2，每延米增加开挖和回填衬砌砼约25m3，每循环工作室增加开挖石方及砼回填量150m3。F11断层正洞共施工超前大管棚11循环，减少石方开挖和混凝土回填达1650 m3。4.结论实践证明，齐岳山隧道采用无工作