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1、管棚法处理隧道塌方施工技术:管棚施工技术动画演示(中铁六局 呼和浩特铁建公司，内蒙古 呼和浩特 010150)摘 要：文章介绍了隧道塌方管棚法处理的施工技术。根 据开挖断面的实际地质状况，对本隧道塌方缘由进行分析，结合同类工程施工阅历对隧道塌 方段采纳大管棚法，结合掌子面深孔注浆，从而使隧道掘进方向的掌子面、拱顶、边墙全方 位区域的围岩达到固结作用，确保隧道开挖施工顺当进行。施工结果表明，该技术对处理隧 道塌方有很好效果。 关键词：隧道塌方；大管棚法；深孔注浆中图分类号：U457 文献标识码：C 文章编号：10176921(2022)140096031 概述 阮家窑新建双线隧道位于内蒙古丰镇市
2、境内，全长935m，隧道进口至DK425+573.6位于缓和 曲线上,其余洞身材至DK426+360位于R=1200曲线上。隧道地貌单元为玄武岩低山丘陵区， 地形起伏。隧道最大埋深60m。隧道范围内岩层：出口设计为69mVI级围岩，属第三系始新统玄武岩，灰黑色为主，局部紫 红色，弱风化，节理、裂隙很发育，岩体破裂-极破裂，呈角砾状、碎块状、块状，隐晶质 结构，块状、气孔状构造，孔隙充填砂类土、黏性土、粉质黏土，块石土稳定性差。隧道出 口开挖断面为BH=13.611.73m。2 塌方状况及缘由分析2.1 塌方状况简介隧道出口段69mVI级围岩，设计采纳交叉中隔壁法(CRD法)施工，在 隧道出口线
3、路右侧上台阶施工至DK426+436.4处时，在施做超前小导管时，掌子面再次 发生滑塌，在清理塌体时发生了大规模的塌方，由于北方气候的缘由，顶部有约2.0m厚的 地表冻结层暂未塌落， DK426+436.4-DK426+437.6段I20a型钢拱架也被压垮。塌方块体充溢 了整个断面并封闭了塌腔，据技术人员粗略测量，本次塌方形成始终径约6m，高约13m的塌 坑，造成连同拱架、锚杆及钢筋网在内的以玄武岩碎块石、砂土为主的塌方体约500m3 。该段隧道处于浅埋段，以玄武岩碎块充填砂类土为主，极不稳定，急需进行加固处理。2.2 塌方缘由分析经业主、设计、监理及施工方各方现场调查分析后认为隧道本次塌方主
4、要由地质因素和施工 缘由引起的。地质因素：断面围岩突然改变，塌方段地层岩性为玄武岩碎块石，中间填充砂类土，层间黏 结力差，围岩极不稳定，属VI级围岩。3 塌腔的处理为确保隧道洞内施工平安，先采纳机械掀顶，然后采纳机械加人工削坡的方法，将塌穴四周 的倒坡或直立坡削至1：0.20.25的正坡，然后再搭设十字形钢横梁安装模板，用输送泵泵 送C20混凝土，在隧道拱顶塌穴范围内形成3.0m厚的混凝土护拱，以确保施工平安，待隧道 内塌方段拱墙衬砌完成后，再回填夯实，复原地面。4 塌方处理方案及措施4.1 塌方段大管棚法施工处理方案4.1.1 支护形式支护采纳“管棚+钢拱架+系统锚杆+碳素加强筋纤维喷射混凝
5、土支护”的方法。支护工艺流 程为：管棚施工钢拱架架立系统锚杆27cm厚钢纤维喷射混凝土。管棚参数：孔深18m ，采纳1085热轧无缝钢管，每节长3m，以长150mm的丝扣连接，打设仰角1。管棚沿拱 部120范围布置，间距3根/m，单侧布置18根。钢管内配置等长度的3根22钢筋束，钢筋 束侧边布置25PVC注浆管。钢筋接头采纳对焊焊接，管壁上间距200mm钻20小孔。钢管中注水泥-水玻璃双液浆，浆液 材料：P042.5水泥；水灰比：1110.75；施工中视实际状况可加入适量缓凝剂。注浆 初压力0.20.5MPa，终压力0.61.0MPa，注浆半径不小于1.0m。注浆结束后用M30水泥 砂浆充填，
6、以增加钢管强度和刚度。管棚端部应与格栅钢架焊接使钢架与管棚共同形成棚架 支护体系。止浆墙采纳C25碳素加强筋纤维喷射混凝土，混凝土厚度12cm。钢拱架主要参数 ：钢拱架采纳I20a型工字钢制作，间距0.6m。每榀钢架底角各设4根42、L=3.5m的锁脚锚 管并注浆。相邻钢架用22mm钢筋焊接连接，间距为1.0m，上台阶右侧每圈布设10根。上台 阶右侧每榀格栅钢架分7个单元，各单元由连接板焊接成型，单元间由螺栓连接，钢板规格2 4024014(mm)。系统锚杆：拱部采纳25mm，L=4m中空锚杆，间排距0.75m0.75m，梅花式布置；拱墙采纳 22mm，L=4m砂浆锚杆，间排距0.75m0.7
7、5m，梅花式布置。C25碳素加强筋纤维喷射混凝土27cm。4.1.2 管棚施工工艺4.1.2.1管棚施工依次。工作面封闭(12cm厚C25喷射混凝土支护)， 工作台架设，管棚定位并确定轴向标记，架设 钻机，钻孔施工，高压风清管，注浆，撤除工作台架及钻机转入开挖施工程序。4.1.2.2 管棚施工程序。管棚用1085mm无缝钢管，环向间距3根/m；布设方向与路途中线平行，仰角1(不包括 路途纵坡)。管棚分节段制作安装，节间用丝扣连接。本工程采纳地质钻机钻孔，因该段垮塌松散体夹杂有大小不均的各类岩石，干脆施工进入和 成孔后再置入108钢管这种施工工艺无法实施，故采纳异型接头把钻杆与钢管连接起来， 钢
8、管前端安装合金钻头，钢管随进度连续接长的施工工艺完成。管棚钻孔达到18m深度退出 偏向时，将管内石、粉尘采纳高压风清除，然后置入22钢筋于108钢管中，最终用止浆 阀封孔，注浆泵注浆，使管棚圆周50cm范围内达到固结，注浆结束后，管棚钢管内用M30砂 浆填充增加刚度。施工前，在拱脚选2个孔做试验孔，找出地层特点，并进行注浆和砂浆充 填试验 施工打算：施工打算的主要工作是设备配置，依据设备要求开挖工作室，并作好支护。主要包括钢管的 加工。棚管采纳108mm热轧无缝钢管分节制成，丝扣连接。钢管前端做成锥体以便安装，管尾焊 接法兰盘与注浆管尾端连接。砼导向墙施工：支立格栅钢架两榀，间距0.6m,施作
9、砼导向墙，预埋导向管。工字钢与管棚导管焊成整体。 导向管及工字钢固定时需精确测量定位。 钻孔：搭设钻孔平台。采纳肯定直径能满意施工承载力的钢管搭设脚手架，依据制作的钢管的单节长度搭建操作平 台。平台支撑要着实地，连接要坚固、稳定。防止在施钻时钻机产生不匀称下沉、摇摆、位 移等影响钻孔质量。测量定位、架立钻机。在大管棚施工掌子面根据3根/米测设出每根钢管的中心位置和标高，用来限制设备和钢管的 就位以及施工过程中的检查和调整，保证钢管的施工精度。沿导向管孔精确核定孔位。为精确限制管棚的方向，钻机用经纬仪测定水平方向，水准仪控 制其纵坡，以便对导向管位置发生偏移等状况刚好调整。此外，为保证钻机在钻进
10、时不产生 偏移和倾斜，钻机与工作平台应坚固连接。钻孔。钻孔选用比管棚直径大20mm30mm合金钻头，在钢管一端管口焊接。钻机采纳地质 钻机，隔孔施钻。开孔时，低速低压，待成孔0.1m后，适当加压，在土质层中钻孔采纳低 压钻进。钻进采纳一次成孔法，用异型接头把钻杆与钢管连接起来，钢管前端安装合金钻头 ，钢管随进度连续接长，总长18m。钻孔采纳特制精密水平陀螺仪检测偏斜，随测随调整。 钻孔依次：为便于施工操作，钻孔依次由高孔位向低孔位进行。钻孔方向及角度：在确定管 棚钻孔方向及角度时，除考虑水平方向的同时还要充分考虑纵坡及钻头、钻杆自重等因素可 能给钻孔造成的影响。质量限制措施：管棚钻孔质量：严格
11、限制钻孔最大下沉量及左右偏移量在15cm20cm范围内。棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和交叉。管棚钻孔时每钻进2m进行一次钻杆轴线检查，误差超限刚好纠偏。留意事项：钻孔前应先检查钻机各部位运转是否正常，检查水压能否达到施工要求。驾驭好开孔与正常 钻进的压力和速度，防止断杆事故。钻孔速度应保持匀速，特殊是刚开钻和钻头遇到夹泥夹 沙等松软土(岩)层时，就更要限制钻进速度，避开夹钻现象。在钻孔过程中要定时用测斜 仪器检查钻孔的倾斜度和方向，发觉偏斜刚好订正。管棚钻孔达到18m深度退出偏向时，将 管内碎石、粉尘采纳高压风清除，最终在管端焊接法兰盘和止浆球。为保证管棚管的焊接相连处不集中在同
12、一断面，相邻两孔的管棚管接头应前后错开，确保受 力状况良好。注浆：钢管四周及孔口采纳塑胶泥封堵，预留排气孔；注浆前先进行压水试验；在施工中，依据设 计参数和围岩状况试验调整，以达到预期效果。注浆依次及方法：注浆依次由低位管至高位管进行。实行与钻孔流水作业，成孔一根注浆一 根，采纳活塞式注浆机，将压浆管与钢管内的PVC管连接，利用法兰盘坚固连接压浆头，防 止压浆管退出伤人。为防止孔内积水和检查注浆效果，在法兰盘上部斜插一根6mm的排气 管，即可刚好排出钢管内的水和空气，又可视察注浆状况。浆液协作比：注浆采纳水泥浆及 水泥水玻璃双液浆协作进行。配制注浆液体时，各种材料应严格按协作比进行计量，浆液
13、采纳机械强制搅拌，搅拌时间不小于2min，注浆压力限制在0.51.0MPa，不宜过大，以能 连续缓慢注入为准，这样浆液能由底向外缓慢挤出，使浆液能有效地将孔内残存积水排出和 填充围岩微小空隙。水泥浆压注工作应在一次作业中连续进行，不得中途停止或中断。注浆限制要点：注浆的水灰比、初压力和终压力依据现场试验确定，并依据施工实际状况予 以调整。单液注浆时，若水泥浆压力突然上升，可能发生堵管，应停机检查。双液注浆时，水泥与水 玻璃压力突然上升，则应先关停水玻璃泵，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行 双液注浆；若进浆量很大，压力长时间不上升，则应调整浆液浓度及协作比，缩短凝胶时间 ，进行小量低压
14、力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝聚，但停留 时间不能超过混合浆的凝胶时间，避开产生注浆不饱满。注浆质量检验：在检查孔内进行波速测试，与原围岩波速进行比较，确定注浆效果。当注浆 压力达到1.0MPa，并持续稳定10min以上，可停止注浆并刚好关闭止浆球阀，防止浆液回流 。全部钢管第一次注浆结束后，考虑到水泥浆凝固收缩的因素，可依据详细状况进行二次注 浆。注浆完毕用铁锤敲击钢管，如响声嘹亮，说明浆液未充溢钢管，需实行补注或重注；如 响声低哑，则说明浆液已填满钢管。注浆结束后将管口用水泥砂浆紧密充填，增加管棚的刚度和强度。4.2 人工开挖上台阶并架设上台阶拱架支撑采纳人工凿挖
15、法开挖，遇到大孤石放小炮，上台阶预留核心土以便施工，循环进尺限制在0. 8m之内。拱支撑采纳I20a工字钢制作，拱支撑的中心间距为0.6m；工字钢架设时要将两榀拱 支撑焊缝焊好，并用14mm厚的连接板加强连接；拱支撑安装到位后刚好焊接22、环向间距 为101cm的连接筋。竖隔壁支撑及临时仰拱同样采纳工字钢制作，工字钢间距与上台阶顶拱 的工字钢间距一样，并焊接坚固；竖支撑安装连接后，仍采纳22钢筋连接成一个整体如在 开挖时发觉掌子面围岩仍较松散，或仍有滑塌现象，可先封闭掌子面，对掌子面塌体实行深 孔注浆的方法经行加固，注浆孔平均孔深14m，浆液采纳水泥水玻璃双液浆，利用地质钻机 钻孔，采纳前进式
16、单管注浆刚好进行封堵，待处理好后再钻到肯定深度，采纳边回抽边注浆 的方式进行注浆。依据注浆扩散半径计算，孔距一般为0.6m15m，本工程拟采纳1.0m，施工中要测量布孔 ，孔位梅花型布置，在开挖轮廓线处要尽量紧靠开挖轮廓线布孔。注浆材料：P042.5水泥；水灰比：111075;水泥浆水玻璃=11，施工中视实际 状况可加入适量缓凝剂。施工中注浆压力：初压限制在0.20.5MPa，稳压限制在1.03. 0MPa。注浆工艺限制原则：选择注浆材料，以考虑所用材料有利于浆液扩散及加固体的固结强度为 重点，确保注浆效果；凝聚时间，先序孔快，后序孔慢，有利于浆液在有效区域内扩散；注 浆量，压力限制原则，先控
17、量，后控压，即先序孔以定量为原则，后序孔以压力限制为先决 ；隔孔跳孔施工，互为检查孔原则，即后序孔施工时通过钻孔状况，推断先序孔注浆效果， 为合理调整浆液配比及选择浆液材料供应科学依据。4.3 打锁脚锚管、挂网喷混凝土42锁脚锚杆在肯定程度上起固定拱脚的作用，选用42无缝钢管，长度为3.5m，外漏部分 用22钢筋与型钢的拱脚焊接坚固。网片采纳6.58钢筋制作，间距20cm20cm，钢 筋网应铺设在纵向连接筋与岩面之间，与围岩的间隙不大于5cm，同时将钢筋网通过焊接与 型钢连接为整体。混凝土喷护厚度为27cm，喷射混凝土面必需保证平整。最好将整个第一次 支护的受力骨架覆盖，使第一次支护形成一个受
18、力整体。4.4 塌方渣体清除由于塌方体主要为玄武岩块石土,细颗粒含量较大,起先的管棚灌浆效果不明显,未达到志向 的固结范围,故出渣时,利用人工协作反铲装载机出渣，并保留中间积累物。在已形成支护段 打设系统锚杆,深4m,间排距0.750.75m,采纳单孔单灌法进行回填灌浆。这样使塌方体小空 腔进一步充填密实。并与已完成的初期支护钢拱架混凝土及混凝土护拱形成45m厚的固结 圈。保证了隧道上台阶的稳定。5 结束语大型隧道的前期地质工作肯定要仔细细致,为设计、施工供应翔实资料,以免发生类似的塌方 ，既增加工程投资，又影响主体工程进度。隧道塌方不行盲目出渣、强行掘进。首先应对塌方体表面进行封闭,使其保持
19、相对稳定,尽可 能削减扰动次数,避开造成冒顶塌方。超前管棚注浆既是基础又是前提。通过管棚注浆固结使塌方渣体形成了一个整体,提高了岩 石的强度级别,是塌方处理的关键。沿洞顶轴线设置超前管棚,对阻挡塌方体下滑起到重要作 用。回填灌浆是补强。依据3个多月的现场观测,回填灌浆的11榀拱架与混凝土护拱形成一整体, 强度明显提高,没有出现渗水现象。对后期下底开挖与浇筑混凝土奠定了坚实的基础。参考文献1 中铁二局集团有限公司.铁路隧道施工规范S.北京：中国铁道出版社，200 2.2 中铁隧道集团有限公司.铁路隧道施工作业技术手册M.北京：中国铁道出 版社，2022.3 中铁二局集团有限公司.铁路隧道施工质量验收标准S.北京：中国铁道出 版社，2004. 第13页 共13页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页