水工隧洞超长大管棚支护施工技术

　　摘要：阐述了某水工隧洞超长大管棚的施工，通过对监控量测结果进行分析，总结了超前预支护技术在通过软弱围岩时的作用，并对此施工方法作出了效果评价。

　　关键词：隧洞;大管棚超前支护;施工;效果评价

　　Abstract: this paper describes a hydraulic tunnel construction of the tent for bassoon and long, through monitoring and surveying results of analysis, summarizes the advance technology in advance through when soft wall rock, and the effect of construction method to make the effect assessment.

　　Keywords: tunnel; For bassoon and advance tent support; The construction; Effect evaluation

　　中图分类号：TV672+.1 文献标识码：A 文章编号：

　　1、工程简介

　　本工程隧洞长3.8公里，洞宽5.2米，洞高4.8米，隧洞供水设计流量20.0m3/s。某段洞身位于全风化岩石或残积砂质粘性土中，全风化岩石或残积砂质粘性土局部含有孤石。隧洞位于地下水位以下，全风化岩石或残积砂质粘性土在饱水状态下易软化，应采取相应的排、疏水措施。本段围岩等级为Ⅴ级，需采用地表锚杆、地表注浆等预防加固措施，洞口段采用超前大管棚支护。

　　2、大管棚超前支护施工设计

　　2.1、注浆机理

　　本工程采用渗透注浆及压密注浆。

　　2.2、施工参数选择

　　2.2.1大管棚设计

　　大管棚采用φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长分别为3m、6m。管棚环向间距拱部为30cm，墙部为50cm。外插角3°～ 5° 。有孔、无孔钢管交叉布设。有孔钢管布设注浆完毕后再布设无孔钢管。有孔钢管上注浆孔孔径12mm，孔间距20cm，梅花型布置，尾部50cm范围内不钻孔作为止浆段。

　　2.2.2 注浆参数设计

　　① 注浆材料及配合比：注浆浆液采用水泥浆，水泥采用32.5(R)普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.8:1～1:1;

　　② 注浆压力：2.0～3.0MPa;

　　③ 浆液扩散半径：不小于0.5m;

　　④ 单根钢管注浆量：Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β

　　式中：r为钢管半径，L为钢管总长度，考虑与钻机连接，取29m;R为浆液扩散半径，取0.5m;η为地层孔隙率，堆积体经测试η为12%;α为浆液有效充填率，取0.9;β为浆液损耗系数，取1.15。经计算，单根钢管注浆量Q=3.09 m3。

　　2.3、施工注意事项

　　① 管棚为超前预支护，应在隧洞开挖前完成。

　　② 管棚需按设计位置施工，注意运用测斜仪进行钻孔偏斜度测量，严格控制管棚打设方向，并作好每个钻孔地质记录。

　　③为保证管棚支护效果，尽量减小滚碰的外插角，可在型钢钢架腹板开孔以穿管棚。

　　④管棚施工时，应对钢管主要材料进行材质检验。

　　⑤选用钻机首先应适合钻孔深度及孔径要求，钻机要求平稳灵活，能在水平方向360º范围内钻孔，施钻时应有导向架。

　　⑥施工期间应遵守施工技术安全规则和钻眼注浆作业操作规则。

　　⑦管棚施工地段，应根据有关规定，加强控制测量，以保证施工安全。

　　3、大管棚的施工及相关的技术要求

　　大管棚简要的施工工艺流程如图：

　　3.1、施工前的准备工作

　　3.1.1疏排水源

　　疏导洞身附近的水源，建立枝状排水系统，使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围。

　　3.1.2导向墙施作

　　导向墙对于控制钢管的钻孔方向至关重要,同时也可兼作止浆墙。导向墙采用C20混凝土，截面尺寸为100×100cm,为保证长管棚的施工精度，导向墙内设Ⅰ16的工字钢架,钢架外沿设Φ140mm壁厚5mm的导向钢管,钢管与钢架焊接。

　　3.1.3钢花管制作

　　钢花管按照设计要求制作，管头加工成锥形以便送入，为确保接头质量，以长15cm的丝扣连接，或在端头连接处采用一根长1.0m的Φ100钢管，伸入Φ108钢管中40cm，在端部用电焊将管之间焊缝焊满，剩余60cm用作送入前一根钢管的尾部，并用电焊焊满，起连接和导向的作用。为防止浆液倒流，每根管棚尾部均焊接有止浆板，止浆板采用2cm厚钢板制作，中间钻有Φ20带罗纹的眼，以备注浆时用。

　　3.2、 管棚施工

　　3.2.1 测量放样及钻机定位

　　测量放样出隧洞设计轮廓线并按40cm的间距标出管棚的位置。将钻机移动并定位至标定位置。

　　3.2.2 钻孔

　　使用顶驱液动锤按设计角度，把套管与钻杆同时同步冲击回转钻入岩土层内至设计角度。套管与钻具同时跟进，产生护孔功能，避免内钻杆在提出孔后产生塌孔或涌水事故，提供临时护孔，方便往孔内插管注浆。钻孔要求精度高，终孔位置准确，各开孔的孔眼与终孔的孔眼落在同一周界面上，避免产生较大的偏差和变形。同时要确保钻孔的同轴度，以避免管棚送入时受卡。

　　3.2.3清孔

　　钻孔完结后，先把套管内孔注水清洗洁净后，才把钻杆取出。套管仍保留在孔内供护孔作用。

　　3.2.4顶进钢管棚

　　按设计要求把加工好的钢花管顶入套管内，接头采用15cm长的厚壁管箍，上满丝扣;并把钢管轻轻打入岩土地内，固定钢管不易滑出孔口。钢管插进完毕后，取出套管。套管取出时，冒落的岩土会于孔内压紧钢管。钢管口与孔口四周用水泥浆密封。

　　3.2.5再次清孔并插入钢筋笼

　　再次清孔并将钢筋笼插入钢花管内，使之与钢花管成为一体。

　　3.3、管棚注浆

　　3.3.1施工工艺

　　① 注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，据以施工。

　　② 注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。

　　③ 注浆压力达到2.5Mpa，并持压5min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。

　　④ 注浆过程应派专人负责，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。

　　3.3.3 待有孔钢管已全部注浆完毕后，再进行无孔钢管的钻孔、安设。

　　3.3.4 注浆效果评定

　　① 对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况。

　　② 在进行无孔钢管钻孔时观察孔内涌水颜色及涌水量，水颜色如较澄清或夹带水泥渣块，涌水量小于0.4L/min，则注浆效果较好，如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时，应补注或重注。

　　4、效果评价

　　对洞口注浆加固区进行钻芯取样，浆液的填充情况基本良好。对洞口段的收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、拱圈位移、接触压力、锚杆受力、钢拱架及钢筋应力等方面进行了全面的监测。监测结果表明：布设监测点的断面基本处于稳定状态，能够满足设计和规范要求。

　　5、结语

　　工程实践证明，大管棚施工方法在本工程隧洞洞口开挖过程中的应用是成功的。大管棚工法有梁效应和固结效应，既能阻止松散土体的坍塌又能有效控制沉降，为隧道洞身的安全、顺利进洞创造了条件。