超前管棚支护技术在宾玛得隧道进出口浅埋段中的应用

超前管棚支护技术在宾玛得隧道进出口浅埋段中的应用

钱运东张英

中国水利水电第三工程局有限公司陕西西安710024

【摘要】介绍金沙江鲁地拉水电站对外公路宾玛得隧道进出口浅埋段采用20m长大管棚超前支护的施工技术，并在施工工艺、管棚参数、质量控制等方面做了具体介绍。

【关键词】隧道洞口浅埋段管棚施工技术质量控制

1工程概况

宾玛得隧道位于鲁地拉水电站坝址上游右岸约3.3km处的宾吗得滑坡体下部，地表滑坡及崩坡积松散堆积物厚度20m～53m。主要出露地层有：中生界侏罗系和白垩系，第四系和侵入岩等。隧道起讫范围为K0+100～K2+010，总长度1910m，其中K0+100～K0+130、K1+980～K2+010为进、出口浅埋段。其中进口段岩性为侏罗系青灰色石英砂岩（J2Z），强风化，岩体完整性差，裂隙发育：裂隙间距一般10～20cm，最大50cm，宽度0.2～0.5cm，充填岩屑、岩粉，未胶结，裂面平直较光滑，可见延伸长度＞10m。且发育一条与洞轴线斜交、破碎带宽20～30cm的断层，充填岩屑、碎裂岩、少量糜棱岩，挤压紧密，未胶结，延伸长度大于100m。进口段隧洞为IV类围岩。出口段岩性为白垩系高丰寺组（K1g）浅紫色石英砂岩夹砂质页岩及粉砂岩，厚层状结构，自然边坡坡度60°，岩体中裂隙较发育，充填有挤压片状岩、靡棱岩，岩屑、岩粉、泥质等，上覆岩体厚度10m～53m，较破碎，为IV类围岩。

2隧道进洞开挖管棚施工布置

该隧道从进出口两个工作面同时进洞施工，为保证隧道安全进洞，在K0+100～K0+120、K1+990～K2+010段采用长20m大管棚对洞口段进行超前预支护，沿隧道衬砌外缘顶拱120o范围按40cm间距纵向布置一排Φ89钢管，管棚外插角为2°，再往管内注浆以固结软弱围岩，充填钢管与岩壁之间的空隙，使管棚与围岩固结紧密，提高钢管的强度，开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支撑结构。

3超前管棚施工工艺

3.1管棚施工技术参数

（1）采用φ89mm热轧无缝钢管，壁厚4.5mm，钢管布设在隧道个拱部120o范围，环向间距为40cm；

（2）管芯与衬砌设计外廓线间距为45cm；

（3）管棚管与隧道轴线倾角：仰角2°(不包括路线纵坡)；

（4）钢管施工误差：径向不大于20cm；

（5）管棚入岩长度为20m，孔口外露2m，进洞开挖前在洞口按80cm间距架设3榀工字钢拱架与管棚管连接，模喷25cm厚C20混凝土作为临时护拱，确保洞口进洞施工安全；

（6）管棚孔内设进浆管和排气管，采用φ20PE管，进浆管入岩2m，外露1m，排气管直接插入孔底，外露1m。

(7)管棚孔口及管棚与基岩之间采用M30砂浆封闭，管棚管孔口内侧采用土工布包裹进浆管及排气管进行孔口堵塞密实，孔口部位采用M30砂浆封闭。

3.2管棚施工工艺流程

超前大管棚施工工艺流程详见“超前大管棚施工工艺流程图”。

3.3管棚施工方法

（1）管棚造孔的准备

根据管棚施工的安排，本工程管棚采用CM351钻机造孔，在开挖至管棚施工位置时，爆破完成后预留部分石渣不开挖，作为管棚施工操作平台进行蹬渣造孔。

（2）孔位测量定位机钻机就位

洞口管棚位置开挖完成后，由测量按设计孔位布置要求采用全站仪以坐标法在开挖面上依次定出孔口平面位置，钻机就位后用水准尺配合坡度板确定钻机钻杆倾角，钻机要求与已设定好的方位点方向平行,并精确核定钻机位置.采用全站仪、挂线、坡度板相结合的方法反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口轴线相吻合。

（3）钻孔

①钻孔采用CM351钻机，钻孔平台利用预留渣料铺垫，钻机就位后，根据事先测量放样好的点位从高孔位开始，由中间向两侧方向进行钻孔，施钻时，顶紧掌子面，提高施钻精度，钻机开孔时宜低速低压，等成孔2～3m以后再加压转入正常钻速。

②为减少因钻具移位引起的钻孔偏差，钻机轴线方向应准确控制，钻进过程中要经常用测斜仪量测钻杆钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求时及时纠正。钻孔直径：Ф115~120mm（比钢管直径大20～30mm），钻孔平面误差：径向不大于20cm。

③第一节钻杆钻入岩层尾部剩30～50cm时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻杆，钻进低速反转，脱开钻杆，钻机延导退回原位，人工装入第二节钻杆，并在钻杆前端安装好连接套，钻机低速送至第一根钻孔尾部，方向对准后连接成一体，每次接长，按上述方向进行。

④钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，根据钻机钻进的状态判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的问题。避免钻杆在推力和振动力双重作用下，钻杆上下颤动，确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。

⑤认真做好钻孔原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为管棚注浆和洞身开挖的地质预探预报。

（4）清孔验孔

①钻机钻至设计深度退钻之前，利用钻杆配合钻头进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。

②管棚管安装前用高压管从孔底向孔口清理钻渣，并检测孔深、倾角、外插角。

（5）管棚管制作及安装

①管棚采用Ф89钢管制作，管壁四周打φ10出浆孔,间距15cm交错钻孔成梅花形布置，管头焊成圆锥形，便于入孔，钢管尾留250cm不钻孔的止浆段，钢管加工成8m和6m长的两种规格。两节间采用采用管径φ76壁厚4.5mm无缝钢管插在两管棚管之间连接，接头管单根长度0.6m，接头处进行焊接。同一截面管棚接头数不大于50%，相邻管棚接头必须错开。

②管棚钢管在安装前逐孔逐根进行编号，按编号顺序接管推进，不得混接，管棚钢管由人工配合机械顶进，编号为基数的第一节钢管采用6m钢管，编号为偶数第一节钢管采用8m钢管，管棚顶到位后，钢管与孔口岩壁间隙用M30水泥砂浆堵塞严密，以防浆液冒出，堵塞时设置进桨孔和排气孔。

③管棚顶进采用人工配合挖掘机推进。先由人工将第一根管棚钢管送至孔口，再由挖掘机协助推进，当前一根钢管距孔口剩余1m左右时接第二根钢管依次推进，接长管棚，直至孔底。

④钢管施工完毕后对每根管棚进浆管、排气管进行检查，防止杂物堵塞在管内造成后续管棚注浆工作无法进展。

（6）注浆

①管棚注浆采用1：0.5纯水泥浆，选用42.5普通硅酸盐水泥，注浆压力0.3～0.5MPa；注浆机械选用BW-250/50注浆泵,采用HD21CN自动记录仪记录。

②利用提前在管棚管内预埋好的进浆管与排气管注浆，进浆管直接插入孔底，注浆由进浆管一次注入，为使管内浆液饱满密实，注浆时等排气孔有浆液流出时再进行终压注浆。

③在进行注浆前，一定要将钢管孔口封堵严密，防止浆液从孔口外漏，影响注浆效果和大管棚质量。掌子面与管棚间的空隙利用砂浆或锚固剂封闭，防止漏浆。注浆时，采取低压力，中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注15min或单孔注浆量达到设计注浆量时结束注浆。

④注浆过程中随时检查孔口，邻孔、外侧岩层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆，或采用间歇式注浆堵串浆口，若注浆过程中压力突然升高，可能发生堵管，应停机检查。

⑤注浆结束后及时清除管内浆液，用M30水泥砂浆充填管口，以增强管棚的刚度和强度。

3.3洞口护拱施工

管棚施工完成后，在洞口架设3榀钢拱架（间距80cm），拱架与管棚（施工时管棚管外露2m）焊接连成整体，然后采用25cm厚C25模喷混凝土作为临时护拱，确保进洞施工安全。

4质量控制

(1)钻孔前，按设计要求准确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔位进行编号。

(2)严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。

(3)经常量测孔的斜度，钻孔平面误差小于5cm，钻孔角度误差小于1º。

(4)要保证钢管管节之间的连接质量，以免在进洞开挖过程中管棚脱节，造成塌方。管棚安装过程中采用机械配合时确保管棚管不变形，管棚接头应错开，统一截面上接头数量不大于50%。

(5)管棚注浆应严格控制配合比，注浆压力必须达到设计要求，管中浆液要饱满，以提高钢管强度，同时保证浆液扩散到地层中。

（6）在进行注浆前，一定要将钢管孔口封堵严密，防止浆液从孔口外漏，影响注浆效果和大管棚质量。

5结束语

（1）通过对隧道进出口潜埋段采用大管棚超前注浆预支护加固，并采用分部（分路面以上开挖和仰拱开挖两部分）开挖，工字钢拱架加强支护后，为隧道洞身施工安全，顺利施工创造了条件。

（2）实践证明采用大管棚超前注浆预支护的方法能有效的加固岩层，提高岩体的整体性，提前发挥超前支护作用，防止围岩松弛、坍塌，并可提高隧道的长期稳定性。

参考文献：

[1]JTJ026-90公路隧道设计规范（S）.

[2]JTGF60-2009公路隧道施工规范.

[3]程骁、张凤祥土建注浆施工与效果检测[M]，上海;同济大学出版社，1998.