某电站进出水口渐变段超前管棚支护施工技术

某电站进出水口渐变段超前管棚支护施工技术

朱相鹏

中国安能集团第一工程局有限公司 广西南宁 530028

摘 要：为保证下水库进/出水口渐变段进洞开挖施工安全，针对进洞口部位弱风化岩体，岩体较破碎，片理及节理发育，完整性差等客观因素，施工中通过采取超前管棚支护手段，防止复杂地质环境导致洞口坍塌现象,确保了工程施工进度和质量，结果表明,该技术适用于隧道周边软弱围岩加固支护,大大降低了洞挖作业安全风险。

关键词：渐变段；管棚；施工

1 工程概况

某电站下水库进/出水口与尾水隧洞通过渐变段相连，两条尾水隧洞渐变段长度均为15m，开挖断面由8.5m×10.5m（宽×高）的矩形断面渐变至直径10m的圆形断面，斜段纵向坡度为5.445%。进洞口部位位于弱风化岩体上部，该段围岩以Ⅳ类～Ⅴ类为主，岩体较破碎，片理及节理发育，岩体完整性较差，且地下水较为丰富，受断层切割和岩体破碎的影响，成洞条件较差，洞口须进行加强支护，进洞前应作好锁口处理，采取超前管棚支护施工技术。

2 施工布置

2.1施工道路

渐变段施工主要利用下水库进/出水口下基坑“之”字形道路，起点高程约96.0m，重点高程58.5m，全长约280m，坡度12%，设计速度为20km/h，双向两车道，路面宽8.0m，面层填筑50cm厚石渣。

2.2供风设置

渐变段开挖支护用风通过布置在下水库进/出水口临时工区的21m³空压机进行供风，供风管采用DN150钢管，靠近工作面附近采取φ35㎜软管接造孔设备。

2.3供水设置

施工供水来源于下水库进/出水口基坑集水泵坑渗流水，φ80的PE管接入各施工面。

2.4供电设置

渐变段洞内供电从布置在下水库进/出水口附近的13#箱式变压器就近接入，采用三相五线制供电。供电线路经二级配电柜引至渐变段，洞内深度10m处设置低压36V变压器，满足施工设备及施工人员的用电需要。

3 超前管棚施工

3.1施工工艺流程

施工准备→测量放样→导向墙、导向管定位施工→钻机定位→跟管钻进→清孔、孔口封堵→M30水泥砂浆压力注浆。

3.2导向墙施工

渐变段洞口段布置1.0m×2.0m C30混凝土导向墙作为大管棚套拱，套拱内架立4榀I18型钢拱架，钢架外缘设φ140mm×5mm长2.0m的导向钢管，导向钢管沿拱墙环向布设25根，在工字钢上加焊钢筋进行导向钢管定位，钢管与其钢筋焊接为整体。

在钢拱架上焊接φ16的钢筋定位套拱的模板，套拱模板内模采用竹胶板。模板底部混凝土侧压力最大，采用钢支撑定位，钢管及型钢进行加固并支撑稳固，确保模板位置准确，混凝土浇筑时不变形。外模及端模采用20mm厚木模板，顶模背带采用φ22钢筋，间距40cm，顶模及底模间采用φ16的对拉螺杆固定，对拉螺杆环向及纵向间距为1m。端模背带采用2根Φ22的钢筋，内侧采用φ16钢筋斜拉焊接在钢架上。顶模每隔2m留一个30cm的窗口，以便混凝土浇筑。混凝土浇筑采用泵送入模。施工时两侧对称、分层进行浇筑，分层厚度不大于30cm，且两侧混凝土面高差不超过50cm。施工过程中控制振捣质量，且振捣棒不得接触模板及导向管。顶模及侧模等混凝土强度大于2.5Mpa后保证拆模不得损坏结构棱角才可以拆除，底模待管棚钻孔注浆施工完毕后方能拆除。

3.3管棚跟管施工

管棚导向墙混凝土达到100%强度时，方可实施管棚钻孔工作。长管棚钢管采用热轧无缝钢管，钢管直径108mm，壁厚6mm。钢管间距环向0.4m，仰角1～3°，方向与线路中线平行。

（1）钻机作业平台搭设

在渐变段洞口段预留的岩梗上，用型钢或方木搭设钻机作业平台。作业平台的高度需根据管棚在隧洞拱顶及拱脚部位处的设计尺寸和钻机作业高度要求搭设。作业平台须牢固稳定，以防止钻孔时钻机摆动、倾斜等而影响钻孔质量。

（2）钻机就位

钻机安置的位置距工作面的距离以不小于2m为宜。开孔前以导向墙中预埋孔口导向管为准调正钻机，套管从导管中穿过，依导管的方位角为准，尽量调正接近设计所需的方位角。钻进开始前，钻机水平精度必须反复测量，并根据地质情况控制进度。

（3）钻孔施工

①导向墙混凝土拆模后首先对孔位进行编号。

②钻孔采用用YTA620履带式潜孔钻，潜孔钻钻机进入工作面，调整就位，采用φ125钻头，先钻奇数孔，后钻偶数孔。

③钻入第一节钻杆时，为避免因挠度穿孔，特别注意与洞口平行向外插3°。

④当第一节钻杆和套管钻入岩层，尾部剩余20～30cm停止钻进，脱开钻杆；钻机退回原位，装入第二节钻杆，钻机低速送至第一节钻杆，方向对准后联接成一体，继续钻进，按上述方法继续接长钻杆直至设计深度。钻进时，空气压力应控制在0.6～1.0MPa，保持中低压力、匀速钻进，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。

⑤钻进时产生坍孔、卡钻时，需补注浆后再钻进，过程中经常用测斜仪测定位置，调整钻进方向；

⑥认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。

（4）清孔验孔

用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。测量人员采用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角，经现场确认后方可进行下步施工。

（5）长管棚顶管施工

①管件制作：管棚采用φ108无缝钢管，钢管中心至中心环向间距40cm，管棚设计长度20m。，钢管采用2m、6m管节逐段接长，接头纵向错开，奇数第一节用2m，偶数第一节用6m，以后各节均用6m，最后一节奇数为6m，偶数为2m。管头焊成圆锥形，便于入孔。

②清孔检查验收合格后，方可安装钢管，应每钻完1孔便顶进1钢管，发现偏斜超过设计要求及时纠正。

③顶管作业：棚管顶进采用挖掘机配合人工顶进，挖机对准钻好的导向孔，低速推进钢管，推进压力控制在4.0～6.0MPa。

④接管：当第一节钢管推进孔内，剩余30-40cm时，挖机退回原位，按设计要求采用焊接方式连接钢筋，焊接完成后安装连接钢管，使两节钢管连成一体后，进入推进，直至设计长度。

3.4管棚注浆施工程序及方法

（1）注浆顺序：从下而上，跳孔注浆，浆液采用水灰比1:1的M30水泥浆，注浆压力初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa，施工时通过试验确定。

（2）施工方法：

①注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压水试验，确定合理的注浆参数。

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，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆；无条件时，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注浆采用M30水泥净浆，并采取分段注浆方式保证注浆能充分填充至围岩内。水泥浆液进浆量很大，压力长时间不升高，应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，停留时间不超过混合浆的凝胶时间。

④注浆压力达到2.0Mpa，并持压5min以上，注浆浆液达到设计90%以上时，可停止注浆，并及时封堵注浆口，防止空气进入管内。

⑤注浆过程应派专人负责，详细记录注浆时间、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。并针对现场可能出现的特殊情况，做出相应应急措施。

⑥注浆注意事项：若单孔耗浆量很大时，及时降低压力或间歇注浆；若耗浆量很大，或孔口及岩壁冒浆，经降压后仍不能止住时，及时采用水泥水玻璃注浆，水玻璃掺入量根据现场耗浆量大小，冒浆部位、注浆压力等具体情况现场确定；单孔耗浆量接近设计值，且耗浆量减少时，及时将压力调至设计值，并正常结束。单孔注浆结束后，及时关闭孔口闸阀，以免浆液流出；施工中设专人观察洞脸岩层变化情况，若有异常变化，及通知时停机，等采取处理措施后，再恢复施工。

⑦异常情况处理：在注浆时，当发现支护变形或损坏时，立即停止注浆，采取措施。串浆时要及时堵塞串浆孔。注浆泵压力突然升高时，可能发生堵管，立即停机检查，并及时清洗注浆管路。

4 结语

本工程渐变段地质条件复杂,围岩自稳性差，进洞口采用超前管棚支护的处理方法，先施工管棚，然后在管棚内插入钢筋,最后管棚注浆形成支护整体，有效解决了复杂地质条件下洞挖施工坍塌安全隐患，对整个工程进洞开挖施工顺利进行非常关键。通过对管棚超前支护施工技术难点和具体应用分析，提出钻机作业平台搭设、钻孔及无缝管安装、洞口管棚施工、孔口封闭及管棚注浆的工艺控制措施，为其它工程在复杂地质环境条件下洞挖作业提供参考意义。

参考文献：

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[2]姜昌银.公路隧道洞内超前管棚支护施工技术[J].中国新技术新产品,2020(22):111-113.

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[4]田江华,肖泽正.超前管棚支护在软弱围岩隧道施工中的应用[J].交通世界,2020(24):75-76+98.

作者简介：

朱相鹏（1983.08-），男，河南南阳人，工程师，本科，主要从事水利水电工程施工与技术管理工作。