管棚法處理隧道特大坍方段的應(yīng)用技術(shù)

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　1 坍方體處理施工技術(shù)方案

　　1.1 施工方案與治理原則

　　1.1.1 施工方案

　　根據(jù)坍方體的工程地質(zhì)特點(diǎn),確定了在拱部1°范圍內(nèi)施作Φ89 長(zhǎng)管棚,管棚間距30cm,結(jié)合超前預(yù)注漿技術(shù)在開(kāi)挖輪廓線外形成約4m厚的加固圈,并在開(kāi)挖時(shí)以小導(dǎo)管補(bǔ)強(qiáng)注漿加固技術(shù)為輔的綜合技術(shù)方案。開(kāi)挖采用上下臺(tái)階法,上臺(tái)階高度約4m,采取預(yù)留核心土環(huán)形開(kāi)法,上下臺(tái)階間距長(zhǎng)度5m,以人工開(kāi)挖為主,對(duì)局部未坍方部位可采用松動(dòng)爆破。在開(kāi)挖后立即施作格柵拱架及錨網(wǎng)噴支護(hù)體系,充分調(diào)動(dòng)加固后的圍巖的承載能力,使初期支護(hù)與注漿加固的坍方體形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu),并建立科學(xué)的監(jiān)測(cè)體系,監(jiān)測(cè)支護(hù)體系的變形,判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

　　1.1.2 技術(shù)難點(diǎn)與關(guān)鍵

　　(1)長(zhǎng)管棚與注漿加固圈在拱頂形成了穩(wěn)固可靠的固結(jié)殼,作為支承長(zhǎng)達(dá)18m高約50m的松散坍方體超前支護(hù)體系(保護(hù)殼),是保證開(kāi)挖安全和防止坍方的進(jìn)一步擴(kuò)大的關(guān)鍵技術(shù)。

　　(2)坍方體內(nèi)大部分呈松散碎屑狀,且又混有大小不一的硬質(zhì)巖塊和前期坍方處理時(shí)用以支撐的方木等建筑材料,施鉆困難,成孔性差、容易卡鉆、下管難度大。這些問(wèn)題的解決直接關(guān)系到26m管棚的安裝成功率和注漿的效果,也是坍方處理的難點(diǎn)所在。

　　(3)坍方段地處斷層破碎帶,地層連通性好,坍方體松散度大,且坍方前施工的小導(dǎo)坑均直接與注漿區(qū)相連通。由于注漿區(qū)域廣而連通性好,因此必須對(duì)注漿順序及注漿工藝進(jìn)行詳細(xì)計(jì)劃,以防止?jié){液向無(wú)用的地區(qū)擴(kuò)散,控制注漿量,以最小的注漿量獲得最好的注漿效果。

　　1.2 治理原則

　　施工方案和治理原則:“管超前,預(yù)注漿,多循環(huán),短開(kāi)挖,強(qiáng)支護(hù),勤量測(cè),早封閉”。

　　2 施工技術(shù)要點(diǎn)

　　2.1 施工工序與步驟

　　2.2 工作面預(yù)注漿

　　在長(zhǎng)管棚施工前,應(yīng)對(duì)工作面進(jìn)行前進(jìn)式分段預(yù)注漿,注漿分段長(zhǎng)度為5m。以水泥單液漿為主,內(nèi)加速凝劑,在必要時(shí)采用C-S 雙液漿。工作面預(yù)注漿的目的是加固工作面松散體,以保證管棚鉆孔方向的精度,同時(shí)穩(wěn)定工作面,確保開(kāi)挖時(shí)工作面的安全。

　　2.3 長(zhǎng)管棚與預(yù)注漿

　　2.3.1 管棚參數(shù)

　　鉆孔仰角1°～3°,管棚間距30cm,管棚長(zhǎng)度26m,采用Φ89(厚5mm)無(wú)縫鋼管,共計(jì)52根管棚。

　　2.3.2鉆孔工藝

　　預(yù)設(shè)Φ127 導(dǎo)向管→Φ108 套管鉆進(jìn)18m →Φ90 鉆孔鉆進(jìn)26m →下管(帶Φ90 鉆頭) →取出Φ108 套管→封孔注漿。

　　2.3.3 管棚注漿

　　注漿分三序孔注入,注入順序依次為C - S 漿、水泥漿、水泥砂漿。注漿應(yīng)在鉆孔下管完成后立即進(jìn)行,以便在鉆相鄰孔時(shí)可做為當(dāng)前注漿孔的檢查孔。所有管棚鋼管均以30號(hào)水泥砂漿充填,以加強(qiáng)鋼管的剛度。

　　2.4 小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)

　　長(zhǎng)管棚注漿加固范圍有限,很難達(dá)到4m的加固圈,為此在開(kāi)挖過(guò)程中,需施作小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)。小導(dǎo)管采用Φ32焊縫鋼管,長(zhǎng)5.5m,開(kāi)孔長(zhǎng)4m,間距60～75cm,外插角41°。小導(dǎo)管注漿采用C-S 雙液漿,注漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定,以確保開(kāi)挖為目的。

　　3 問(wèn)題與解決措施

　　3.1問(wèn)題

　　(1)主要存在卡鉆、掉鉆頭、坍孔、退鉆與頂管困難等問(wèn)題。

　　(2) 坍方前開(kāi)挖的下導(dǎo)坑斷面約有20m2 ,長(zhǎng)度約為20m,由于密排棚架的作用,坍方體并未將導(dǎo)坑內(nèi)填滿,約有150m3 空洞,漿液向空洞內(nèi)充填并不能對(duì)開(kāi)挖穩(wěn)定起到穩(wěn)定作用,同時(shí)又造成浪費(fèi),防止?jié){液向空洞內(nèi)滲流是注漿中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　3.2措施

　　3.2.1 帶鉆頭頂管

　　采用套管跟進(jìn)施鉆只能有效地解決前20m坍孔、卡鉆等技術(shù)難題,因?yàn)樘坠芨M(jìn)越長(zhǎng)孔壁周圍坍碴、碎石與管壁的摩阻力就越大,鉆進(jìn)負(fù)荷扭矩也越大,致使鉆進(jìn)困難,同時(shí)易產(chǎn)生管接頭因扭矩大而損耗斷管等嚴(yán)重事故,一旦發(fā)生斷管現(xiàn)象,則整個(gè)孔將被廢棄。

　　3.2.2 總體施工工序的調(diào)整

　　首先進(jìn)行工作面預(yù)注漿,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行管棚施工。但由于注漿量大,注漿時(shí)間長(zhǎng),造成鉆孔作業(yè)空閑時(shí)間多。為此,對(duì)施工工序進(jìn)行了調(diào)整,即在工作面注漿的同時(shí)穿插進(jìn)行部分管棚孔的施工。但為確保周邊管棚孔的注漿加固效果,確定了穿插管棚孔施工的原則是:遵循設(shè)計(jì)時(shí)的工作面預(yù)注漿超前的原則。總體施工工序的調(diào)整為施工工期爭(zhēng)取了時(shí)間,同時(shí)也保證了周邊注漿加固效果。

　　3.2.3注漿施工的技術(shù)措施

　　(1)改變漿液材料。預(yù)注漿時(shí),根據(jù)其注漿目的是填充坍方體空洞,對(duì)固結(jié)體強(qiáng)度要求不高,同時(shí)由于原開(kāi)挖的小導(dǎo)坑留下的空洞較大,采用較高強(qiáng)度的注漿材料不僅造成浪費(fèi),也為后來(lái)的開(kāi)挖帶來(lái)了困難。為此,據(jù)孔鉆記錄,A、I、H 三個(gè)工作面預(yù)注漿孔分別在6m、10m、17m處有50～120cm不等的架空區(qū),對(duì)這三個(gè)孔不同斷位的注漿材料進(jìn)行了變更,由原設(shè)計(jì)的水泥漿與水泥砂漿改為粘土水泥砂漿。變更后的漿液含粘土約為25% ,28d固結(jié)強(qiáng)度在8～13kgPcm2 ,可滿足工作面穩(wěn)定的要求,凝結(jié)時(shí)間約為3～5d,流動(dòng)性好,不僅降低了工程成本,也具有良好的填充效果。三個(gè)孔三個(gè)段別分別共計(jì)注入粘土水泥砂漿120m3,約占空洞總量的80%。

　　(2)采用間隔注漿獲得注漿加固效果。在進(jìn)行管棚注漿時(shí)關(guān)鍵是獲得管棚內(nèi)外形成厚約2m的注漿加固圈,但由于坍體內(nèi)有許多塊石相互棚架,致使坍體內(nèi)空洞大而多,這些空洞有的直接與坍空區(qū)相連,注漿時(shí)漿液在壓力作用下通過(guò)這些空洞泄流至坍空區(qū),而不能在管棚附近均勻擴(kuò)散,從而使注漿加固圈無(wú)法形成。為此,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用間歇注漿法,即當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間注漿壓力上不來(lái)時(shí),說(shuō)明漿液順空隙泄流至坍空區(qū),這時(shí)將漿液凝結(jié)時(shí)間調(diào)整至30～50s,注漿1～5min,停40s,待原注入漿液初凝變稠后再注,如此反復(fù),則原先的泄?jié){通道逐漸變小并最終堵塞,漿液即在管棚周圍達(dá)到均勻擴(kuò)散的目的。

　　4 施工質(zhì)量與效果評(píng)定

　　(1) 導(dǎo)向管外插角為2°～4°,間距28～33cm,滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求,為保證管棚制安精度創(chuàng)造了條件。

　　(2) 管棚孔鉆進(jìn)過(guò)程中僅有一個(gè)孔打偏與另一管棚相交,僅占管棚總數(shù)的2%。根據(jù)下管記錄,因卡鉆、斷管等原因52根管棚中只有9根共計(jì)16m 未頂進(jìn),僅占設(shè)計(jì)管棚總長(zhǎng)度的1.1%。根據(jù)開(kāi)挖所揭示的情況,管棚制安基本達(dá)到了整齊劃一的要求,在開(kāi)挖線外形成了穩(wěn)固的護(hù)拱棚架作用,總體質(zhì)量達(dá)到了優(yōu)。

　　(3) 每二序孔鉆孔時(shí)出現(xiàn)了全孔回水,鉆孔、下管容易,鉆孔物中有水泥凝結(jié)塊等現(xiàn)象,與開(kāi)始第一序孔鉆孔時(shí)卡鉆無(wú)回水形成了對(duì)比,說(shuō)明第一序孔注漿已起到了明顯的效果,并達(dá)到了固結(jié)充填的好效果。

　　(4) 根據(jù)注漿記錄,第二序孔注漿時(shí)注漿壓力上升明顯快于開(kāi)始注漿時(shí),也說(shuō)明坍方體空洞回填充實(shí)。