采用管棚法处理浅埋隧道坍方段的技术应用

文妮

摘 要：以西源隧道坍方处理为例阐述了管棚法施工在隧道坍方段的应用，论述了管棚法处理坍方段的技术要点，同时说明了注浆在管棚法处理坍方技术中的作用。

关键词：隧道；管棚；注浆

1 工程概况

西源隧道为赣龙铁路扩能改造工程中典型浅埋隧道之一，位于江西省会昌县，全长468m，设计为时速200km客货共线铁路双线隧道，隧道内线间距为4.4m～4.525m。隧道最大埋深约34.5m，通过底层岩性为全风化～弱风化板岩夹炭质页岩，Ⅳ级围岩占17.1%，Ⅴ级围岩占82.9%。该隧道地质复杂，围岩破碎，节理裂隙发育，空隙潜水较发育，多处浅埋，沟谷设计。隧道施工至DK101+820处时顶部发生坍塌冒顶，需要及时处理。

2 施工方案

在洞内拱部120°范围内施作φ89管棚，管棚间距40cm，长度10m，外插角控制在5°～10°，结合超前预注浆技术，在开挖轮廓线的外围形成加固圈，加固圈的厚度约为4m。在开挖掘进的同时用小导管补强注浆加固技术对DK101+805～DK101+815段拱墙部位进行洞内3m径向注浆，进一步提高洞壁围岩自稳性。

采用开挖工法为三台阶临时仰拱法，为了充分利用围岩的承载能力，在开挖完成后立即施作格栅拱架，以及锚网喷支护体系，使初期支护与注浆加固的坍方体形成整体支护结构。

施工中必须建立科学合理的监测体系用以监测支护体系的变形，通过监测体系对支护体系的监测来确保施工的安全性和稳定性，将通过监测数据分析所得的结果及时反馈给设计单位与施工单位。

根据坍方体的工程地质特点，制定方案，施工工序安排如下：（1）对隧道进行全方位量测，测量数据与以前监控量测数据进行比较，对隧道的状况进行评估。（2）进行地表袖阀管注浆。（3）施作洞内管棚，并进行注浆。（4）采用超前小导管注浆进行超前防护。（5）采用三台阶临时仰拱工法进洞掘进施工。

3 施工技术要点

3.1 管棚施作工艺要点

（1）棚管的直径为89mm，管棚用热轧无缝钢管分节制作形成，丝扣联接。管棚钢管周身梅花型钻出浆孔，管棚的前端制作成锥体便于安装，管棚的尾端使用焊接法将兰盘与注浆管尾端联接在一起。

（2）管棚施工前安装导向管，在靠近掌子面已初支的钢架外侧再加设3榀工18钢架，并施作工18钢架横撑作为临时仰拱使钢架闭合，再在钢架上安装φ140mm钢管作为定位导向管，中心间距为40cm。

（3）钻孔前需要精确测定孔的平面位置、孔的倾角以及外插角的度数，并且对每个孔进行编号。外插角控制在5°～10°，可依照实际情况进行调整，钻孔仰角的确定应根据钻孔深度以及钻杆强度来确定，一般钻孔仰角控制在1°～1.5°。钻机采用地质钻机，隔孔施钻。钻孔选用比管棚直径大20-30mm的合金钻头，在土质层中开孔时可以采用低压钻孔一次钻进成孔的方法，当成孔有1.0m后，开始进行适当加压。

（4）钻孔检测合格后，将钢管连续接长，用钻机旋转顶进将其装入孔内，钢管采用丝扣连接，采用匹配的丝扣。为使钢管接头错开，第一节管采用3m和6m交替布置，编号未奇数的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节采用6m钢管，后按孔深接长补齐。管棚体外露末端焊接15×15cm厚度8～10钢板，在钢板中心钻φ15mm孔洞，焊接注浆阀门。

（5）水泥浆在拌制时，严格按照施工配合比进行投料，并在高速搅拌机内进行搅拌。在管棚中注入水泥水玻璃浆液，注浆时初压为0.5～1MPa，终压为2.0Mpa。

（6）注浆施工时，浆体的浓度逐渐增加至设计浓度，这样逐渐增加浆体浓度的施工方法有利于浆体向拱顶方向扩散，促进浆体的紧密，利于后期的防渗。注浆施工时，由两端的管棚钢管开始注浆，注浆过程中进行跳孔注浆，向隧道拱顶钢管方向推进。

3.2 小导管注浆补强

在开挖过程中，由于采用长管棚注浆加固的范围有限，很难达到4m的加固圈，所以需施作小导管注浆补强。小导管注浆补强时采用φ50热轧无缝钢管，长5.0m，开孔长4m，间距15cm，外插角200～250。小导管注浆采用的水泥浆的水灰比为1：1，注浆量需要依据现场实际情况来确定。

3.3 开挖及初期支护

洞内开挖采用三台阶临时仰拱法进行，开挖与小导管注浆穿插进行，采用Ⅲ型超前小导管注浆进行超前防护，并逐步进行开挖施工。每循环开挖进尺0.5～1.0m，逐榀钢架开挖，并及时施作临时仰拱，拱圈及时闭合成环，抵抗周边土压力。为确保支护体系的及时封闭，减少开挖后围岩的暴露时间，初支应在开挖完成后及时进行施作。

塌方回填后，洞室变形过大将会造成初支结构侵入衬砌净空，因为结构承载力的计算受到洞室变形的影响，因此在开挖时需预留20cm的下沉量，在施工过程中应及时施作仰拱使支护结构尽快封闭成环以改善洞室结构的受力条件。

4 注浆的控制措施

（1）为了保证管棚注浆施工的顺利进行，防止在注浆薄弱地段注浆时跑浆，应在注浆段起始段的掌子面喷射混凝土阻止浆液外溢，同时管棚端头空隙处采用混凝土堵塞密实。

（2）注浆时应防止管路故障或者泵故障造成浆液比例的改变，所以注浆时需要经常测定混合浆液的凝结时间。注浆的过程，要时刻注意泵口压力的变化情况以及孔口压力的变化情况。

（3）注浆过程中应及时封堵孔口或者工作面的漏浆，注浆结束后彻底清洗泵体和管路以保证再次注浆的质量。在注浆的过程中，做好注浆的纪录以及钻孔的纪录，为分析注浆效果提供依据。

（4）注浆施工作业中，现场施工过程诸多控制因素中最为关键的因素是注浆的压力，施工时可以根据流量计显示的孔口压力的变化情况来判断注浆施工的进展情况。

（5） 在注浆过程中，当单孔注浆量达到设计注浆量的80%以上或者注浆压力达到规定的终压5.0MPa，便可以结束注浆施工。

5 结束语

管棚法早期是隧道施工的一种辅助方法，在软岩隧道施工中广泛应用于穿越松散带、破碎带、软弱地层、涌水、涌砂层等。预埋超前管棚做顶板及侧壁支撑的施工方法，为后续的隧道开挖提供了坚实的基础，而且该方法具备施工快、工期短及安全性高等特点，是隧道施工中解决坍塌的有效施工方法。

参考文献

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[3]朱国伟.高速铁路浅埋隧道超长管棚设计方案研究[J].铁道标准设计，2015（10）.