长管棚配合小导管辅助施工方法在隧道塌方处理中的应用

张延峰

（广州市道路工程研究所，广州　511431）

长管棚配合小导管辅助施工方法在隧道塌方处理中的应用

张延峰

（广州市道路工程研究所，广州511431）

我国隧道工程建设从20世纪80年代开始迅速发展，目前已成为世界上隧道工程规模最大、数量最多、建设技术水平发展最快的国家。然而由于我国地质条件复杂、超前地质预报准确性有限、施工支护方案不当等原因，在隧道施工过程中塌方事故频发，除造成经济损失甚至人员伤亡外，后续塌方处理也存在较大的技术难度。结合多年隧道施工经验，以广深隧道为依托，对其塌方处理中采用的长管棚配合小导管辅助施工方法进行理论分析和应用论述，以为类似工程处治提供参考。

隧道；塌方；长管棚；小导管

长管棚是隧道掘进开挖前沿其开挖轮廓线120°范围布设的70～150 mm不等直径的钢管。实际应用中，一般在钢管就位后向管内注入水泥浆，并在开挖轮廓线外一定范围形成棚架，形成类似于简支梁的支护体系，以固结钢管周边围岩，确保开挖时围岩稳定。小导管是沿隧道开挖轮廓线120°范围布设的直径38～50 mm的无缝钢管，实际应用中一般对小导管进行注浆，以固结松散围岩，提高围岩强度和自身稳定性。本文以已经建成的广深隧道为依托，并结合多年隧道施工经验，对施工过程中采用长管棚配合小导管辅助施工方法进行理论分析和应用论述，以期为类似工程处治提供参考。

1　应用机理分析

隧道掘进开挖时，长管棚钢管与隧道轴线成1°～3°夹角，通过向管内注入水泥浆或水泥砂浆，可固结其周围松散围岩、增加其强度和稳定性，同时有助于提高钢管的抗弯性能［1］。理论上通过注浆可在钢管之间的松散围岩中形成“微拱”，其具有“棚”的作用，可以有效控制围岩变形，扩散围岩压力，有效防止隧道开挖过程中围岩出现塌方［2］。而当围岩开挖至一定深度后，这种理论上的支护能力将大幅度降低甚至失去作用。为避免此种现象的发生，实际应用中一般会配合施作小导管并注浆，及时对开挖后的围岩进行支护［3］。小导管注浆能够固结松散围岩，使之具有一定强度和自稳能力，理想情况下在围岩开挖轮廓线一定范围内形成1圈有一定强度的壳体，长管棚与小导管及加固的围岩成为一体，共同受力［4］。

2　工程应用案例

2.1工程概况

广深隧道进口右洞在施工右下导坑过程中发生塌方，塌方范围约10 m，塌方量约1 000 m3，岩土为全风化花岗岩夹杂部分粘土。塌方导致30 m范围内初期支护开裂，最大拱顶下沉变形量为23 cm。

2.2应急措施

为避免塌方进一步扩大而造成更大损失和次生灾害，采取了如下措施以保持广深隧道围岩稳定，为后续塌方处治奠定基础。

1）加强塌方段范围洞内排水，避免积水浸泡导致进一步塌方。

2）将逃生管道放至塌方段左侧空间，其长度不少于20 m，内置必要应急物资，其上堆填部分沙袋覆盖。

3）对围岩表面及塌方处拱顶进行喷浆稳固处理。

4）在初期支护变形段，先在初期支护拱脚位置增加I22工字钢横撑，每隔1.5 m放置1道，再用I22工字钢作为纵联将横撑纵向连接成整体，以保持初期支护稳定，减小其继续变形甚至失稳。

5）靠近塌方位置由于受围岩影响无法架设环向内套拱，故先采用石渣将围岩回填成台阶状，而后在台阶上用型钢制作竖撑和斜撑以支撑初期支护，每隔150 cm设置1道。

2.3长管棚配合小导管辅助施工工艺

经过技术论证，决定采用长管棚配合小导管辅助施工方案对广深隧道围岩进行处治：先对塌方段影响范围内的初期支护进行临时加固，再施工大管棚配合超前小导管加固塌方段，而后逐步清理围岩并逐榀更换变形及侵限的拱架［5］。

2.3.1长管棚

广深隧道塌方处治时，长管棚采用Φ127 mm无缝钢管，其壁厚 5 mm，单根管长 25 m，材质为Q235。管棚钢管采用钢花管，前端20 cm做成锥形易于插入，后端50 cm范围内不开孔，管内部焊接Φ16 mm加劲箍，其余部位周身按梅花形布设Φ10～16 mm的压浆孔。每根钢管一端均用15 cm长的外丝扣固定，钢管之间采用1根长30 cm带全内丝扣的无缝钢管进行连接［6］。

长管棚环向间距为40 cm，钻孔主要采用翼片式硬质合金钻进工艺，对于难成孔的地层则采用长管棚配合小导管辅助施工法。施工顺序按“由下向上、由两边向中间”依次进行。对洞内弃渣进行整平，并施作平台，且适当调节平台高度，确保钻头正确插入导向管。采用高压风钻的高压风带动钻头开孔。开孔时，低速低压；待成孔1 m后，适当加压。钻孔进入土质地层时采用压力应适当调小，以免引起塌孔。塌孔时可进行注浆加固，待周边土质形成一定强度后再行钻孔，直至钻至设计长度。采用特制精密水平陀螺仪检测钻孔是否偏斜［7］。

钻孔完成后钻杆退位，再次钻进以清除孔内浮渣，确保孔径、孔深精度并防止堵孔。清孔时，需用高压风清除钻渣，用测杆检测孔深，用测斜仪量测外插角。检测合格后立即安装加工好的Φ127 mm钢管。钢管之间通过套管丝扣连接。浅孔段采用人工推进，孔深阻力大时，采用钻头慢慢顶进，推进时应经常采用测斜仪检查钢管的偏斜度，发现偏斜超过设计要求时应及时纠正。钢管安装完成后进行三角钢筋笼的安装，且应及时安装孔口止浆塞，并对每根钢管连续编号且做好标记。管棚安装后，需用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间的空隙。

注浆材料选用水灰比为1∶1的水泥净浆，注浆设备为双液注浆机。长管棚安装完毕后，连接双液注浆机管棚进浆孔并安装止浆阀。管路连接好后进行压水试验，以检查止浆效果和注浆管路是否有跑水、渗水现象。

钢管注浆按“由下到上、由左到右”顺序采用奇偶数钢管间隔注浆方式，即先按顺序注奇数管，奇数管注浆完成后，再按偶数管注浆。注浆压力确定初压为0.5～1.0 MPa，终压为2.0 MPa。注浆时需密切监视压力变化，如压力达到2.0 MPa，则应持续稳定恒压10 min后结束注浆。注浆过程中应认真做好记录，以便分析解决施工中出现的问题。注浆结束后应及时清除管内浆液并用M20的水泥砂浆及时填充，以增强管棚的刚度及强度。

2.3.2小导管

广深隧道塌方处治时，超前小导管施工采用Φ42 mm管，其长5 m，纵向间距为2 m/环，环向间距40 cm。小导管前端做成尖锥形，管壁上每隔15 cm按梅花型钻眼，眼孔直径为6 mm，并将管壁尾部长度不小于30 cm作为不钻孔的止浆段。

小导管注浆采用高压注浆泵压注浆，水灰比为1∶1，注浆压力为1.0～1.5 MPa，一般压力值达到1.0 MPa时，停止注浆。注浆结束后，应将管口封堵，以防浆液倒流管外［8］。

长管棚配合小导管辅助施工布置如图1所示。

图1　长管棚配合小导管施工布置示意

2.4工程实施

广深隧道塌方处治采用长管棚配合小导管辅助施工方法施工时，其施工过程中严格控制了长管棚和小导管的施工质量，并重点控制其长度、角度和注浆量。后续开挖和更换变形初期支护拱架按设计方案进行，同时加强监控量测，以实时反馈信息指导现场施工。该隧道塌方处治中长管棚配合小导管施工顺利，整个施工过程中初期支护拱顶下沉量仅为58 mm，远小于设计预留变形量［9］。

3　结束语

本文对广深隧道塌方处理中采用的长管棚配合小导管辅助施工方法进行了分析和论述。该方法在隧道塌方处理中是一种行之有效的超前支护方案，也适用于隧道施工穿越软弱、破碎、松散底层时的支护处治。隧道工程是一个非常复杂的大系统工程，未知因素较多，稍不注意便可能发生诸如塌方等灾害，给工程建设带来不必要的损失。因此，隧道施工过程中，首要任务是防止发生塌方事故，而一旦发生了塌方事故，则应谨慎选择处治方案，来确保后续施工顺利进行。

［1］中交第一公路工程局有限公司.JTG F60—2009公路隧道施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］重庆交通科研设计院.JTG D70—2004公路隧道设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］缪成银，郑宏，彭雪峰.近水平软弱岩层高速公路隧道施工方案比较［J］.地下空间与工程学报，2012，2 （15）：212-245.

［4］杨会军，王梦恕.隧道围岩变形影响因素分析［J］.铁道学报，2006（3）：92-96.

［5］ 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［6］孙玉永，周顺华，肖红菊，等.管棚法应用于软土地层的稳定性分析［J］.岩石力学与工程学报，2013 （S2）：1-9.

［7］董志明，郑鹏武.大直径自进式锚杆在隧道工程岩溶处治中的应用［J］.现代隧道技术，2013，50（2）：187-191.

［8］张晓东.黄金隧道塌方冒顶结构计算及特殊设计［J］.铁道标准设计，2013（4）：77-80，86.

［9］刘朝霞.浅谈隧道长管棚处理塌方的技术与效果［J］.湖南交通科技，2012（2）：121-123.

Application of Long Pipe Roof Plus Small Pipe Supplementary Construction in Tunnel Collapse Treatment

Zhang Yanfeng

Tunnel construction in China developed rapidly since 1980s，in nowadays，China became the largest scale，largest quantity and fastest construction technology development county in the world regarding tunnel projects.However，due to complicated geological conditions，limited accuracy of advance geological prediction and improper constructional support scheme，collapse often occurs during tunnel construction，besides economic and life loss，it＇s difficult to deal with the after collapse situation.With years＇tunnel construction experiences，based on Guangshen tunnel，this paper gives theoretical analysis and application demonstration to long pipe roof plus small pipe supplementary construction during collapse treatment，and provide reference for similar project practice.

long pipe shed；small duct；tunnel collapse

1009-6477（2016）04-0115-03

U455.4

B

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.026

2016-03-09

张延峰（1984-），男，湖南省安仁县人，本科，工程师。