管棚快速施工在隧道涌水中的应用

贾瑞晨，甄精莲

湖南高速铁路职业技术学院铁道建筑学院，湖南 衡阳 421001

1 引言

隧道施工中突发涌水、透水灾害等事故并不罕见，由于隧道施工存在诸多不稳定因素和不可抗力，何快速处理这些突发事件，并把随之而来灾害和风险降至最低程度是最为关键的［1］。

2 工程概况

隧道位于福建省内，隧道长15898m,双洞单线，隧道最大埋深150m，5 座斜井，1#～2#斜井之间地质复杂，如图1 所示，易发生隧道涌水破坏，通过注浆、管棚施工等方法对软弱土层进行加固，保障了隧道正常施工。

图1 地质情况形象示意图

3 隧道涌水分析

隧道2#斜井未开挖段YDK24+158 里程段溃口区受当地连日极强降雨影响发生大规模隧道涌水，造成1#隧道内水位快速上涨，涌水区水位短时间抬升50m 左右，1#隧道右线水位急升，通过9#横洞进入1#左洞，形成涌水破坏。

若不采用有效泄水或抽排水措施，涌水将很可能造成淹井，造成巨大损失同时危及左线未开挖完的高位支洞及左线30m未贯通段的安全。

图2 1#斜井涌水及泄水抢险施工示意图

图3 2#斜井掌子面泄水孔开孔位置图

4 涌水抢险方案

为防止涌水在1#斜井左右线蔓延，用沙石堆垛形成挡墙将涌水拦截在9#横通道之前，同时在对面的2#斜井左线正洞掌子面加紧钻布大孔径泄水孔，在水流淹没到拱顶之前由贯通孔自然顺坡排走，将涌水稳定在既定标高，然后再加大抽水能力，将水抽到安全水位以下继而保证隧道安全［2］。

具体方案：

（1）保证大孔径泄水孔泄水量在1000m3/h 以上，直至达到设计目标。

（2）泄水孔成孔孔径＞Φ108mm；成孔后安装套管，安装止水闸阀。

（3）管棚施工减少了塌孔、出泥出石；也保证了设备和人工安全。

5 泄水孔中管棚快速施工的研究与应用

5.1 泄水孔设计

（1）布孔原则。如图3 所示，共布设7 个泄水孔，孔距1m左右，先施作中心孔ZX4，钻孔偏角0°，立角上仰1°～2°［3］。

表1 2#斜井掌子面泄水孔坐标

（2）钻孔深度。ZX1～ZX7 孔深自左向右递增。

（3）套管安装同管棚。

5.2 管棚套管安装工艺

（1）管材要求

（2）装管

采用大型全液压多功能地质钻机KR-805-1，完成钻孔后立即安装管棚。

（3）连接

人工对丝后用钻机动力头逆时针旋转带丝，并适当顶管，给进力度、转速要均匀，保证连接顺畅和上丝均匀。丝扣连接紧密后，接口处电焊焊接补强，必要时可以环向焊接连接钢筋，以充分保证丝扣处的抗拉伸、抗弯折强度［4］。

（4）顶管

管棚尾部放在外径Φ140mm 的套筒上，套筒连接动力头，利用顶管的后冲击顶进。

6 结论

共计施工12 个泄水孔，单孔泄水量为80～300 m3/h，总排水量约1800 m3/h。经泄水后，已降至0.2MPa 左右，泄水孔内水流稳定；2#斜井排水顺畅；1#斜井涌水区水位稳定。

在左线未贯通区域进行泄水孔施作实现快速降压排水是可靠的，但为了防范泄水后大量涌水对孔壁的冲洗与剥蚀进而可能造成地层局部坍塌失衡等不良后果，应采取下套管护壁的手段来规避可预见性风险，加之该泄水段地层已注浆改良加固，因此此项措施对后续的开挖安全甚为重要［5］。在本次泄水施工中运用管棚快速施工技术既保证了泄水的效果打到排减目标，同时为该抢险的成功奠定了基础。