管棚及注浆加固在隧道坍方治理中的应用

【前言】管棚及注浆加固在隧道坍方治理中的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。图1 红岩隧道坍方地段剖面 原先的施工在进行到K11+645的时候，由于遇到这个大断层，施工单位便改用侧壁导坑法进行挖掘，导坑的断面设为5m×4m，施工进行到K11+666的时候，此时地质条件变得极为恶劣，导致坍方频繁发生，所以，导坑的断面又被缩减至2m×2m的大小，同时实...

【摘要】在隧道的建设过程中，管棚和注浆加固广泛应用于隧道坍方的处理，有效降低了发生工程事故的概率，确保了安全施工，是工程顺利完成的保障，具有重要意义。本文着重探究了管棚及注浆加固在隧道坍方治理中的应用。

【关键词】管棚及注浆加固；隧道坍方；治理

温州红岩隧道有一段松散坍方的地段，通过运用管棚以及注浆加固的方法，并同时应用强力初期支护的办法，使工程成功穿越了足有23m长的松散坍方地段。

1.工程总概况

红岩隧道位于浙江省的泰顺县，隧道全长为2510m，从北东到南西里程桩号是K10+545～k13+055。该隧道是云寿公路改建工程在泰顺一段的控制工程，属于特长型隧道。该隧道的围岩主要是Ⅲ类和Ⅳ类，最大埋深是300m。隧道在里程k11+645～+732的地方存在一处断层破碎带，产状为sw250?

图1 红岩隧道坍方地段剖面

原先的施工在进行到K11+645的时候，由于遇到这个大断层，施工单位便改用侧壁导坑法进行挖掘，导坑的断面设为5m×4m，施工进行到K11+666的时候，此时地质条件变得极为恶劣，导致坍方频繁发生，所以，导坑的断面又被缩减至2m×2m的大小，同时实施密排棚架支护。这样，在长达半个月的严密工程和谨慎操作后，全隧道小导坑实现了贯通。但之后，在扩大断面的开挖时，施工到K11+666.6的时候，用木棚架支护的岩体出现大面积的坍方，导致本来已经安装好的管棚的损毁。坍方的碎渣涌到K11+662。施工单位也不得不开始清理残渣。然而坍方又再次发生。坍渣一开始呈现粉末状，经过几次坍方后变成含有1～3m的大型岩石块。这说明坍空的区域已经延伸到了断层之外的基岩影响带。此时坍方的预计长度大约是18m，高度大约是50m。最终商议决定采用注浆加固和长管棚的方法进行贯通，实现了良好的治理效果。

2.注浆加固地层

2.1工作面预注浆

管棚钢管穿过的是属于松散坍方体的围岩，管棚施工之前需要运用长孔注浆的方法加固工作面坍方体，以确保管棚钻孔方位的准确，牢固支撑起管棚，并保证工作面在开挖的过程中维持稳定状态。工作面预注浆采用的方法是分段前进式孔注浆，孔的深度为23m，只有第一段是长8m，其余每段长5m，浆液的类型主要采用水泥单液浆，单液浆和速凝剂的配合比是W：C=0.8：1～1.5：1。长管棚注浆以及工作面的预注浆都需要止浆墙的运作，工作面预注浆开孔位置如图2，工作室和止浆墙如图3。

图2 工作面预注浆孔位

图3 管棚工作室和止浆墙示意图

2.2长管棚的制作、安装以及注浆

坍方段位的总长是23m，景宁端已经施作完成初期的支护，泰顺端也已经做好了二次衬砌。景宁端的施作钢筋混凝土护拱的宽度为1m，厚度为50cm，并且预埋了长2m的钢管在护拱中，起着管棚孔导向管的作用，这样可以避免管棚钢管相互交叉，把握精确的管棚钻孔角度。在安设导向管之前，要做好充分准备，按部就班。首先要预算好每一根导向管首段和尾端的空间坐标值，架设工字钢架，并用水准仪和经纬仪摆好钢管的具体方位，把U形管套焊接好，检查是否有差错，确认无误之后，将导向管放进U形管套加以固定，最后完成混凝土护拱的浇筑。U形管套安装方法以及其形状示意见图4。

图4 U形管套安装方法

由于坍方体的高度大约有50m，所以管棚采用的是无缝钢管，以确保能发挥充分的支撑作用，管棚的总长是26m，管壁厚度为5mm。钢管的加工方法如图5所示。管棚的开孔位置可参见图6，钻孔的仰角在包括线路坡度的前提下设为3?。钢管节节相扣，以丝扣相连，根据具体情况来决定每一节的长度。运用顺序编号钻孔，最好一次成孔，当有个别特殊部位无法成孔时，可以在钻之前注入少量的C-S双液浆。为了减少注浆凝胶的时间，使管棚的刚度以及填充浆液的密度合适，注浆要遵照C-S浆、水泥浆、水泥砂浆的顺序。在钻孔下管完成之后，要立即进行注浆，这样在钻相邻的孔的时候，可以把其作为之前一个注浆孔的检查孔。为使钢管的刚度达到最高，管棚的所有钢管都必须用30号水泥砂浆作为填充物。水泥单液浆的配合比是：W：C=0.8：1～1.5：1，注浆速度为30～60L/min，凝结的时间是10～15h，速凝剂的掺量是3%～6%，扩散半径为0.1m。双液浆的配合比是：W：C=0.8：1～1.5：1，注浆速度是30～60L/min，凝结时间是3～5min，缓凝剂的掺量是1%～3%，扩散半径为1.0m。

图5 管棚钢管的加工

图6 管棚钻孔以及开孔位置

2.3周边小导管的安设和注浆

按照设计图来看，管棚下方会出现一个比较大的三角体，需要运用周边的小导管来完成超前注浆进行加固，以确保在完成管棚制作安装和注浆工作之后，三角体能在开挖时保持稳定。小导管采用的焊缝钢管厂度为5.5m，开孔的长为4m，尾部不开孔为1.5m。小导管注浆不仅可以增强坍方固结体的强度，还可以加固注浆锚管，作为超前支护。小导管注浆方法为分段后退式注浆，先注入段的长度为0.6m，注入的是C-S浆液，为了形成止浆壳体，将后注入的单液浆的扩散范围控制在一定范围之内，加固的范围在加固圈最外面一层的1m。为增加固结体的强度和使用寿命，要在后注入段注入的是单液水泥浆。图7为小导管的设置。双液浆的参数如下：水泥浆W：S=0.8：1至1.5：1，凝结时间为1至3min，加入缓凝剂的量为1%至3%，扩散的半径是0.8m。单液水泥浆的参数是：W：C=0.8：1至1.5：1，凝结时间为10至15h，加入速凝剂的量为3%至6%，扩散半径也为0.8m。

图7 周边小导管注浆孔位布置

3.管棚、小导管以及初期支护作用原理

大管棚的顶端在二次衬砌的后面，中间段在探访体上，探访体经过工作面预注浆的作用而比较坚实，其尾端在混凝土的护拱内部，因为二次衬砌、胶结严密结实的坍方体以及混凝土的护拱都具有相当的承载负荷的能力，这样管棚能够起到有效的抬棚作用。初期支护的经过大管棚注浆以及小导管注浆可以形成拱形注浆加固带，厚约4m。小导管自身也具有锚管的作用，使加固带更具整体性，从而当坍方体上部遭到坍渣的冲击时，加固带能起到良好有效的防护与缓冲作用。在继续开挖的过程中，管棚有效稳定了初期支护的作用并极大提高了开挖的安全性。初期支护可以承担管棚传递的少量甚至全部负荷，见图8，展示了三者之间的相互作用。

图8 管棚、小导管注浆和初期支护的相互作用

4.实施效果

在原设计中，对坍方地段的开挖分为上下台阶。在开挖上台阶的过程中，每个循环的进尺为0.5m，同时保留核心土。在真正实施开挖时，注浆后，发现坍渣胶结的情况不是很糟糕，所以在上面段采用的是全断面开挖，每循环的进尺也多大于1.5m。安全通过坍方段的事实证明管棚充分发挥了抬棚、充填固结的作用。

结束语：

在隧道施工的过程中，治理松散坍方地段时，运用管棚和注浆加固法，并结合周边小导管注浆超前加固来巩固支撑作用，能够在实行开挖、初期支护和二次衬砌时，确保一个相对安全的施工作业环境。总的来说，管棚和注浆加固方法是治理隧道坍方的重要手段，也是最安全有效的措施。管棚和注浆加固法在运用于隧道坍方的治理中使，也会不可避免地遇到一些困难和问题，只有在技术开发中投入更多的精力和汗水才能使艰难的工程顺利进行并圆满完成。

参考文献：

[1]任会，赵明华，张进华等.土地坳隧道塌方段注浆方案综述[J].中南公路工程，2006，31（1）

[2]张华清.超前管棚注浆加固技术在斜井穿过中厚流砂层施工中的应用[J].建井技术建井技术，2013，34（3）

[3]李力.粉细砂地层注浆管棚作用机理及在暗挖隧道施工中的应用[D].2006.

[4]袁海清，傅鹤林，马婷等.隧道管棚加预注浆超前支护数值模拟分析[J].铁道科学与工程学报，2012，9（6）