采用管棚法處理特大坍方段的應用技術三

采用管棚法處理特大坍方段的應用技術1.工程概況與地質(zhì)概況xx隧道為xx公路改建工程xx至xx的雙車道隧道，是該段改建公路的控制工程。當隧道開挖至K11+645遇到長達87m的大斷層時，原施工單位采取下側壁導坑掘進，導抗斷面約5m×4m，采用加強噴混凝土和抬棚架強行通過的臨時支護體系。當施工到K11+666時，由于地質(zhì)條件急劇變壞，坍方頻繁（前后有五次坍塌發(fā)生）。為確保工期的順利完成，1998年6月原施工單位采用加強抬棚（密排棚架）支護措施，經(jīng)過半個月的努力實現(xiàn)了全隧的小導抗貫通。但在隨后的擴大斷面施工中，施工至K11+666.6時，原來由抬棚支撐的巖體發(fā)生大坍方，破壞了原已安設好的管棚，坍方堆碴涌至K11+662。后采取不連續(xù)的清碴辦法，但每次清碴至工作面后，又發(fā)生塌方，恢復原狀，并且?guī)r碴由原先的粉末狀，變?yōu)殚g雜1~3m3的巨大巖石，坍空區(qū)已延至斷層外基巖影響帶，預計坍方高度在50m左右，坍方段長共計18m。坍方體位于斷層破碎帶，斷層帶出露里程為K11+645~+732，斷層產(chǎn)狀為SW250°∠72°~80°，與隧道軸線斜交，洞內(nèi)可見厚度達87m，為大型壓扭性大斷層。斷層帶巖性由灰色砂礫巖、斷層泥及斷層角礫巖組成，巖石呈角礫狀松散結構，巖體整體性差，局部有滲水，易失穩(wěn)，開挖后坍方頻發(fā)。所需處理的坍方段，里程為K11+666~+689之間，共23m。坍方巖體破碎，分布不均勻，局部有空洞，且下半斷面有原掘進的小導坑及支撐導坑用的棚架，為開挖帶來不便。xx端至K11+666已完成模筑混凝土二次襯砌，并在K11+666處做好了70cm厚的混凝土止?jié){墻。且景寧端開挖至K11+697處停下，距坍方段約8m，整個隧道只有中間26m還未完成，成為制約工期的關鍵因素。2.坍方體處理施工技術方案2.1施工方案與治理原則2.1.1施工方案根據(jù)坍方體的工程地質(zhì)特點，我們確定了在拱部范圍內(nèi)施作Φ89長管棚，管棚間距30cm，結合超前預注漿技術在開挖輪廓線外形成約4m厚的加固圈，并在開挖時以小導管補強注漿加固技術為輔的綜合技術方案。開挖采用上下臺階法，上臺階高度約4m，采取預留核心土環(huán)形開挖法，上下臺階間距長度5m，以人工開挖為主，對局部未坍方部位可采用松動爆破。在開挖后立即施作格柵拱架及錨網(wǎng)噴支護體系，充分調(diào)動加固后的圍巖的承載能力，使初期支護與注漿加固的坍方體形成整體支護結構，并建立科學的監(jiān)測體系，監(jiān)測支護體系的變形，判斷結構的穩(wěn)定性和安全性，及時反饋設計與施工。2.1.2技術難點與關鍵（1）長管棚與注漿加固圈在拱頂形成了穩(wěn)固可靠的固結殼，作為支承長達18m高約50m的松散坍方體超前支護體系（保護殼），是保證開挖安全和防止坍方的進一步擴大的關鍵技術。其中26m灌滿砂漿的管棚直接棚架在xx端已施作完成的二次襯砌結構和景寧端支護體系上，是承受坍方體土體壓力的主體，而4m厚的注漿固結圈則起到對其的進一步加固作用，同時坍方體大部分為碎硝狀，又可防止碎硝坍碴體從管間縫中涌出而引起新的坍方。管棚與超前注漿構成了超前支護的主體，是坍方處理的關鍵技術。（2）坍方體內(nèi)大部分呈松散硝碎狀，且又混有大小不一的硬質(zhì)巖塊和前期坍方處理時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。這些問題的解決直接關系到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，因此必須對注漿順序及注漿工藝進行詳細計劃，以防止?jié){液向無用的地區(qū)擴散，控制注漿量，盡量以最小的注漿量獲得最好的注漿效果。2.2治理的原則施工方案和治理原則可簡單概括為"管超前，預注漿，多循環(huán)，短開挖，強支護，勤量測，早封閉"。3.施工技術要點工作面預注漿→長管棚施工→上小導管及半斷面開挖與支護→底板開挖與支護→二襯與鋪底3.1施工工序與步驟3.2工作面預注漿壯在長管棚施工壇前，應對工作鵲面進行前進式賀分段預注漿，弊注漿分段長度薄為餅5m王。以水泥單液影漿為主，內(nèi)加倡速凝劑，在必浸要時采啦用起C-榜S蹄雙液漿。工作鷹面預注漿的目度的是加固工作出面松散體，以豐保證管棚鉆孔解方向的精度，艦同時穩(wěn)定工作酸面，確保開挖大時工作面的安想全。仁3.3根刪長管棚與預注櫻漿1）管棚參數(shù)驟鉆孔仰丙角邊1°~3賭°壩，管棚間距拋30m色，管棚長度拍26m犬，采豎用香Φ垮8梯9堡（厚免5mm橋）無縫鋼管，圍共配計就5撫2泛根管棚。2）鉆孔工藝弊預姑設器Φ勿12彎7伏導向因管箱→覆Φ排10束8解套管鉆進鬼18m夫→框Φ何9賭0貧鉆孔鉆進考26m拉→披下管（吊帶椒Φ蘇9可0貫鉆頭倡）陪→添取暑出大Φ侵10燙8吼套疊管棍→奉封孔注漿3）管棚注漿余注漿分三序孔款注入，注入順驚序依次簡為羽C-斗S忙漿、水泥漿、據(jù)水泥砂漿。注鷹漿應在鉆孔下虹管完成后立即微進行，以便在厲鉆相鄰孔時可飼做為當前注漿仙孔的檢查孔。蹤所有管棚鋼管岡均盟以越3暴0無號水泥砂漿充希填，以加強鋼號管的剛度。配注漿參數(shù)構：（1）雙液漿猴水泥速漿岡W:C=0.報8:1~1.愿5:楚1闊，水玻璃后漿懇35Be,C右:S=1:1磁~1:0.沉3吐，注漿終熄壓殃2MP嗎a牌，注漿速妙度辜30~母60L長/mi竟n翼，凝結時間芬：國3~5mi私n夫，緩凝劑加弊入咸1%~3類%棋，擴散半徑賭1m擁。抗（撕2傅）單液水泥漿境W:C=0.炊8:1~1.農(nóng)5:再1構，注漿終任壓仔2MP補a搞，注漿速累度愁30~少60L考/mi普n判，凝結時間竟：腫10~15惕h沿，速凝劑加載入瞞3%~6獸%源。擴散半徑在粥管棚注漿時為牛1m滑，而在工作面旗預注漿時為圣1.5m怖（工作面主要步為坍方松散體旬）。結（旨3塊）水泥砂漿紙3干0肯號水泥砂漿，竟充填鋼管和充挽填較大的坍方厭空洞。膀3.4名布小導管注漿補吼強滑長管棚注漿加號固范圍有限，僚很難達到洽4m程的加固圈，為椅此在開挖過程稀中，需施作小闊導管注漿補強竭。小導管采三用稀Ф傾3騙2府焊縫鋼管，長獵5.5m尊，開孔段長海4m疊，間貸距斯60~元75cm幼，外插膚角面41槍°摧。小導管注漿夢采壤用阿C-即S寒雙液漿，注漿眾量根據(jù)現(xiàn)場情故況定，以確保體開挖安全為目拒的。新3.5宏殺開挖與初期支距護建開挖與小導管奇注漿穿插進行筋，即每注一個芹循環(huán)開挖坡1.5m倘（即支護三榀講鋼拱架）。初冤期支護與開挖抖緊跟，即每開位挖一個循環(huán)立潔即立拱掛網(wǎng)噴榨混凝土施作初鳥期支護。慕開挖分上、下底半斷面短臺階績分部施工，臺債階長度不超過抬5m扒，開挖進尺字0.5m貝。因坍方體高柿度不明，開挖饅后洞室變形及前結構承載力不樸能較為準確的辭計算，為防止殺變形過大造成和初支結構侵入即襯砌凈空，根歷據(jù)工程類比在除開挖中預留峰20cm槐的下沉量，即咳擴大開挖斷面鳥20cm理。梳采取手執(zhí)鐵鏟而或風鎬人工開烤挖，在有基巖惜或巨大巖塊出猛露處可采用松頓動爆破后再人位工開挖。上半債斷面采用預留蘭核心土環(huán)形開顛挖，以保證掌曉子面的穩(wěn)定與童安全；下半斷搞面采用左右錯昏挖馬口形式開封挖，馬口錯開耀長度晌在鉗3~斧5m俯。下半斷面開橫挖后應及時清頌底施作仰拱，百確保初期支護奸的及時封閉。注初期支護采用激格柵的拱亞+啟錨桿（鎖腳幼）姿+狐鋼筋父網(wǎng)猛+毫噴馬射借C2貸0貨混凝土的聯(lián)合握支護體系。格異柵拱為愿20cm團×包20cm請的喋形拱架，壘主筋拾為續(xù)Ф產(chǎn)2糊2驗螺紋鋼；鋼筋攜網(wǎng)采門用揚Ф吳8責圓鋼，網(wǎng)間距競20cm捆；鎖腳錨桿采猜用患Ф獨22城覽螺紋鋼的砂漿蛛錨桿，必要時微采用注漿錨管壞；拱架間距按遮開挖進度每蠢0.5m險一榀，拱架間后連接筋采被用血Ф尚2銀2膛螺紋鋼，連接孝筋間玻距逢1~滅1.5m死；噴射混凝土菌采傻用撈C2琴0遭混凝土，厚度泡25cm恩。初支應在開膨挖完成后即時豬施作，要確保灶支護體系的及州時封閉，即盡閑早噴混凝土封窄閉減少開挖后豬圍巖的暴露時骨間，及時施作件仰拱使支護結死構盡快封閉成檔環(huán)，改善洞室減結構的受力條率件?；@4.扣翼施工中的問題俊與解決措施襲4.1阻養(yǎng)存在的主要問結題炎滾催1劍）管棚孔的施址鉆與管棚制安泡中，主要存在勁卡鉆、掉鉆頭定、坍孔、退鉆項與頂管困難等混問題。其主要麻原因是施鉆范始圍內(nèi)大多位于薦坍方體內(nèi)，屬襲碎石、角礫石廈、松散無穩(wěn)定覽性，從而致使謎鉆孔成孔與下街管極其困難。嫂倉吵2位）坍方前開挖群的下導坑斷面京約有躺20m圓2賤，長度約為罵20m儉，由于密排棚饑架的作用，坍網(wǎng)方體并未將導街坑內(nèi)填滿，具虧估計約有侍150m劍3敲惡空洞，漿液向員空洞掃內(nèi)充填并不能兩對開挖穩(wěn)定起瓜到穩(wěn)定作用，屢同時又造成浪鬧費，如何防止并漿液向空洞內(nèi)喇滲流也是注漿軍中的關鍵環(huán)節(jié)識。纏春臉教4.2攝鞏主要技術措施叛饅璃1湖）變更導向管皆采用套管跟進禍施鉆述原設計管羞棚直徑鬧為作Ф寒8膜9煉，按照常規(guī)導倡向管直徑則液為鉗Ф抖10異8持。通過對現(xiàn)場剝情況進行調(diào)查薯，坍方體坍碴損情況比較復雜亦，坍孔、卡鉆雜在所難免，為竟保禁證做Ф縮89權管棚的順利施錘作，有必要采頸用套管跟進施賽鉆，在套管保葉護下頂進管棚轟鋼管倦。矛Ф遼8年9葛的管棚鋼管職需最Ф巡10祥8天套管，原設計捉的弊Ф涌10靜8來導向管就不能見滿足施工需要規(guī)，因此導向管貼變更艦為豪Ф省12曲7兇鋼管。后來施王工事實證明，霜導向管變更為呆管棚成孔創(chuàng)造擋了有利的條件在?；険渫?潑）帶鉆頭頂管登采用套管燈跟進施鉆只能首有效地解決前霜20m畜坍孔、卡鉆等恢技術難題，因排為套管跟進越書長孔壁周坍碴蚊、碎石與管壁城的摩阻力就越偷大，鉆進負荷把扭矩也越大，諷致使鉆進困難偏，同時也容易穴產(chǎn)生管接頭因優(yōu)扭矩大而損耗卡斷管等嚴重事糖故，一旦發(fā)生增斷管現(xiàn)象，則化整個孔將被廢些棄。根據(jù)以往膜經(jīng)驗與現(xiàn)場試濁鉆情況，前因18m市采逮Ф菜10柿8驚套管跟進施鉆廟，后益8m肢采郵用堪Ф涼9綢0撲鉆頭鉆進，鉆現(xiàn)到設計里程后子，在管棚鋼管身前端安裝逆上鏡Ф蓄9工0證鉆頭，前因18m惹套管保護下頂難進，后晨8m諷則鉆進下管，總待下管到設計順里程后再取出茫套管。爛沖卸3增）總體施工工轎序的調(diào)整尾按設計，家應首先進行工幅作面預注漿，遠在此基礎上進牛行管棚施工。咸但由于工作挺時廣注漿量大，注例漿工作時間長慰，造成鉆孔作底業(yè)空閑時間多智。為此，對施些工工序進行了罷調(diào)整，即在工貴作面注漿的同閘時穿插進行部捎分管棚孔的施逆工。但為確保宜周邊管棚孔的雖注漿加固效果添，確定了穿插卷管棚孔施工的寶原則是：遵循種設計時的工作誰面預注漿超前確的原則，即在攤進行管棚孔施付工時，同一水放平線以下的工候作面預注漿已康完成，從而防見止周邊管棚孔捎注漿時漿液向視坍碴空洞內(nèi)溢需流?？傮w施工種工序的調(diào)整為諸施工工期爭取處了時間，同時俊也保證了周邊系注漿加固效果咱。貝屋許4合）注漿施工的委技術措施燃念（樣1攝）改變漿液材嗎料嘉前期進行叛工作面預注漿庭時，根據(jù)其注么漿目的是填充投坍方體空洞，年對固殘結體強度要求勁不高，同時由覺于原開挖的小商導坑留下的空鍛洞較大，采用月較高強度的注蠟漿材料不僅造件成浪費，也為珠后來的開挖帶齊來了困難。為苗此，根據(jù)工作贏面孔鉆孔記錄書，吧A售、掛I嫩、嚷H禍三個工作面預臭注漿孔分別栽在鎮(zhèn),默6m撥、逐10m廣、揮17m宮處韻有蚊50~懼120m惕不等的架空區(qū)纏，對這三個孔架不同斷位的注模漿材料進行了儲變更，由原設察計的水泥漿與折水泥砂漿改為思粘土水泥砂漿雅。變更后的漿創(chuàng)液含粘土約績?yōu)槊?5態(tài)%驅(qū)，邀28曬d靈固結強度萌在鋪8~共13kg谷/cm綿2芝，可滿足工作累面穩(wěn)定的要求舍，凝結時間約揚為咽3~5瞞d炒，流動性好，割不僅降低了工斥程成本，也具弊有良好的填充萄效果。三個孔美三個段別分別離共計注入粘土膛水泥砂漿賓120m3屋，約占空洞總泳量時的功80近%哀。悼凍（枕2包）采用間隔注短漿獲得注漿加神固效果宗在進行管沙棚注漿時關鍵槳是獲得管棚內(nèi)答外形成約災2m卵厚的注漿加固周圈，但由于坍鄙體內(nèi)有許多塊攻石相互棚架，耐致使坍體內(nèi)空芬洞大而多，這問些空洞有的直燦接與坍空區(qū)相漸連，注漿時漿努液在壓力作用需下通過這些空內(nèi)洞泄流至坍空殘區(qū)，而不能在掙管棚附近均勻圣擴散，從而使施注漿加固圈無門法形成。為此桃，根據(jù)經(jīng)驗采勢用間歇注漿法倒，即當長時間誕注漿壓力上不憲來時，說明漿剛液順空隙泄流霸至坍空區(qū)，這穩(wěn)時將漿液凝結強時間調(diào)整賢至案30~50否s團，注吐漿丸1~5mi踩n乒，劈停逮40鈔s娘，待原注入漿存液初凝變稠后痕再注，如此反蒸復，則原先的鐘泄?jié){通道逐漸鍋變小并最終堵誰塞，漿液即在慚管棚周圍達到媽均勻擴散的目并的。蕩削棍5.駱練施工質(zhì)量與效料果評定插薦縣1當）導向管外插典角騰為黨2°~4箱°幣，間援距費28~蹄33cm調(diào)，滿足設計與辰規(guī)范要求，為遞保證管棚制安漠精度創(chuàng)造了條根件。妖撿之2劈）管棚孔孔進肥過程中僅有一雹個孔打偏與另棕一管棚相交，初僅占管棚總數(shù)昂的傲2括%玩。根據(jù)下管記懸錄，因卡鉆、個斷管等原桶因幼5描2設根管棚中只鍋有雷9刺根共計輝16m聽未頂進，僅占吸設計管棚總長匙度困的國1.1%破.躺。根據(jù)開挖所討揭示的情況，子管棚制安基本愛達到了整齊劃趁一的要求，在色開挖線外形成掌了穩(wěn)固的護拱兵棚架作用，總退體質(zhì)量達到了幸優(yōu)。躺禿民3賤）每二序孔鉆帆孔時出現(xiàn)了全畢孔回水、鉆孔婆、下管容易，諸鉆也物中有水快泥凝結塊等現(xiàn)芒象，與開始第此一序孔鉆孔時熄卡鉆無回水形斯成了對比，說針明第一序孔