超前管棚注浆

超前管棚注浆（精选九篇）

超前管棚注浆 篇1

自20世纪80年代以来我国煤矿开始研究和试用煤岩体的化学加固技术, 对解决加固回采工作面和破碎顶板岩体及煤层, 防止工作面冒顶和片帮取得了显著效果[1]。渝阳煤矿穿层斜巷施工过中厚煤层前, 为满足瓦斯治理需要, 对煤层均采取了水力压裂、水力割缝等措施, 导致煤层裂隙多, 煤岩物理力学性质发生变化, 掘进过程中顶板安全威胁严重, 施工进度缓慢, 合掌坡回风斜井在掘进过程中, 大胆尝试了超前管棚注浆技术, 达到了安全、快速施工的目的。

1 工程概况

重庆松藻煤电公司渝阳煤矿位于重庆市綦江区南部, 设计生产能力0.9 Mt/a, 采用斜井、立井综合开拓, 主要大巷布置在茅口组灰岩中, 主要开采M7、M8、M11煤层, 煤层均有煤与瓦斯突出危险。合掌坡回风斜井属于延深水平通风系统配套工程之一, 设计地面标高+416.275 m, 井下标高为+160.197 m, 倾角22°, 总工程量767.6 m, 井筒净宽5.8 m, 净高4.7 m, 净断面积23.7 m2, 支护方式为采用锚网梁索喷联合支护。该斜井位于矿井羊叉滩背斜西翼, 井筒沿煤岩层走向布置, 从上往下依次穿过玉龙山组、长兴组、龙潭组和茅口组。龙潭组含有M7、M8、M9、M10、M11、M12煤层, 煤层厚分别为0.9 m、2.4 m、0.3 m、0.32 m、0.61 m、0.53 m。其中M8煤层节理发育, 普氏系数0.4。斜井井筒分地面、井下双向同时掘进, 玉龙山组和长兴组由地面向井下掘进, 茅口组和龙潭组由井下向地面掘进。龙潭组煤岩层综合柱状图如图1所示。

2 管棚注浆加固原理

管棚注浆是一种超前支护加固技术, 即井巷开挖前, 在其荒断面外侧沿开挖方向, 按一定间距打入一定长度的钢管, 并通过钢管对地层进行注浆加固, 起到超前支护的作用, 保证掘进施工安全顺利进行。管棚注浆一方面是通过钻孔提前打入钢管穿过松软煤层, 深入到煤层顶底板, 可以起到骨架的作用;另一方面是通过管棚向孔内注浆, 在压力作用下使浆液渗入到煤岩体裂隙中, 从而形成煤岩体、管棚、混凝土的复合固结体, 改变煤岩体的物理力学性质, 提高煤岩体的承载能力[2]。

3 方案设计

根据以往类似工程的经验, 由于M8煤层节理发育、自身承载能力较弱, 施工过程中煤岩体极易垮落, 循环进度低。合掌坡回风斜井在施工穿层预抽钻孔时对M8煤层采取了水力割缝措施, 煤层内部裂隙增多, 松软破碎, 加之巷道宽、断面大, 掘进过程中揭露的M8煤层面积大, 顶板控制难度增大, 经过研究分析, 决定从M8煤层底板3 m岩柱至顶板2 m岩柱, 采用超前管棚注浆技术固化煤岩体, 通过管棚注浆在巷道轮廓外形成一个承载体, 将上覆松软煤岩体载荷均匀传递给煤层顶底板稳定围岩。

4 设计参数

4.1 管棚参数

管棚主要起均匀传递、分散载荷的作用, 并通过注浆形成的改良结石体承担外部载荷[3]。考虑管棚必须具备一定的承载能力, 合掌坡回风斜井选用φ50 mm空心钻杆作为管棚管, 管棚沿巷道顶板周围布置在轮廓线外400 mm位置, 间距为350 mm, 共29根管棚, 使之形成一个刚性支护整体。管棚注浆孔布置平面示意见如图2所示, 剖面示意图如图3所示, 断面示意图如图4所示, 管棚注浆孔参数如表1所示。

4.2 注浆参数

对松散煤岩体注浆材料的主要要求:粘度低, 流动性好, 可注性好, 具有可控的凝胶时间, 稳定性好, 对环境无污染, 非可燃可爆[4]。根据合掌坡回风斜井的煤岩特性, 选取流动性好、可注性强、价格便宜的水泥浆 (425#) 作为注浆材料, 水灰比为0.5, 采用矿用注浆泵注浆。为了保证浆液的扩散, 注浆终压不得低于3 MPa, 注浆顺序由巷道中间到巷道两帮依次进行。

5 实施效果

渝阳煤矿合掌坡回风斜井从井下向地面掘进, 于2011年12月掘进至M8煤层底板3 m岩柱, 然后在迎头设计位置使用ZY-750D型钻机施工了29个φ75 mm管棚注浆孔, 钻孔终孔至M8煤层顶板2 m岩柱, 将φ50 mm空心钻杆打入孔内, 使用ZBQ-36/3-J型气动注浆泵注浆, 浆液通过钻杆到达终孔位置返回充填管棚与钻孔间的间隙, 单孔注入量最大达到1.5 m3。通过采用超前管棚注浆技术固化松软煤岩体, 施工过程中循环进度由原来的0.7 m提高到了1.2 m (受突出煤层揭石门限制) , 循环进度较原来提高了71.4%。目前该斜井已安全、快速掘进过了M8煤层。

6 结论

通过此次超前管棚注浆技术在M8煤层中的成功应用, 为今后类似工程以及断层、破碎带掘进提供了宝贵的经验和技术储备。

(1) 采用超前管棚注浆技术固化松软的煤岩体, 可以改变松软煤岩体的物理力学性质, 能够提高松软煤岩体的自身承载能力, 对于控制顶板安全具有重要作用。

(2) 采用超前管棚注浆技术固化煤岩体, 必须保证注浆孔的施工质量和封孔质量, 从而保证注浆压力和注入量。

摘要：渝阳煤矿合掌坡回风斜井施工过M8煤层前, 对煤层采取了水力割缝措施, 导致煤层内部裂隙增多、松软破碎, 掘进过程中先采用超前管棚注浆技术固化煤岩体, 增强煤岩体的物理力学性质, 提高煤岩体自身的承载能力, 从而达到了安全可靠、快速施工的目的。

关键词：松软煤层,管棚,注浆,安全可靠

参考文献

[1]刘泽功, 孙家斌, 李伟.松软煤层固化防突技术与实践[J].煤炭科学技术, 1998, 26 (3) :33-35.

[2]夏法亮, 李波.超前管棚注浆加固技术在斜井穿过流砂层施工中的应用[J].建井技术, 2012, 33 (4) :20-22.

[3]曹祖宝, 朱明诚, 王辉.管棚帷幕注浆法在煤矿巷道穿越破碎带中的应用[J].探矿工程, 2008 (8) :79-81.

超前管棚注浆 篇2

从小溪隧道出口洞口边仰坡刷的围岩和现场实际情况看，暗洞DK141+358～DK141+370段洞口长22m管棚段现已钻孔完成，覆盖层均为原山体剥落下来的土石混合松散堆积体，自稳能力很差，出口进洞仰坡堆积体目前处于静止状态，但随时都有滑坡的可能，为保证工程安全，建议隧道出口DK141+358～DK141+370段长22m暗洞加强支护参数。施工方案如下：

一、施工参数

按照适用于时速250公里且开行双层集装箱列车电气化铁路无咋轨道隧道（图号：金温隧参03（W））施工，钢架为I20a工字钢，间距由原来设计0.6 m调整为0.5m；拱部采取Ⅱ型超前小导管超前支护。

二、具体方案：

1、超前支护：在开挖前Ⅱ型超前小导管采用钻孔打入法，在拱部120°范围内加设长度4.5米，外径42mm的热轧无缝钢管进行超前支护；钢管环向间距40cm，纵向相邻两排水平投影搭接长度不小于1米，外插角5°～10°。

2、开挖：首先在保证二衬设计厚度的前提下，加宽0.1m左右按三台阶四步法开挖，预留拱架位置，开挖时采用人工配合机械开挖，少用爆破，必要时放小炮，尽量减少坡体围岩的扰动。

3、初期支护：开挖完成后，马上将裸露的岩石采用5cm喷射混凝土封闭。

4、拱架支护：拱架按Ⅴ级围岩的要求加工，架设I20a工字钢拱架，拱架保护层为3cm，拱脚延伸至仰拱面以下30cm处，拱架直接坐在岩石上，或者预先浇注的混凝土基础上，拱架间距缩小到50cm/榀，拱架之间采用环向1m间距的φ22螺纹钢连接，单层双向20*20cmφ8钢筋网；在隧道中线按三台阶四步法加I18临时钢架。

5、喷射混凝土；首先在已架设的拱架外侧预留3cm保护层包外模，然后在拱架内侧喷射混凝土至25cm，注意保证以后的二衬厚度；

6、Ⅱ型超前小导管按每2m一个循环，沿隧道轴线方向从外往里施工；

三、施工注意事项

1、在开挖是尽量采用人工开挖，避免超挖，减少对围岩的扰动；

2、拱架间距按50cm/榀安装，增强结构的承重能力；

3、钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。

4、在地基比较软的地方先采用混凝土硬化，再立拱架；

隧道中的超前大管棚支护施工 篇3

关键词隧道施工;超前管棚支护;施工工艺;施工工序

中图分类号U455.7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0051-01

近几年来,随着国家交通建设的飞速发展,隧道的修建成了交通建设中的重要部分,对其技术要求也不断提高。面对各种复杂的地下地质情况,出现了不同的施工方法,并在工程实践中不断得到完善。而在公路、铁路下、地质情况差或隧道断面大、跨度大、埋深浅的隧道,其施工有很大的困难。而管棚施工是上述情况的有效的辅助施工方法之一。

管棚法是沿开挖轮廓线,钻设与隧道轴线平行的钻孔,而后插入不同直径的钢管,并向管内注浆,固结管周边的围岩。并在预定的范围内形成棚架的支护体系。

管棚支护将管周围岩的抗剪强度提高,先进行支护围岩,把因开挖引起的松弛控制在最小范围之内。

1作用原理

1)通过管棚注浆,使拱顶预先形成加固的保护环。而加固环发挥“承载拱”的作用,承受拱上部的地面荷载和岩层重量,使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力,从而创造了理想的开挖条件。2)当超前管棚沿隧道开挖轮廓周边密布时,加固环的变形变小,传递给隧道支护结构的上部荷载大大减小,同时通过环形固结层与管棚,将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架。由于支撑拱架间的相互连接。形成整体支护,有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。3)梁效应:先行施设的管棚,以工作面和后方支撑为支点形成一个梁式结构,防止了围岩的松弛和滑塌。

2设计参数

管棚设计参数一般要求为:管棚棚管采用热轧无缝钢管,钢管导向端做成尖形,承压端焊上钢箍,管口预留止浆段,注浆孔沿孔壁呈梅花形布置。两根相邻管棚接缝应在垂直面上错开一定距离,全部管棚的接缝应交错布置。钢管直径选用80~180mm,钢管中心间距为30~50cm;钢管长度一般为10~45m,当采用分段连接时采用4~6m,钢管采用丝扣连接方式,丝扣长度≮15cm;钢管沿隧道开挖轮廓线纵向近水平外插设置,外插角为1~5°;钢管施工径向误差≯20cm,沿相邻钢管方向≯5cm;纵向管棚水平搭接长度≮1.5m。

而对于注浆材料,则有:

1)注浆多采用水灰比1:1单液水泥浆,在早期强度要求较高时可采用双液浆;2)注浆压力:0.2~2MPa;3)止浆墙根据围岩条件确定,可采用10~20cm厚喷混凝土或20~50cm厚混凝土封闭;4)注浆前先进行注浆现场试验,根据实际情况确定合理注浆参数。

3施工工序

管棚施工法的主要工序有导向孔钻进→扩孔施工→夯进钢管施工→管棚注浆施工。

其流程为:首先进行施工准备,同时钢管加工。完成后将钻机安放就位,同时利用导向系统进行导向孔钻进,之后扩孔,夯进钢管并进行管棚钢管清洗,最后实施管棚注浆工序。完成后即可进行隧道开挖。

3.1施工准备

1)根据设计图,进一步调查地质情况,按可灌性和空隙比或渗透系数确定注浆类型;2)通过试验确定或调整注浆半径、注浆压力和单管注浆量;3)加工导管,准备施工机具和器材。

3.2导向孔钻进

导向孔钻进是根据钻机钻杆内的高压射流泥浆,通过旋转射流对导向钻头前的土体进行切割,破除部分土体,再通过导向钻头导向板进行旋转切割,膨润土泥浆渗入导向孔内,进行护壁、冷却钻头和排屑。

钻孔前先喷混凝土封闭掌子面,以防漏浆,而后测量布孔,在设计孔位点上标记。然后用钻机钻孔,开孔时,先轻压慢速钻进,以保证开孔质量。钻进中用测斜仪量测钻孔方向,发现偏斜超过设计要求,及时纠正。

导向孔是管棚施工的关键环节,其成败与否直接关系到管棚施工的成败。所以在导向孔施工的每一环节都应受到重视注意。

1)钻机就位。施工中为确保钻杆中心与设计管棚中心位置对齐,采用支架进行钻机固定;同时为确保支架位置与管棚中心位置保持一致,每次管棚施工前都要对支架及钻孔进行对位。支架根据隧道结构形式搭设,与栅格连接固定。2)导向系统。根据隧道埋深确定应使用的导向系统,导向系统一般有ECLIPSE无线地下定位系统和地磁定位系统,当埋深在8m以下时采用地磁地下定位系统。3)泥浆系统。由引言知,一般超前管棚经过的地层地质条件较差,在例如粉细沙这样间歇性小、遇水容易坍塌的地层中,膨润土泥浆的作用就变得非常明显。不仅起护壁作用,还可以冷却钻头,排除钻屑。

3.3扩孔

在导向孔钻进成功后,卸下导向钻头,进行扩孔施工。扩孔中采用膨润土泥浆护壁,确保扩孔的顺利进行,防止孔壁坍塌。同时控制扩孔速度,扩孔过程中的钻机扭矩控制在钻机额定功率范围内。

3.4夯进钢管

当扩孔器扩孔完成后,移开钻机,铺设导轨,进行钢管行进施工。在夯进钢管过程中,保持膨润土泥浆进行护壁润滑,管口用麻丝和锚固剂封堵。

3.5管棚注浆

清孔后,按由下至上的順序施工,浆液先稀后浓、注浆量先大后小,如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。

在夯进钢管之后,采用高压风进行钢管内泥沙处理,通过高压风使部分沉积在钢管内的泥沙排出管内,确保注浆管路畅通。

通过调整注浆压力使使浆液通过注浆孔渗透到钢管外的空隙及周围土体内,形成管棚,确保管棚周围土体密实。提高地层的强度和刚度,达到加固地层的目的。

浆液灌注根据现场地质情况及成孔效果,可采用多次注浆,通过调整将液压力对钢管内及钢管周围空隙进行多次填充。

4注意事项

1)在复核管棚的设计位置后才能进行下一步施工,以确保导向孔的成孔精确;2)钻机就位严格按设计轴线就位,从入射口就严格控制钻机轨迹;3)严格控制钢管就位,确保钻孔的纵环向间距及孔径,便于二次注浆;4)严格进行泥浆配置;5)做好施工记录;6)为使水平定向钻机钻杆中心与设计管棚轴线一致,因而孔口部位位置管棚施工钻机悬空,支架焊接牢固,确保水平定向钻机在支架上平稳牢固。

5结语

从超前管棚的施工流程来看,超前管棚支护实际上就是新奥法施工中超前锚杆施工的发展。超前管棚支护结构有足够的可靠性能,对于各种特殊、困难地段有较好的适用性。

它利用钢管和钢拱架作为纵向和横向支撑,能限制围岩变形,提前承受早期围岩压力。

管棚支护预加固效果明显。其施工速度快,临时支护及时、效果好,安全性高,能阻止严重渗水,经济和社会效益明显。

运用注浆加固、大管棚支护,可进行上半断面或全断面开挖,对于缩短支护时间,改善衬砌的受力特性都比较有利,提高了隧道的长期稳定性。

参考文献

[1]韩立军,张茂林,贺永年,林登阁.岩土加固技术.中国矿业大学出版社,2005,9.

[2]林希鹤,卢清国,马艳春.超前管棚支护在隧道工程中的应用.铁道建筑,2006,8.

[3]吕少锋.隧道与地下工程施工技术案例精选.中国电力出版社,2009,4.

超前管棚注浆 篇4

东莞东深供水应急工程新城路段隧洞是一座土隧洞, 全长122m, 其中进出口各2m范围为明洞地段, 前后与箱涵相接, 采用城门洞形断面。隧洞净宽2.8m, 净高3.808m, 开挖宽度4.0m, 开挖高度4.9 4 m。隧洞处于山洪冲泻的方向, 120m范围的地层为残坡积粘土、碎石质粘土、强风化晶屑熔岩, 最大埋深8m左右, 地下水丰富;地面有新城路公路斜向通过, 荷载较大, 洞室处于不稳定状态。进洞的位置为道路路基人工填土, 雨天时路边边坡有较大的渗流。

2 施工方案的确定

该隧洞原设计采用明洞施工方案, 工作量相当大, 且将新城路临时改道, 影响道路交通数个月。项目部根据实际地形地貌, 分析了隧洞穿过地段的地质情况, 提出了“超前注浆大管棚支护、超前注浆小导管支护暗洞施工方案”。经过建设单位、设计单位、监理单位和专家多次论证, 最终确定采用这一新的施工方案。

3 施工设计技术措施

1) 超前支护超前注浆管棚采用∅108mm热轧无缝钢管15根, 环向间距0.5m, 长6~12m, 外插角10°, 搭接长度2m;超前注浆小导管管径∅51mm, 长4m, 外插角30°, 环向间距0.5m, 与管棚相间布置, 纵向间距2m, 搭接长度2m。大管棚奇数孔采用花孔钢管, 偶数孔采用无孔钢管;管棚采用普通地质轨道钻机钻孔, 小导管采用气腿式风钻直接顶进, 水平注浆气孔采用气腿式风钻成孔、双液注浆泵注浆。在大管棚难以施工时采用超前小导管。小导管用∅50热轧无缝钢管, 长5m, 沿隧洞纵向每1m设置1环, 第一环小导管相对隧洞中轴线的倾角为14°, 第二环倾角设为30°, 两种倾角小导管依次交替成梅花状布置;在隧洞环向每50cm1根。隧洞结构尺寸及参数示意图如图1。

2) 初期支护初期支护采用径向系统锚杆、扩张网、工字钢拱架、喷射砼联合支护。径向系统锚杆∅22mm, 长3.0m, 环向间距1.0m, 纵向间距0.8m;工字钢拱架为∅12.6工字钢, 纵向间距0.8m, 每榀之间采用∅22螺纹钢筋纵向焊接连接, 共12根 (上部6根, 两边墙各3根) , 上下断面拱架采用钢板绑焊连接;扩张网厚3 m m, 喷射砼设计为C 2 5砼, 厚度2 0 0 m m。

3) 二次衬砌采用C25 W6防水砼, 砼厚度40cm, 衬砌每隔12m设一永久缝, 隧洞衬砌后采用回填灌浆, 施工采用整体模板台车, 泵送砼。

4) 防排水措施防排水按正常设计设置, 对有地下水的地方采用预埋塑料水管, 插入端用纱布包裹, 避免土、砂随水流出, 待初喷砼凝固强度达到设计要求后从排水管往里高压灌浆, 浆液中加水玻璃以加速浆液的凝固。从水管排出的水引到预先设置好的积水井, 再用水泵抽排出。

4 主要施工方法

隧洞口处在山脚残坡积层和人工填筑形成的公路路基下方, 渗水严重, 若采用通常的施工方法:“先施工明洞, 在明洞上施工套拱, 利用套拱做工作平台施工大管棚”, 势必要将公路边坡开挖至隧洞底部标高, 公路旁将出现近20m高的峭壁, 导致路基出现偏压, 加上渗水浸泡, 可能引起路基坍塌或路面开裂, 甚至可能导致整个施工方案的失败。因此, 施工时根据实际情况将路基边坡部分削陡, 陡面喷锚、整平作为大管棚施工的平台, 先行打设大管棚;在管棚施工完成、进洞开挖前施工明洞和“套拱”, 将大管棚外露段包含其中, 在明洞和管棚的共同作用下开始进洞开挖。

4.1 大管棚施工

4.1.1 放样

由于钻机钻杆的自重对钻孔走向的影响会随着钻孔的加深、钻杆的加长而明显加大, 为确保大管棚钢管不侵入隧道开挖限界以内, 在测量放样时将孔位在理论弧线的基础上加大25cm, 并且施工中保持钻杆与隧道中轴线成5°角施钻。

4.1.2 钻孔

采用MJG-50型和GIR-90型地质轨道钻机从拱顶依次向两侧先施工奇数后施工偶数孔位。为避免在大管棚全部安装后注浆出现浆液穿至相邻孔位堵塞钢管, 可能导致部分钢管注浆困难, 采取了钻1根注浆1根的方法。

原设计大管棚奇数孔采用花孔钢管, 偶数孔采用无孔钢管, 施工中发现地层主要为湿限性黄土, 注浆扩散半径不够理想, 为确保注浆饱满, 将偶数孔也改成有孔钢管以增强周围土体固结。

由于水文地质的复杂性, 钻孔过程比预想的要困难, 钻进速度比预期的慢很多。在弱风化和土石混填地层以及冲沟自然冲积层钻进较为困难, 时常发生卡钻。这些现象同时反映出隧洞纵向不同里程地质的实际状况, 为隧洞开挖提供了较确切的地质参考依据。

由于地质复杂, 绝大多数孔钻进至10m左右时钻进困难。根据钻孔情况结合以往经验, 从钻杆的长度、钻头可能下沉的因素分析, 决定停止钻孔, 后用超前小导管代替。对于个别孔位在钻进不足10m便出现卡钻、塌孔现象的, 采取临时停钻, 用速凝水泥浆注浆护孔后再行二次施钻。

4.1.3 清孔

在钻孔到位、扫孔退出钻杆后, 采用∅40钢管连接高压风管清孔, 以便大管棚钢管的安装。

4.1.4 安装钢管

大管棚钢管采用3m和6m两种长度。相邻两孔第一节3m和6m交错布置, 以使相邻孔位的钢管接头不在同一横截面上。受设备和地形的限制, 专门设计了推入钢管的冲击锤和钢管护头, 利用脚手架将冲击锤悬吊, 人工推动冲击锤逐渐将钢管推入孔中。钢管节头采用对口焊接加帮条 (5 m m钢片) 焊接连接。

4.1.5 注浆和填充钢管

注浆采用UBJ3型挤压式浆泵以纯水泥浆自钢管内向外分段进行。注浆量以设计参数为基础通过试验确定最佳注浆量, 在注浆压力达到2MPa, 并稳定10~15min后终止注浆, 以确保钻孔四周注满浆液。每一根钢管注浆完成后及时用压力水清除钢管内的浆液, 随后将钢管内注满30号水泥砂浆以增强钢管的刚度和强度。

4.2 超前小导管

隧洞长度近60m, 而大管棚超前支护长度仅10m, 未能完全穿过新城公路路基。在洞内再次施工大管棚要设置大管棚工作室, 需在隧洞设计轮廓线外开挖1m以上, 这样不仅在新城公路下方停留时间长, 加大了不安全因素, 且费工费时。鉴此, 施工中采用了“双向超前小导管”替代大管棚的办法, 超前小导管管壁四周钻∅8小孔作为压浆孔;钢管前端加工成尖锥状, 尾部焊上加劲箍;采用风枪打眼, 用冲击锤打入孔中;注浆采用UBJ3型挤压式浆泵;小导管尾部同钢拱架或系统锚杆焊接, 以便共同受力。

4.3 施工明洞和套拱

为避免洞口右侧受扰动的道路路基坍塌, 隧洞进洞开挖前施工了2m明洞;在明洞和暗洞的接头部位施做了套拱, 将管棚外露端包裹其中。

4.4 开挖

1) 开挖施工隧洞上方新城路日车流量达8 000~10 000次, 行车对覆盖层的冲击和振动将影响隧洞掘进的施工安全, 为保证开挖施工安全和道路交通畅通, 采用了分台阶法施工。

2) 初期支护每一步开挖完成后, 首先初喷钢纤维砼5cm封闭岩面;接着架立钢拱架支撑, 扩张网在钢拱架支撑背后焊接连接, 利用干硬砼填充钢拱架支撑与开挖面间的空隙;随后打孔安装系统锚杆, 分两次完成喷砼。因该地段地下水丰富, 开挖面渗水较大, 特别在雨季土石缝隙中甚至形成股流, 及早立钢拱架支撑, 并充填密实其与岩面的空隙, 有利于快速阻止围岩面的松动, 避免局部坍塌, 为此, 初喷砼之后先架立工字钢拱架支撑, 同时完成扩张网的张挂。在钢拱架支撑架立完成后安装锚杆, 风枪打眼, 并用风枪将锚杆旋于孔中, 灰浆泵注浆。注浆完成并在初喷砼之前安装球形垫板, 上紧锚杆尾部螺栓, 使之产生一定的预应力。

3) 二次衬砌由于从开挖至二次衬砌砼浇注需一定时间过程, 特别是洞口段20m开挖后明显承受偏压, 加之边墙基坑中渗水难以完全排除, 虽然有初期支护措施, 但土质洞身变形速度和量值明显偏大。为确保施工安全和质量, 采取每开挖一段衬砌一段的措施。因而在洞口处依据围岩量测数据分析, 施作了4m、4m、6m和8m4个小段衬砌。由于受隧洞断面净空的限制, 衬砌台车就位后机械设备不能通行, 导致开挖支护不能与砼二次衬砌平行作业。砼二次衬砌作业 (包括洞底砼) 安排在整段隧洞开挖支护完成后进行。衬砌砼施工从最里端往外进行, 洞底砼超前, 拱墙衬砌跟随洞底砼进行, 砼输送泵安设于洞口端方向。部分围岩破碎等需要及时支护的特殊地段, 拱墙采用自制简易台架和小型钢模立模灌注砼。洞身底板砼采用全断面一次灌注, 倒角和“矮边墙”采用自制整体小型钢模立模 (钢模长3m, 板厚3mm) , 砼灌车直接运输砼入模灌注, 插入式振捣棒和附着式振捣器混合振捣的施工方法。拱墙衬砌采用自制12m整体式专用衬砌台车立模, 砼输送泵泵送入模, 插入式振捣棒和附着振捣器混合振捣的施工方法。

5 施工保证措施

1) 考虑到地层可能存在山涧成堆淤积的块卵石或人工大块石混填的路基, 水平方向的大管棚无法钻进和注浆, 此时采取“地面垂直注浆固结”配合“洞内大钢管深成孔预注浆固结”的技术方案。

2) 组织专门“监控量测小组”, 密切监测路面下沉、围岩收敛量、初期支护变形等的变化, 随时整理分析数据、反馈信息, 指导施工。

3) 施工中严格遵循短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌的原则。

4) 为减少水对隧洞施工的影响, 开工前完善了新城路内侧的排水系统、增设截水沟、改排山沟内地表水流方向, 减少了地表水的下渗。

超前管棚注浆 篇5

关键词：大管棚,超前支护,效果评价

1、工程概况。

某设计为上下分离式4车道高速公路隧道, 左线全455 (明洞20) 米, 右线全长470 (25) 米, 按新奥法设计施工。隧道左、右洞进口属浅埋地段, 最薄覆盖层分别为2~20米, 3~18米, 地表冲沟发育, 左右洞暗洞洞口5米范围内为松散碎石土, 稳定性极差, 左洞浅埋地段50米, 右洞浅埋段70米, 岩性除进口段部分为松散碎石土外, 均为元古界强一弱风化片岩, 灰-灰黄色, 松散结构, 岩体破碎, 节、片理极发育, 围岩稳定性差。地下水为裂隙水, 接收大气降水, 沿裂隙渗入洞内, 施工中在雨季时洞内有明显滴水或线状流水。设计采用φ89mm大管棚对洞口段软弱围岩一次性超前支护, 沿隧道衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管, 向管内注浆以固结软弱围岩, 充填钢管与孔壁之间的空隙, 使管棚与围岩固结紧密, 以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑, 形成牢固的棚状支护结构。

2、施工工艺

2.1 施工顺序

2.1.1 明挖至暗洞里程桩号

2.1.2 按设计坡比开挖仰坡, 并完成边仰坡锚喷加固及洞顶的排水工作

2.1.3 按设计尺寸及位置埋设好导向管, 施工混凝土护拱, 打入管棚, 注浆。

2.2 管棚施工工艺流程 (见图1)

2.2.1完成明洞开挖及边仰坡的加固后, 在明暗洞交接处准确测量定出护拱3榀工字钢位置, 架立内外模板, 完成护拱混凝土的浇筑。在浇筑之前, 将导向管 (φ108mm) 按照外插5°的角度固定在工字钢上, 并做好密封工作, 防止混凝土进入导向管。

2.2.2 管棚参数

大管棚采用φ89mm热轧无缝钢管加工制成, 壁厚5mm, 节长4m、6m;管眼直径12mm, 间距15cm, 按梅花形交错布孔以加大浆液的渗透能力, 管头加工成锥形以便于送入。管棚布设在129°的隧道拱顶, 每根钢棚之间的横向间距为40cm, 钢管接头采用丝扣连接, 丝扣长15cm, 为确保接头质量, 连接好后, 用电焊将接头满焊。接头要求在隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%, 相邻钢管的接头至少需错开1m。为防止浆液倒流, 每根管棚尾部均焊有止浆板, 止浆板采用2cm厚钢板制作, 中间钻有φ20mm带有螺纹的孔, 以备注浆时用。钢管施工误差要求径向不大于20cm。钢花管示意图 (图2) 。

2.3 施作混凝土护拱

2.3.1混凝土护拱作为长管棚的导向墙, 护拱在明洞轮廓线以外, 紧贴掌子面施作, 护拱内埋设3榀工字钢支撑, 工字钢之间用钢筋连接成一个整体。

2.3.2孔口管作为管棚的导向管, 它安设的平面位置、倾角的准确度直接影响管棚的质量。用全站仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置;用水准仪配合坡度板设定孔口管的倾角。孔口管牢固焊接在工字钢架上, 防止浇筑混凝土时产生位移。

2.3.3 架立混凝土内外模完后浇筑护拱。

2.4 搭钻孔平台安装钻机

2.4.1钻机平台可用方木和钢管脚用架搭设, 平台应一次搭好, 采用一台钻机由高孔位向低孔位对称进行, 可缩短移动钻机与搭设平台时间, 便于钻机定位。

2.4.2平台支撑在预留的核心土上, 连接要牢固、稳定。防止在施工时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。

2.5.1 为便于安装钢管, 钻头采用φ100mm。2.4.3 钻机要求与已设定好的孔口管方向平行, 必须精确核定钻机位置。用全站仪、挂线、钻杆导向相结合, 反复调整, 确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

2.5.2 岩质较好的可以一次成孔, 钻进产生坍孔、卡钻现象时, 需补注浆后再钻进。

2.5.3为避免钻杆太长, 钻头因自重或遇到孤石钻进方向不易控制等现象, 开钻时上挑角度将其控制在外插角5°范围之内, 并随时用测斜仪量测角度和钻进方向;根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量, 并及时处理钻进过程中出现的事故。

2.5.4认真作好钻进过程的原始记录, 及时对孔口岩屑进行地质判断、描述, 作为开挖洞身的地质超前预报, 指导洞身开挖。

2.6 清孔验孔

2.6.1 用地质岩芯钻杆配合钻头进行来回扫孔, 清除浮渣至孔底, 确保孔径、孔深符合要求, 防止堵孔。

2.6.2 用高压风从孔底向孔口清理钻渣。

2.6.3 用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。

2.7 安装管棚钢管

2.7.1棚管顶进采用先钻于棚管直径的引导孔, 然后用人工配合挖掘机慢慢顶进。

2.7.2接长钢管应满足受力要求, 相邻钢管的接头应前后错开, 同一断面内的接头娄不大于50%, 相邻钢管接头至少错开1米。

2.8 注浆

2.8.1 注浆前先检查管路和机械状况, 确认正常后做压浆实验, 确定合理的游资参数, 据以施工。

2.8.2注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象, 如发生串浆现象, 应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口, 也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵, 直到不再串浆时再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高, 可能发生堵管, 应停机检查。

2.8.3注浆参数

水泥浆水灰比0.8:1, 采用GHB2挤压式注浆机将浆液注入管棚钢管内, 初压0.5Mpa~1.0Mpa, 终压2.0MPa, 持压5min后停止注浆。浆液扩散半径不小于0.5m, 若注浆量超限, 未达到压力要求时, 应调整浆液浓度纠结注浆, 直到符合注浆质量标准, 确保钻孔周围岩体与钢管周围间隙均匀为浆液填充, 方可终止注浆, 并及时封堵注浆口。

2.8.4注浆过程派专人负责填写《注浆记录》, 记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据, 观察压力表值, 监控连通装置, 避免因压力猛增而发生异常情况。

2.8.5注浆效果评定

在进行相邻钢管钻孔时观察孔内涌水颜色及涌水量, 水颜色如较澄清或带水泥渣块, 涌水量小, 则注浆效果好, 如涌水为水泥浆颜色或涌水量较大时, 就补注或重注。

3、效果评价

该段暗洞采用上下导坑法进行开挖后, 为保证施工安全及检查大管棚的实施效果, 对V级软弱围岩的净空收敛进行量测, 在右洞洞口20米埋设了2条收敛基线, 监测数据分析如表1所示。从量测情况看, 埋设初期2条曲线收敛增长较慢, 下导坑开时收敛变形急剧增长, 然后趋于稳定, 均满足设计要求。充分说明了大管棚预注浆超前支护对防止围岩恶化, 控制隧道变形作用是显著的。

结语

超前管棚注浆 篇6

关键词：隧洞,超前管棚,钢拱架,支护

一、工程概况

甘肃省引洮供水一期工程总干十支渠第三标段位于甘肃省陇西县境内的大咸河右岸的低山丘陵区, 起点位于许家川, 桩号12+400, 终点位于胜利, 桩号19+500, 标段全长7100m, 主要建筑物以隧洞、明渠为主, 其中隧洞共3条, 全长4780m, 占标段总长67.32%;明渠全长1505m, 占标段全长21.20%;倒虹吸2座;陡坡1座。

隧洞横断面型式为圆拱直墙型 (城门洞形) , 除11#隧洞 (桩号16+305.00～18+930.00) 部分岩段采用喷C20混凝土永久支护外, 其余均采用现浇钢筋混凝土衬砌;设计纵坡除11#隧洞为1∕500外, 其它隧洞为1∕2000, 衬砌后的净断面尺寸1.5m×1.8m (B×H) , 顶拱半径R=0.75m。

二、工程地质情况

工程区位于秦岭东西向构造带之间秦岭褶皱带与河西构造体系的复合部位, 两大构造体系的复合与叠加, 形成多个中、新生代段陷盆地, 该标段线路位于陇西凹陷中的杨家营—樊家河段陷带中, 后段位于内官南山———凤凰山背斜断块隆起带中。地形表现为长梁状的黄土丘陵, 涉及到的地层主要为第四系松散堆积物, 断陷带中沉积了厚度巨大的冲湖积重粉质壤土、粉质粘土夹杂色粉质壤土、砂壤土及粉细砂层, 隧洞围岩均由该类土组成, 隧洞围岩处于地下水位以下, 土体饱水度达到85%～100%, 属于饱水土围岩, 隧洞围岩属极不稳定的Ⅴ类围岩, 成洞条件差, 开挖时需及时支护;后段基底隆起带中的隧洞围岩为下第三系砂砾岩, 亦属极不稳定的Ⅴ类围岩, 成洞条件差, 开挖时需及时支护。

三、超前管棚支护的设计原理

超前管棚支护是隧洞施工过程中穿越软弱、破碎围岩的有效的加固方法。超前管棚支护是在拟开挖的隧洞等开挖外轮廓边上, 间隔一定的间距, 沿隧洞轴以一定的外插角钻孔, 安装惯性矩大的钢管, 然后进行灌浆固结的一种预支护措施。

超前管棚支护的工作原理。通过管棚注浆, 使拱顶形成加固保护环。加固环发挥承载拱的作用, 承受上拱部的地面荷载的土层或岩层重量, 使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力, 从而创造理想的开挖条件。当超前管棚沿隧洞开挖轮廓周边密布时, 加固环的变形变小, 传递给隧洞钢拱架支护结构的上部荷载大大减小, 同时通过环形加固层与管棚将拱部围岩的形变压力传递给支撑拱架, 由于支撑拱架间的互相连接, 形成整体支护, 有效地保证了掘进和初期支护的施工安全。

四、管棚的参数设计

管棚的参数设计应根据地质情况及施工条件确定, 在本工程施工过程中如下。管棚采用热轧无缝钢管, 钢管导向端斜切掉一半, 切口长度150mm, 形成半圆锥型。承压端用20mm厚钢板焊成垫片钢箍。两相邻管棚接缝在垂直面上错开一定距离。钢管直径为48mm, 间距为100mm～300mm。钢管长度一般为3m～6m。钢管沿隧洞开挖轮廓线纵向近水平外插角设置, 外插角为1°～5°。钢管施工纵向管棚水平搭接长度不大于500mm。

五、施工过程

施工工艺流程:导向钢拱架→钻机就位→钻孔→钢管加工、安装、焊接→开挖。

㈠施工准备熟悉施工图纸和管棚设计参数, 对塌方部位管棚施工轮廓线进行精确测量放样, 各种工器具准备就位。

㈡管棚定向采用挂线定向, 距离为10m为宜。通过前后两点挂线确定管棚的方向, 在定向时应考虑隧洞纵坡及外插角的影响。

㈢钻孔、安装钢管钻孔前先喷混凝土封闭掌子面, 而后测量布孔, 在设计孔位上标记, 然后钻孔, 保证开孔质量。钻进过程中测量方向, 发现偏斜超过设计要求及时纠正。人工推送钢管入孔, 管口用麻丝封堵。

㈣管棚焊接管棚形成后, 钢管之间用φ18螺纹钢进行焊接连接, 每根钢管与钢拱架进行焊接加固。

㈤人工开挖管棚施工完成后, 采取人工对塌方体进行开挖, 开挖长度不大于50cm, 开挖工具采用风镐、锹、铲等, 人工开挖分两部分进行, 首先开挖起拱线以上部分, 其次开挖拱线以下部分。

六、结语

超前管棚支护是新奥法施工中超前锚杆施工的发展。实践证明, 超前管棚支护结构有足够的安全可靠性, 对于各种特殊、困难地层有良好的适用性。

支护利用钢管作为纵向支撑, 钢拱架作为横向环形支撑, 构成纵横整体, 刚度较大, 能阻止和限制围岩变形, 并能提前承受早期围岩压力。

超前管棚注浆 篇7

1 技术原理分析

隧道大管棚超前支护技术,即把钢管顺着隧道开挖的外轮廊打入地层,通过布置在钢管上的注浆孔,把浆液材料注入地层中,确保软弱的破碎带能被有效加固,提升地层的稳定性,将隧道棚架预支护体系构造出来,对管棚上部的荷载予以承担,保证开挖施工安全。该技术的主要作用为以下几点。

1.1 梁拱作用优异

将前端嵌入地层中,尾端支撑在已安装的钢架上,环绕隧道拱部洞身形成壳状构造,能够很好地控制围岩的垮塌与松动。

1.2 加固效果好

沿钢管将浆液材料注入到隧道围岩裂隙当中,能够很好地固结松散的岩体,改善围岩物理力学性质,提升围岩的承载能力。

2 施工准备工作

2.1 预备施工技术环节

会审施工图纸,是该项施工技术的重要准备环节。组织施工技术人员,对关键施工工序及图纸的设计意图进行熟悉和掌握,完成大管棚超前支护施工组织设计。然后在设计施工图纸的基础上开展施工测量工作,特别是认真地复测平面控制三角网基点桩、高程控制的水准点和隧道轴线桩等工作,并且完成洞顶沉降观测点的布置工作。

2.2 现场预备工作

依据隧道作业施工的具体要求,提前规划施工作业场地,同时,做好洞顶上方危石清除工作及洞顶截水沟排水系统工作。此外,还需按照工程具体需求,做好施工现场试验准备及材料准备工作。

3 具体施工分析

3.1 套拱施工

套拱指在洞口位置进行施工过程中,对管棚端部进行支撑的拱形结构,是确保后续施工能有效完成的重要所在,所以,此项施工环节必须高度重视,具体可以按照以下步骤完成施工作业。

3.1.1 开挖套拱基础

主要用机械作业方法完成套拱基础开挖施工,开挖完成后,试验检测基底承载力,一般应大于等于0.3MPa。若地基承载力不符合设计或规范要求,一般用换填法进行处理,提升地基的承载力。套拱基础一般用环形开挖法进行,确保以后更加容易地设置套拱内模。套拱基础开挖施工完成后,需要尽快预埋埋筋及施工套拱基础模板。验收合格之后,才可以进行基础混凝土浇筑施工。

3.1.2 安装施工模板与导向管

通常采用二至三榀工字钢钢架支撑底模,用钢筋纵向焊接连接钢架,保证有相应的整体性。在搭设加固完成钢架以后,将钢筋固定模板放在工字钢上,当作底模模板。在安装施工完成底模之后,依据设计施工图纸,对导向管的位置进行测量,安装导向管。导向管长度通常为lm左右的钢管,外插角控制在1°～3°,用钢筋将导向管焊接固定在钢架上。此外,密实封住导向管管口,防止浇筑混凝土时堵塞。绑扎完套拱钢筋后,通过外箍筋对外模模板进行加固。

3.1.3 浇筑套拱混凝土

套拱一般采用C20～C30混凝土,为了保证套拱强度及刚度都满足相关规定,通常采用早强混凝土,保证尽快地形成混凝土早期强度。混凝土的浇筑施工应该连续进行,间断时间不得超过混凝土的初凝时间。在浇筑作业施工中,应及时振捣,不得过振或漏振,直到表面平整、出现薄层水泥浆、没有明显的气泡上升、混凝土面下沉现象为止。模板拆除后,一般按从左到右的顺序对导向管进行编号,奇数孔位为钢花管,偶数孔位为钢管,并喷涂在套拱混凝土上。

3.2 施工钻孔

3.2.1 钻机就位

在套拱施工完成后,利用脚手架搭设钻孔平台或预留的核心土作为平台。施工钻孔时,需按不断变化的孔位对钻孔作业平台的高度及时进行调整。钻机设备就位后,通过挂线、钻杆导向及全站仪测量结合的方式,保证能够在正确的位置放置钻机,孔口管线和钻机钻杆轴线保持一致,并且,在钻机平台之上固定钻机。

3.2.2 钻孔施工

钻孔施工通常从两边拱脚起按从下到上的顺序进行,并且确保钻孔之间有着一定的间隔。先钻奇数孔,再钻偶数孔。一个孔的钻进完成以后,马上利用管棚钻机将一根钢花管顶进去,并及时进行注浆,浆液充分凝固后,再钻设偶数孔。

在钻孔的时候,一旦发生卡钻、塌孔等情况,应即刻暂停,进行技术分析并补注浆液,再完成钻进施工。此外,在钻进时,需要实时定位,这就会应用到测斜仪,对成孔的质量进行监测。并根据孔口排出岩屑情况对隧道的地质情况进行描述和判断,记录归档,为后续施工提供基础资料。

3.2.3 清孔施工

钻孔施工完成后,需要利用钻机多次扫孔,进而有利于将钻孔内的浮渣彻底清除掉,重点是确保孔深和孔径等同施工质量要求能相符合。通过高压风将钻渣从孔底往孔口吹扫,保证孔内清洁。

3.3 安装大管棚钢管

3.3.1 安装施工管棚钢管

通常将热轧无缝钢管作为管棚钢管,其中4m和6m分节长度是应用最多的两种,钢管分普通钢管和钢花管两种,为了有利于注浆灌注,花管式钢管上按一定间距,梅花形沿钢管圆周布置注浆孔,此外,为能够轻松地将钢管送入孔内,通常将钢管端头制作成锥形。用人工与管棚钻机相结合的方式进行安装。钢管接长采用丝扣连接,需要保证相邻的钢管接头前后避开2m以上,且同一截面内的接头数量不超过钢管总数的50%。

3.3.2 注浆作业

管棚超前支护的施工质量同注浆的效果有着非常密切的联系。故一定要将注浆施工作为关键控制环节。通常按照水泥:水按照重量比1:1的比例进行配制,注浆压力控制在0.5～2.0MPa范围内。在将注浆管路连接好之后,应首先通过注浆泵完成压水试验,认真地检查管路的密闭性、工作性,然后开展现场注浆作业施工。

为了合理地掌控注浆时间及注浆量,在施工时,需按设计文件及地质参数率先计算出注浆量,从而保证注浆效果。当注浆压力在注浆中不断提升后,与设计终压保持一致,然后持续完成15min以上的注浆,同时,在设计量的95%以上控制注浆量,进而注浆施工才算真正完成。最后采用水泥砂浆填充钢管,以增强管棚整体刚度。注浆结束后,及时清洗管路及设备内的胶凝浆液。

4 结束语

在改善和提升松软破碎岩层物理力学性质方面,大管棚超前支护施工技术发挥着重要的作用,并且,其作业施工速度非常迅速,很少会应用一些大型的设备机具,所以,较为广泛地应用在隧道工程超前支护中。在具体的施工当中,需要相关的技术人员严格按照施工技术标准及设计文件的有关规定,完成现场的监督与管控,确保各个工序都能够非常科学、合理地衔接起来,进而保证有效地提升施工质量、开挖的安全系数与支护的稳定度。通过本文上述内容的分析与论述,进而为有关单位及工作人员在实际工作中提供一定的帮助作用,为隧道工程能够安全、保质的施工提供基本的技术支撑。

摘要：社会经济的发展与技术的进步,为我国各项工程事业的发展带来了极大的推动作用。并且,在一些工程施工时,因为自然环境的限制,很多时候需要修建隧道,其中地质物理参数、地下水、断层、复杂的地质条件都会对隧道的施工带来一定影响。在具体的施工当中,必须要采取一些安全有效的措施,才可以确保隧道工程施工安全、顺利贯通。对此,文章对当前一种常用的措施——隧道大管棚超前支护措施的施工技术及实施要点进行了探究,从而为有关单位及工作人员在实际工作中提供一定的借鉴作用。

关键词：隧道大管棚,超前支护,关键技术,实施要点

参考文献

[1]曹虎.大管棚超前支护在隧道下穿高速公路中的应用[J].山西科技,2011(12):569-570.

超前管棚注浆 篇8

1 工艺特点

管棚是利用钢管作为纵向支撑、钢拱架作为横向环形支撑, 构成纵、横向整体刚度结构, 开挖前起到预支护的作用, 以保证施工过程中的安全。管棚刚度大, 能阻止和限制围岩变形, 并能提前承受早期围岩压力的一种超前支护形式。管棚采用潜孔钻机施作, 不仅速度快, 而且安全性好, 机械化程度高, 节省大量的人力。

2 适用范围

管棚适用于极破碎岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、强膨胀性地层、断层破碎带等围岩的隧道施工。

3 施工工艺

3.1 管棚布置

管棚沿隧道拱部开挖轮廓线外10 cm布置, 环向中心间距40 cm, 外插角约3°～5°, 在拱腰以上部位设置, 见图1。

3.2 管棚工艺流程

管棚工艺流程见图2。

3.3 操作要点

1) 定位套管:

首先在洞口段设1.5 m定向套管, 控制管棚角度及方向。套管内径大于管棚外径4 mm～5 mm。套管采用全站仪与精密水准仪放样、定位。

2) 钻孔:

管棚孔采用水平潜孔钻机, 由拱顶向两侧, 间隔跳孔顺序进行钻孔。钻孔顺序见图3。开孔时, 要低压、慢转, 便于控制方向, 然后逐渐提高钻速, 保持正常转速与压力。推进压力控制在4.0 MPa～6.0 MPa。随着地质的不断变化, 要相应调整钻进参数。钻进施工中, 用清水护壁, 每钻进1 m～2 m进行一次取芯。成孔后, 用水将孔内的悬浮物或泥浆、石碴等清洗干净。大管棚施工完成后, 呈伞形辐射状。

3) 管棚加工:

由于管棚长度大于单节钢管长度, 由几节组合而成, 管棚连接钢管分段采取错位搭接安装。同一截面搭接数量不大于50%, 错位长度不小于2 m。两节钢管之间采用丝扣法连接, 丝扣螺纹段长度不小于15 cm。丝扣深度控制在不大于1/2壁厚的范围。钢管上均匀布设注浆孔, 机械钻孔, 孔径为10 mm, 孔间距50 cm, 呈梅花形布置。钢管尾部2 m不钻孔, 作为止浆段。为提高钢管的刚度和强度, 钢管内增设由4根ϕ20 mm螺纹钢筋和固定短环组成的钢筋笼, 固定环采用外径42 mm、壁厚8 mm、长4 cm的短管环, 环向间距1 m。

4) 送管:

由钻机主动钻杆推动导管末端头, 将导管推进管孔内, 直至将全部管棚送到位。导管末端头安装旋转接头, 与导管、钻杆连接。

5) 管口封闭:

导管内安装一根注浆塑胶管, 塑胶管 (ϕ32 mm) 送至孔底, 管口安装止浆塞, 止浆塞留一ϕ20 mm排气孔。

导管塑胶管与注浆机注浆管由三通连接, 一通接注浆机注浆管, 一通接塑胶管, 一通为冲洗用 (冲洗口主要为防止水泥浆凝固, 造成堵管, 可以及时地将管道用水冲洗干净) 。

6) 注浆:

用M400注浆泵注浆, 采用孔底返浆工艺。

注浆浆液:采用水泥单液浆, 水灰比为:W∶C=0.5∶1, 每立方米水泥用量约1 100 kg。注浆压力控制在0.5 MPa～1 MPa (注意:当地下水较发育或浆液扩散范围较大时, 注浆浆液改为水泥—水玻璃双液浆。加快浆液凝结时间) 。浆液扩散半径范围为0.5 m～1.0 m。根据地质松散系数及裂隙率计算注浆量 (Q=πr2 Hηa, 其中, r为浆液扩散半径;H为管棚长度;η为岩体孔隙率, 根据地质孔隙试验结果确定;a为充填率系数, 一般取0.3) 。根据注浆量与注浆压力参数判定注浆效果, 确定注浆结束标准。当注浆量已达到规定注入量时即可结束注浆。

7) 注浆效果检查:可采用以下两种方法进行检查:

a.分析法:即分析注浆记录, 看每个孔的注浆压力、注浆量是否达到设计要求;在注浆过程中, 漏浆、跑浆是否严重;以浆液注入量估算浆液扩散半径, 分析是否与设计相符。b.检查孔法:用地质钻机按设计孔位和角度钻检查孔, 取岩芯进行鉴定。

4 施工异常处理

1) 坍孔处理。若地层中含水量大, 或地质较差时, 经常发生坍孔现象, 采用以下两种方法进行处理:a.泥浆护壁法:对于地层中含水量不是特别大, 地质属于碎石土层时, 可采用泥浆护壁。b.套管护壁法:对于地层中含水量特别大, 地质属于碎石层或地下暗河的地段, 可采用套管护壁。

2) 串浆处理。在注浆时, 如发现注浆压力较小, 注浆量较大, 可能发生串浆现象。首先, 进行漏浆点寻找, 采取堵塞;其次, 采用间歇式注浆, 使浆液在裂隙中有相对停留时间, 以便凝胶;第三, 采用水泥—水玻璃双液浆, 加快浆液凝胶时间。

5 质量控制

1) 严格控制管棚的偏角与深度:偏角误差小于1°, 孔位偏差小于1 cm, 钻孔深度小于10 cm。2) 管棚注浆效果是本工法的重点, 通过注浆量及注浆压力确定浆液的填充率, 注浆量不小于设计要求的80%是控制注浆效果的关键。3) 通过浆液配比的选择确定浆液的凝结时间是注浆效果的另一关键。

6 安全措施

1) 制定详细的机械操作规程, 严格执行操作程序。

2) 编制详细的脚手架搭设方案, 要经过安全检算。

7 经济效益

同明挖法、地表注浆法、帷幕注浆法相比, 可以减少环境的污染, 同时降低施工成本。

8 工程实例

1) 彭 (水) 酉 (阳) 二级公路A标段下南城隧道进口洞55 m, 为Ⅴ级围岩, 隧道位于坡积碎石土层上, 含水量大, 埋深浅, 工程力学性质差, 围岩开挖后易坍塌, 成洞困难。采用超前大管棚注浆支护辅助施工, 隧道开挖过程中安全通过此段不良地段。

2) 重庆轻轨三号线一期工程新牌坊—郑家院子区间隧道, 暗洞洞口段地表为含水量较大的黏性土层, 埋深4 m～5 m。距重庆主干道新溉路回填土坡脚2 m～3 m, 如隧道发生塌坍现象, 将引起新溉路回填土滑坡, 中断交通。洞口段20 m采取超前大管棚注浆超前支护辅助施工。隧道开挖过程中, 经监控量测, 地表沉降均控制在允许范围内。

参考文献

[1]TB 10204-2002, 铁路隧道施工规范[S].

超前管棚注浆 篇9

芋子塘水电站工程位于湖南省洞口县境内, 距洞口县城约80km, 为沅水支流公溪河在洞口县境内的第二个梯级电站, 电站开发方式为径流引水式。电站设计装机容量为9.6MW, 工程枢纽由引水坝 (茶路引水坝、安顺河引水坝) 、导流孔、引水隧洞 (板坡隧洞、羊公坪隧洞) 、压力前池及压力管道、发电厂房和升压站等组成。板坡隧洞洞线总长1950m, 设计引水水位为363.0m, 设计水深2.8m, 板坡隧洞进口高程采用360.20m, 隧洞底坡i=1/2000, 隧洞出口高程为359.10m。板坡发电隧洞设计流量为17.2m3/s, 底宽净宽B=3.8m, 净高H=4.20m, 直墙高度为3.0m, 拱顶圆心角α=120°, 拱顶圆半径为2.20m。

板坡隧洞位于公溪河左岸, 自茶路引水坝左侧隧洞进口至安顺河引水坝右侧隧洞出口, 全长1950m。桩号0+000~0+110, 洞向正西, 洞线与岩层走向斜交, 交角72°;桩号0+110~0+215, 为洞线转向弧线段;桩号0+215~1+950, 洞向S30°E, 洞线与岩层走向斜交, 交角40~50°。山体高程在400~600m之间, 顶层厚度较大;洞线穿过的地层有:震旦系下统南沱组 (Zan) 灰色至暗灰色冰碛砾泥岩和寒武系下统小烟溪组 (∈1×y) 深灰色至黑色板岩间夹炭质板岩。沿洞线地质构造较为复杂, 需跨越田瑶倒转背斜及区域铁山平移逆断层。其中桩号1+530~1+900, 上覆岩体厚度大, 为弱风化岩体, 岩性为中厚层状黑色板岩夹薄层炭质板岩 (∈1×y) , 岩性较软弱, 均一性较差, 岩层产状倒转, 层面挤压强烈, 节理裂隙与劈理发育, 洞身成洞条件较差, 属Ⅳ类围岩。围岩稳定受结构面组合及地下水控制, 裂隙发育段活动和地下水活动强烈区自稳能力差。岩体坚固系数fk=3~4, 弹性抗力Ko=15~20MPa/cm。

2 问题提出

板坡隧洞施工采用出口与进口两头掘进的施工方法, 在出口段桩号1+530~1+950的施工过程中 (出口向进口掘进) , 在开挖到1+780施工断面时, 施工遇到了较大的涌水、涌泥浆等现象, 目估涌水量1.2L/S。在采取临时处理措施后, 施工单位继续采用常规方法掘进, 在开挖1+778断面时, 施工人员在完成正常炮破作业后, 发现隧洞涌出大量塌方, 塌方主要为炭质碎块石、亚砂土、碎石土等, 塌方几乎埋满了整个隧洞出口, 经现场勘测塌方体约1500m3, 开挖断面处覆盖层厚度大约为450m, 顶部出现明显沉陷。经对开挖地段地质分析, 该段岩性主要为炭质板岩、为挤压破碎带, 地质构造运动较强烈, 褶皱和断层发育, 挤压破碎强烈, 岩石较破碎, 带内为碎裂化炭质板岩、脉石英及断层泥等。经初步分析隧洞在1+768~1+778地段有一个较大的破碎带, 宽度约5~7m, 带内石质虽较硬, 但构造节理密集, 节理面及其组合杂乱, 形成大量碎块体, 块体间充填泥质, 地质十分复杂, 施工难度大, 按常规方法难以通过破碎带该且极不安全。

3 处理方案

3.1 处理方案选择原则

(1) 安全性, 确保施工人员与设备安全; (2) 可操作性, 要充分考虑现场施工条件, 确保能顺利地进行施工; (3) 经济性, 确保在达到效果的前提下投入最少; (4) 方案科学性, 清除隧洞内的塌方体后, 尽量加固、保留破碎带内的松散体, 防止坍方扩大, 尽量不破坏环境。

3.2 处理方案选择

根据该地段的地质特点, 经业主、设计、监理等单位多次研究, 借用公路、煤矿等隧洞成功的施工经验, 决定对破碎带施工采用管棚法超前支护的施工方法进行处理。即在待开挖洞顶轮廓线以外, 环向超前打入钢管, 并在钢管内进行压力注浆。使浆液固结后钢管、破碎带内的松散体和围岩之间组成了一个共同的固结圈, 从而在隧道的纵向和横向分别形成一个的梁结构和拱结构, 以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。

4 方案设计

4.1 导向墙设计

在1+780~1+783段扩挖管棚工作室, 在1+780处设置C25混凝土导向墙, 截面尺寸0.8m高×1m宽, 其导向墙周边嵌入基岩不小于0.4m, 导向墙内设2榀I20工字钢拱架, 钢架外缘焊接ϕ110壁厚5mm导向钢管, 导向管外插角控制在5°, 导向钢管通过ϕ20固定筋与钢架焊接。

4.2 管棚设计

1+780~1+762段采用管棚超前注浆预支护, 管棚长18m, 采用ϕ89热轧无缝钢管 (壁厚6.5mm) , 管棚布置在开挖断面拱部120°范围内, 管棚环向间距40cm, 施工中可据钻孔探测情况进行调整 (管棚设计见图1) 。

每根钢管内设3根ϕ16通长钢筋并用ϕ45圆钢环 (壁厚3mm) 固定, 固定环长5cm, 每50cm设置一处, 形成钢筋笼以增强管棚刚度, 管棚倾角:5°。单号管用无缝钢管制成钢花管, 管口预留2m左右止浆段, 注浆孔为ϕ10mm, 环向布置4排, 纵向孔距为20cm, 沿孔壁呈梅花形布置, 双号孔为热轧无缝钢管 (钢花管设计见图2) 。管棚每节分为6m、3m、6m三种规格, 采用套管变径连接, 在端头连接处采用一根长60cm的ϕ76钢管, 伸入ϕ89钢管中30cm, 在端部用电焊将管之间焊缝焊满, 剩余30cm用作送入前一根钢管的尾部, 并用电焊焊满, 起连接和导向的作用, 管棚管节与ϕ95mm合金钻头之间采用变径连接。

4.3 注浆参数设计

由于涌水量较大, 为加速浆液凝结, 注浆采用水灰比1:1水泥———水玻璃浆液, 水泥浆与水玻璃质量比:1:0.32~0.36, 水玻璃浓度35波美度;水玻璃模数2.4, 注浆压力:0.5~2MPa, 注浆压力初压0.5~1.0MPa;终压2.0MPa。

5 施工工艺

5.1 施工工艺流程

施工准备→钻孔平台设置→放样布孔→钻机定位→检查孔位是否正确→钻孔→钻孔检查→一节管棚体安装结束→钻杆退回原位→接长管棚→继续钻进安装至设计长度→下一根管棚钻进→安放钢筋笼→注浆→隧道开挖。

5.2 钻孔施工

(1) 采用跟管钻进施工方法。钻孔顺序, 由高孔位向低孔位进行。

(2) 用一台电动钻机 (XY-28-300) 作业, 开钻上挑角度控制在3~5°之间。

(3) 安装钻机。钻孔平台牢固, 钻机距掌子面, 一般不超过2m。

(4) 先钻单号孔 (钢花管) , 待全部完后, 再钻双号孔 (钢管) 。

(5) 钻孔速度应保持匀速, 特别是钻头遇到夹砂土层、孤石时, 控制钻进速度, 避免发生夹钻现象或钻偏。

(6) 钻机开孔时, 要低速低压, 待成孔1.0m后, 压力可升至1.0MPa。遇软质围岩或流塑状粘土, 改用低压钻进。

5.3 安装管棚钢管、钢花管

孔位成形后开始顶入管棚, 根据现场实际情况采用钻机或者挖掘机进行顶孔。

(1) 钢管采用3m和6m两种长度规格。为使钢管接头错开, 单号孔钢花管采用2根3m钢管, 2根6m钢管, 第一节采用3m钢管, 第二三节采用6m长钢管, 第四节采用3m长钢管。双号孔钢管采用3根6m钢管, 依次连接。

(2) 安装时, 可用挖机或钻机顶进, 如遇故障, 须清孔, 然后再将管插入。必要时也可用4.5k W卷扬机反压安装。

(3) 钢管顶入后, 将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实, 并在外露端焊上法兰盘与注浆管口连接牢固, 严格检查焊接强度和密实度。

5.4 注浆

(1) 注浆顺序:采用BW-250/50型注浆机注浆, 与钻孔流水作业, 成孔一根注浆一根。先注单号孔 (钢花管) , 待全部完后, 再注双号孔 (钢管) , 从拱顶顺序向下进行, 如遇窜浆或拒浆, 则可间隔一孔或数孔注浆。

(2) 注浆采用间隔形式进行, 过程中要随时检查孔口、邻孔、其他坡面处有无串浆现象, 如有串浆, 立即停止注浆采用锚固剂、速凝水泥砂浆等进行封堵。

(3) 注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5~2倍;若注浆量超限, 未达到压力要求, 应调整浆液浓度继续注浆, 确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。

(4) 注浆结束标准:单孔结束标准:注浆压力逐步升高至设计终压, 并继续注浆20min以上;注浆结束时进浆量小于5L/min。

全段结束标准:所有的注浆孔均已符合单孔结束条件, 无漏注现象。

(5) 注浆完后, 用M10水泥砂浆封孔, 增强钢管的强度和刚度。

6 施工效果

工程在管棚支护施工完成后, 参照超前管棚效果检测方法, 在注浆过程, 每个孔的注浆压力、注浆量基本达到了设计要求, 注浆过程中也未出现大的漏浆、跑浆现象, 基本可以肯定浆液注入量等相关参数符合设计要求。通过对已开挖断面 (1+778) 与覆盖层顶部观测, 涌水明显减少, 未出现新的塌方, 覆盖层顶部沉陷也未再继续恶化, 可以判定管棚支护基本达到设计效果。根据工程在隧洞开挖顺利通过该断层破碎带地 (1+768~1+778) 的开挖情况分析, 管棚支护地段除极少局部地段有细微沉陷外, 绝大部分符合设计要求。通过拱顶位移用精密水准仪观测发现, 位移值并没有出现随时间急骤增长现象, 且整体最终均逐渐趋进稳定。因此, 管棚支护基本达到顶预期加固目的, 是隧洞开挖顺利通过该断层破碎带的保证。

7 结语

芋子塘水电站工程板坡隧洞断层破碎带处理采用超前管棚施工, 确保了隧洞开挖安全顺利该断层破碎带, 且施工快、工期短、安全性高, 说明超前管棚支护不仅适用于公路、铁路、煤矿等大断面的隧洞施工, 对于水利工程的中小隧洞也有较好的可靠性能与适用性。

随着我国水利建设的迅速发展, 水利隧道工程施工日益增多, 在面临不良地质条件的水利隧洞掘进施工中, 超前管棚支护技术具有广阔的应用前景。

摘要：水工隧洞工程施工条件复杂, 较大部分地质条件较差。在开挖过程经常遇到断层破碎带、松散带、软弱夹层、涌水等不良地质地段并导致大塌方, 从处理的安全性、操作性、经济性、科学性考虑, 管棚法超前支护注浆施工是一种有效的施工处理方法, 且施工快、工期短、安全性高, 在不良地质条件的水利隧洞掘进施工中, 超前管棚支护技术具有广阔的应用前景。