大管棚超前支护技术在南山隧道岩溶处理施工中的应用.doc

大管棚超前支护技术在南山隧道岩溶处理施工中的应用第28卷第3期2008年6月彪莲谨TunnelConstructionVn1.28No.3June2OO8大管棚超前支护技术在南山隧道岩溶处理施工中的应用郭群(中铁隧道集团有限公司洛湛指挥部,广西贺州542800)摘要:阐述超前大管棚支护设计与施工在南山隧道岩溶处理过程中的应用,重点介绍大管棚支护的施工工艺,安全措施及效果评定等.工程实践表明,以大管棚为超前预支护的方法在充填型岩溶处理中是有效的,其成功经验对后续工程有指导作用.关键词:隧道;大管棚;超前支护;岩溶处理中图分类号:U455文献标志码:B文章编号:1672741X(2008)03033603ApplicationofLargePipe-roofAdvanceReinforcementTechnologyinKarstTreatmentConstructionofNanshanTunnelGUOQun(LuoyangzhanjiangHeadquarters,ChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd.,Hezhou542800,Guangxi,China)Abstract:ThedesignandconstructionofthelargepiperoofadvancereinforcementappliedinthetreatmentofthekarstsinNanshantunnelarepresentedinthepaper,withtheemphasisbeingplacedonthepresentationoftheconstructionprocess,safetycontrolmeasuresandeffectassessmentofthelargepiperoofreinforcement.Theengineeringpracticeprovesthatthelargepiperoofadvancereinforcementtechnologyiseffectiveinthetreatmentofthefillingkarstcaves.Thesuccessfulengineeringexperiencecanprovidereferenceforsimilarworksinthefuture.Keywords:tunnel;largepiperoof;advancereinforcement;karsttreatmentl工程概况南山隧道全长5013m,处于低山丘陵剥蚀地区.隧道范围内降雨量丰富,地下水为第四系土层中的孔隙水,基岩裂隙水及岩溶水.其中D3K281+255一+460段地层岩性为泥盆系东岗岭组(Dd)灰岩夹泥质灰岩,白云岩,位于三步梯向斜(D3K280+925一D3K281+380)南西翼.该段隧道埋深约7080m,地表为坡积覆土,松树林.根据设计地质说明,在三步梯向斜可能岩溶发育.隧道进口施工至D3K281+362时,掌子面拱顶偏左侧处出现一股流量为12m/min的涌水,含泥量约为50%.施工过程中共出现塌方7次,塌落物主要为块石,黄泥和粉细砂,累计约6000m,排水13700m,清淤约3loom.且在D3K281+370一+394段地表发现一条47m长的裂缝,裂缝最宽达30cm,从线路左侧延伸至线路右侧,之后D3K281+386处出现另一条裂缝,地表裂缝扩展趋势明显.隧道出口施工至DK281+378时,采用手持风钻对掌子面作4m超前钻孔,当钻至1.52.0m时,探孔出现黄色浑水喷涌,水平喷距最大约3m,估测涌水速度约2m/min,含泥量约40%,判断为溶洞.在随后施工中,溶洞涌出块石,黄泥约2800m,涌水速度约为8m/min.2岩溶处理原则根据现场实际情况,本着使隧道结构不留后患,不产生环境问题,安全可靠,实施容易的岩溶处理基本原则,采取以洞内为主的处理方案.先用地表物探结合洞内钻探探明岩溶情况,然后采用大管棚注浆进行超前预支护,在开挖过程中使用密排22号工字钢拱架,双层钢筋网,喷混凝土进行联合初期支护.施工过程中严格控制开挖进尺,二次衬砌采用抗水压钢筋混凝土,以确保隧道衬砌结构安全不留后患.3大管棚超前支护设计3.1工艺原理长大管棚施工是在软弱地层或岩层裂缝中钻孔并打人大管棚钢管,通过向管内注入具有一定压力且有一定胶凝时间的浆液,对大管棚周围的软弱,松散岩体进行固结,使土层或岩层的力学性质得以改善,形成一个整体棚架式的加固拱圈,从而起到超前支护作用.收稿日期:2008一Ol一31;修回日期:20080505作者简介:郭群(1962一),男,1984年毕业于西南交通大学隧道与地下工程专业,大学本科,高级工程师,主要从事隧道与地下工程的施工管理工作.第3期郭群:大管棚超前支护技术在南山隧道岩溶处理施工中的应用3.2参数选择大管棚采用西108mm,壁厚6mm热轧无缝钢管,节长分别为3,6m,管棚环向间距为40am,外插角35.,管棚长度和倾角视实际情况而定.为增大管棚刚度,大管棚内设置钢筋笼,钢筋笼由4根西22螺纹钢筋及固定环组成,大管棚构造如图1所示.管棚尾部采用2榀间距30am的钢架进行支承.有孔,无孔钢管相间布设.有孔钢管布设并注浆完毕后再布设无孔钢管.有孔钢管上注浆:fL:fL径12mm,孔间距20am,梅花型布置,尾部50am范围内不钻孔作为止浆段.注浆材料采用水泥单液浆.如图2所示.图1大管棚构造图Fig.1Structureoflameforepolingpipes图2拱部大管棚及拱架支护示意图Fig.2ReiomementbymeIlSoflargepiperoofandsteelarches4大管棚施工4.I工作室开挖根据钻孔作业需要,在D3K281+347+355段设置长8m的大管棚工作室,高度在扩挖的基础上再加高1m.其中D3K281+347一+354段左侧边墙可不进行工作室开挖,按V级围岩抗水压地段轮廓即可.工作室开挖完后应喷射混凝土以保证钻孔安全.4.2设置钢架安装导向管为控制钻杆及钢管的挠曲和移动,保证钻孔精度,于D3K281+354,+355设置2榀钢架,在钢架上焊接导向管.钢架采用18号工字钢加工制作,间距1m,导向管采用150钢管,环向间距40am.为防止施作大管棚时产生震动,钢架用锚杆与围岩固定牢固,拱脚浇筑混凝土基础.立设钢架时,D3K281+355处钢架较D3K281+354钢架放大5am,以保证大管棚3.的外插角.钢架设置与导向管的安装如图3所示.图3钢架设置与导向管安装示意图Fig.3Installationofsteelarchesandguidingpipes膳篷建磺第28卷4.3钻孔采用2台MK一5型地质钻机进行施工,钻孔前,测定钻孔位置和钻机中心,使两点一致,为防止钻孔中心震动,可采用u型螺栓或钢筋将导向管与钢架加以固定.为防止钻孔弯曲,应每隔5m(视情况可调整,一般为26m)对正在钻进的钻孔及插入的大管棚进行检查(孔的弯曲采用经纬仪测量),弯曲趋势加大时应加以修正.防止钻孔弯曲的措施包括:1)钻孔前使钻孔准确定位;2)准确测定钢架和钻孔位置;3)钻进过程中防止钢架震动;4)注意钻进过程中对扭矩,油压,回转等参数的控制.4.4安设大管棚1)钻孔完成后及时安设大管棚钢管,以防塌孔.2)钢管逐节顶入,采用丝扣连接,丝扣长15cm.3)及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实,在钢管外露端焊上法兰盘,止浆阀,并检查焊接质量.4.5大管棚注浆4.5.1施工工艺流程(见图4)图4注浆施工工艺Fig.4Sketchofgroutingprocess4.5.2施工过程控制1)注浆前先检查管路和机械状况,确认正常后做压浆实验,确定合理的注浆参数,据以施工.2)注浆过程中随时检查孔口,邻孔和覆盖层较薄部位有无串浆现象,如发生串浆,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,直至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.3)注浆压力达到2.5MPa并持压5min以上,可停止注浆,并及时封堵注浆口.4)注浆过程中应派专人负责.填写注浆记录表,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.5)待有孔钢管已全部注浆完毕后,再进行无孔钢管的钻孔,安设.4.5.3注浆效果评定1)对注浆加固区钻孔取芯,观察浆液充填情况.2)在进行无孔钢管钻孔时观察孔内涌水颜色及涌水量,水如较澄清或夹带水泥渣块,涌水速度小于0.4L/min,则注浆效果较好,如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时,应补注或重注.4.6支护效果评价为保证施工安全及检查大管棚的实施效果,在岩溶段隧道开挖过程中组织专业技术人员对隧道的净空进行收敛量测,共布置了33条收敛基线,从量测情况看,初期曲线收敛增长较慢,上台阶开挖时收敛变形急剧增长,然后趋于稳定,均满足施工要求.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着的.5总结及体会大管棚作为穿越隧道洞内岩溶的超前支护,其成功之处在于:利用大管棚支护围岩,注浆体和大管棚连成一个整体而受力,在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体,有效地阻止了岩溶空腔中堆积物下落和坍塌,为隧道洞身安全,顺利地施工创造条件,是新奥法与其他辅助施工方法的完美结合.,参考文献:1刘志刚,赵勇.隧道隧洞施工地质技术M.北京:中国铁道出版社,2001.2汤海岩.管棚超前支护在堆积体偏压双连拱隧道施工中的应用J.山西交通科技,2005(A02)