甘肃某隧洞塌方大管棚处理施工方案(附示意图)

1、隧洞塌方大管棚处理施工方案引洮15#隧洞及连接段工程平支洞上游段103+753103+523，在2010年年底甘肃省水利水电设计研究院对此段230米未开挖的隧洞，沿洞轴线进行了地质勘察，根据勘察报告所揭示的地质情况，此段围岩含水量高、砂石夹层含泥量高、结构疏松，隧洞地质情况十分复杂多变。鉴于目前隧洞围岩的实际情况，我项目部就针对此段特殊地质隧洞开挖上报施工方案，具体施工方法为，首先对洞内的淤泥进行清理，然后对掌子面的涌泥部位进行补强处理，待补强结束后，采用长度5米42的花管进行注浆固结围岩，然后采用常规的施工方法对此段进行隧洞掘进施工，如果在超前花管注浆和常规施工法无法进行隧洞掘进施工时，我项

2、目部就采用如下的长度20米超前大管棚（花管注浆）施工方法进行施工，超前大管棚具体施工方法如下：一、 编制依据1.1、水工建筑物水泥灌浆施工技术规范dl/t 5148-2001。1.2、中铁二十局【2009】009号报告关于引洮15#隧洞突水、涌泥、塌方处理方案报告及业主方、监理方、设计方三方的批复意见。1.3、中铁二十局【2010】016号报告引洮15#隧洞平支洞103+753103+713段塌方、冒顶处理施工方案。二、 编制目的 指导作业人员掌握对塌方处理及超长大管棚施工的基本方法，提高注浆固结的效果，很好的完成对塌方的处理。三、 工程概况3.1、塌方段原设计地质概况根据设计提供的地质资料，

3、引洮总干渠15#隧洞穿越大营梁，地处黄土丘陵区，冲沟发育，地形起伏大。表部多为colq马兰黄土，厚515m，局部段为al-plq黄土状粉质壤土，厚38m；中部为al-plq粉质壤土，厚1050m；下部为重粉质壤土，土质不均，夹粉质粘土和粉质壤土、砂壤土薄层或透镜体，重粉质壤土和粉质土结构密实，呈可塑硬塑状，而颗粒略粗、粘粒含量略低的粉质壤土、砂壤土土层相对持水，且土体呈软塑状，该段内洞底以上有多层不连续分布的持水土体，地下水位高于洞顶4-37m，隧洞围岩属极不稳定的类围岩，成洞条件差。苟家曲段分布有al-plq4砂砾石，夹有两层2.8m厚的粉质壤土，总厚度24.4m，下为al-lq2重粉质壤土

4、，夹粉质粘土；地下水位埋深5.35m；洞顶以上1.3m为砂砾石。3.2、塌方后施救过程及现状由我部施工的引洮15#隧洞平支洞，在2009年8月5日掌子面掘进至103+770处时,掌子面发生突水、涌泥事故,泥沙涌满洞子两百多米，并造成洞内塌方、地表冒顶。塌方后我部积极组织、邀请隧道方面的专家、教授到现场对塌方、冒顶情况进行查看，并精心研究处理塌方的措施与方案。2009年8月15日我部上报了“中铁二十局2009009号报告（关于引洮15#隧洞突水、涌泥、塌方处理方案的报告）”。9月16日，我方收到由业主与设计方批复的塌方处理意见，要求我部在地表对塌坑范围内进行双液注浆，注浆结束后再进行洞内清淤及掘

5、进工作。2009年10月6日，我部开始了塌陷区地表钻孔、注浆工作，双液浆采用配比为：水泥浆水灰比为1：1，水泥浆与水玻璃体积比为或1：0.5，水玻璃选用模数为2.4，35be的浆液，注浆压力大于3.5mpa。到12月20日注浆工作全部结束，洞内开始清淤工作，2010年1月23日，洞内清淤至塌方前掌子面，由于掌子面依然流水较大，并伴有泥浆流出。根据掌子面实际情况，由于塌陷区主要由泥沙填充，所以注浆效果达不到我们预计的效果。因此，洞内施工不能正常进行。考虑到工期原因，向业主提出地表打降水井进行地下降水工作，待水位下降、洞内流水变小后再进行洞内开挖。经业主、设计方同意，2010年3月19，按业主要求

6、，我们在线路右侧、河道上游共打7口降水井，纵向方向每5m设置一口，井深为3545m，并于4月15日全部施工完毕，然后开始降水、排水工作，降水工作一直持续到6月初，洞内流水有明显减小；6月10日，我部组织人员、设备开始再次进行洞内清淤工作，想尽快恢复塌方段的正常施工，6月15日，再次清淤至掌子面，并用沙袋对掌子面进行防护时，在防护过程中掌子面突然又出现突泥现象，泥沙涌出掌子面20多米，地表再次出现塌陷。2010年12月2日超前大管棚注浆施工结束，开始了隧洞掘进施工，但是只向前掘进15米时，在2011年12月28日隧洞掘进至103+753再次发生塌方冒顶。四、 施工方案说明4.1、施工方案根据20

7、10年底设计院对此段（103+753103+523）地质做的补充地质勘探分析，此段103+753103+523隧洞围岩均为湿陷饱和黄土，围岩中部含有12米厚的砂砾石透水层，根据塌方的严重性及波及范围,我部再次聘请集团公司内外部专家现场研解决处理方案，通过现场调查分析，确定了专家研讨会决定使用双层大管棚超前支护施工方案进行此段的施工。大管棚内注水泥-水玻璃双液浆，固结双层管棚间空隙及周边砂砾层，形成帷幕注浆效果，并对透水层起封堵作用，同时填充大管棚，增加其强度。大管棚施工完成后进行开挖掘进。4.2、技术参数4.2.1、管棚处理范围：洞身边墙1m以上全环施作。4.2.2、超长大管棚：长度平均20m

8、花管，钢管大管棚采用108mm，壁厚6mm 的热轧无缝钢管，节长分别为3 m6m。洞身边墙1m以上全环施作双层108超前大管棚，管棚呈品字型布置，全环孔间距按20cm间距布置。外插角2 3，梅花型布置。4.2.3、注浆参数设计（1）注浆材料及配合比：注浆浆液采用双液浆，水泥采用42.5（r）普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比1：1，水泥浆与水玻璃体积比为1：1（或1：0.5），最终配比以现场试验决定。水玻璃选用模数为2.4，35be的浆液。（2） 注浆压力：大于2.5mpa;（3）单根钢管注浆量：q=r2l+r2l式中：r 为钢管半径，l 为钢管总长度，考虑与钻机连接，取20m；r 为浆液扩散半径，

9、取0.5m；为地层孔隙率，堆积体经测试为12%；为浆液有效充填率，取0.9；为浆液损耗系数，取1.15。经计算，单根钢管注浆量q=2.13 m3五、 施工组织方案根据设计要求和现场特点，考虑原地表施工有钢管注浆管，为了提高管棚的一次成功性本次施工采用有线导向水平跟管钻进方法一次将钢管打进20m，钢管用丝扣连接。5.1 主要施工设备a、yg-50型水平定向钻机2台。全液压驱动，功率：55kw；顶进/回拖力：150kn；扭矩：6000nm。b、se1型水平导向系统1套。包括探头和监视器，导线连接。可测钻头倾角及钻头斜面的面向角，探头发射的光束可监测左右偏斜。c、泥浆系统。包括bw250型泥浆泵2台

10、，泥浆搅拌器2台，2kw污水泵1台。d、bx1500型电焊机1台。e、移动式钻机工作台架1套。f、搅拌桶一套、fbr-双液注浆泵一台、yt28型风腿式气钻2台，风镐5台。5.2施工用材料a108x6无缝钢管及钻头；b注浆用水泥、水玻璃及缓凝剂等；5.3施工条件要求a、 施工场地应平整坚固，高度适中（地平面往上距最低孔位80-100cm），无积水，无影响钻机正常运行的障碍物，有工人进出场地的安全通道，不得有威胁施工安全的其他作业。b、有设备及钢管水泥进出场地的安全通道及适当的吊装工具。c、动力电100kw接至离掌子面30m以内。d、水源接至掌子面30m以内。e、有足够空间安装泥浆池。5.4施工人

11、员配备类别人数备注项目经理1人总负责人项目总工1人技术总负责人项目副经理1人负责现场施工的组织、调度、管理现场工程师2人现场技术测量工程师3人试验工程师1人工班长3人（白、夜班及掘进）工作室固结，扩大施工挖机、空压机，三轮车司机，风枪手、开挖、喷护22人大管棚前期施工工作室扩大、后期掘进钻工、机手、泵工、焊工10人含兼职,人数可适增加（白、夜班）合 计43人5.5 施工工期安排大管棚处理塌方施工工期安排为：洞内清淤及封闭掌子面： 2011年3月15日2011年4月5日，共计20天。洞内施工用电、用水、用风恢复：2011年4月6日2011年4月12日，共计7天。工作室注浆固结及开挖： 2011年

12、4月13日2011年5月12日，共计30天。108超前长大管棚施工： 2011年5月13日2011年6月13日，共计31天。5.6钻进工法由于采用跟管钻进法，钢管安装和钻机进尺是同一过程。钻头采用与钻管等径的楔型钻头，楔板回转半径略大于钻管半径，钻头前端有1215mm的水眼，当钻头正常回转钻进时钻管沿直线前进。当钻头由于某种原因偏离预定轨迹偏向某一方向时，就需要纠偏了。方法是把钻头楔面调至已经偏斜的方向，钻机停止回转加力顶进，钻头由于斜面的作用就会向相反的方向偏斜，以此调整钻进的方向。面向角的朝向和钻头的偏斜方位都是由装在钻头后部的导向探头监测的，通过穿过钻管的导线连接到位于钻机操作台的显示屏

13、，机手就可以方便的调整钻进方向了。这样终孔偏差可以控制在5以内。钻头示意图如下： 如图所示：钻头内装有特制的传感器，传感器直接由15v直流供电。显示屏显示钻头的倾角(水平角度)、面向角(导向板的方向： 导向板朝上即为12点，如同钟面)。打设角度如果偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。所以导向钻头是上下纠偏的关键。至于左右偏差根据传感器尾端的发光装置来定，通过仪器测量参数来纠偏。为了保

14、证质量，打设时采用跳打的施工顺序。终孔注浆，根据地质情况，本工程塌方体属于砂砾层，淤泥、塌方松散堆积体，终孔后需要跟踪注浆，从108钢管内注入，从钻头端由管外环状间隙到孔口反出水浆液，关闭排浆阀，压力0.5-3.5 mpa，注浆结束。57施工要点：（1）每个孔位都要仔细调整钻机方位，确保每根钢管以准确的方向钻进。（2）泥浆配比应根据现场土质和水质进行试用确定。（3）大管棚打设时必须跳孔打，终孔跟踪注浆，注浆必须保证管内外环状间隙注满填充实，跳打3-5个孔再回去补打。如果不跳打，接着再打下一个孔，地层软硬不均，钻进时钢管很难控制偏斜，无法保证大管棚质量。六、 施工方法及措施保证大管棚施工工艺流程

15、为：三通一平人员设备进场测量放线铺设h钢轨道设备组装调试埋设孔口管调试钻机（方位、倾角）钻具组装进孔冲洗液循环导向钻进回次加尺（接线、接口补焊）孔斜测量导向钻进直至设计深度终孔回取探头盒管内及环状间隙注浆移至下一孔位。6.1 大管棚施工前准备6.1.1 洞内清淤及封闭掌子面塌方后掌子面由泥沙填充，流水、涌泥、涌沙，直接在掌子面采用挂网喷砼等封闭方案施工困难，效果较差。建议对淤泥采用抛生石灰或水泥固结方案：目前淤泥长度约90m，先固结1020m然后开挖510m，保持10m长固结段阻隔淤泥。继续往前固结10m，再开挖10m，循环固结，循环开挖，止浆墙位置离掌子面距离尽量控制在10m以内。待清淤靠近

16、掌子面时，采用沙袋对掌子面进行临时防护，沙袋背后采用i16工字钢与隧洞边墙拱架焊接加固，工字钢采取井字型焊接增加强度，并在沙袋临时防护墙后采用水泥砂浆砌砖墙，用灰土填满塌腔后网喷30cm厚混凝土封闭形成止浆墙。6.1.2 扩挖工作室 为较精准施工长大管棚，避免长大管棚施工下垂影响棚护效果，按长大管棚施工工艺要求扩挖工作室：在新加固初期支护末端，逐榀拆除原初期支护喷混凝土、钢筋网片、16拱架、小导管，然后重新立架支护，工后再行拆除下一榀。工作室长度10m，径向扩挖1m，以为施工提供所需空间（如附图1所示）。工作室的钢拱架净空根据实际需要增大，工作室与原初期支护间隙在二衬砼施工时采用同级砼回填。（

17、1）扩挖前固结注浆扩挖工作室前，首先必须对扩挖洞身段进行固结处理，在洞身段10.5m梅花型布设长3m、42注浆钢花管进行全断面注浆加固，防止开挖过程中塌方掉块，按照扩挖工作室长度，在每榀中间布置孔位，约21环，大约221根注浆管，约663m。根据塌体的实际情况可选择传统的水泥浆、水泥-水玻璃双液浆等进行注浆。（2）扩挖工作室首先有2m进行工作室扩大渐变，用四榀渐变至设计扩大段，然后逐榀拆除原初期支护喷混凝土、钢筋网片、16拱架、小导管，然后重新立架支护，工后再行拆除下一榀。工作室长度10m，径向扩挖1m，详见附图1（工作室扩挖布置图）。6.2 108超前长大管棚施工工作室施作完工后，在工作室内

18、上下拱架之间立两榀钢拱架，在钢拱架上安装导向管，导向管外插角23，通过导向管在工作室内对洞身边墙1m以上全环施作双层108超前大管棚，管棚呈品字型布置（如附图2所示）。管棚施工采用专业队伍进行施工，管棚纵向长20m，管壁厚6mm，环向间距20cm。6.2.1设备组装前的准备工作(1) 施工现场必须保证水通、电通、路通，水电距施工现场不超过30m。施工工作面必须要平，误差不超过200mm。(2) 设备检查。检查是否有缺件及好坏程度；电机、钻机、泵等测试，运转是否正常，所有部件是否完好；液压系统是否通畅，密封完好度，液压油泄漏状况；(3) 检查所有焊接部位是否有开焊，有则补焊；(4) 各种部件是否

19、有变形，有则进行校正。6.2.2测量放线（包括：方位线、水平点、孔位点）6.2.3 钻机设备安装(1) 钢垫板规格：长宽=250mm250mm；胀管螺栓直径：16mm；钢垫板与基础固定要牢，强度要高；(2) h型钢轨找平误差2.5mpa。6.3.1、双液注浆系统(见图2) 1024348565657911121图2 双液注浆系统示意图1-浆液搅拌站；2-水泥浆池；3-水玻璃池；4-注浆泵；5-压力表；6-闸阀；7-y型混合器；8-三通旋塞；9-孔口管；10-注浆嘴；11-进浆方向；12-供水阀。6.3.2、分段注浆法根据钻孔的地质条件，采用全孔一次注浆方法。遇地质围岩松散或空腔底层段及突泥涌水

20、时，分阶段钻注，逐步往前推进封堵。6.3.3、同步注浆法采用一机多孔或多机多孔施行同步注浆，要求高度集中统一指挥，根据各种反馈信息，采取调控措施，提高注浆质量，加快工程进度。6.3.4、注浆原则(1)先外后内：先从断面外侧，逐步向中间或内侧钻注。(2)先疏后密：每排孔先间隔式钻注（分两序施工），再补注中间的加密孔，逐步形成帷幕。(3)反复压注：注浆段各注浆孔均应根据进浆情况反复压注，保证固结范围达到设计要求。(4)开孔诱导：注浆时在需要重点加固处设置通气诱导孔（如出现串孔现象，就没必要设置诱导孔），诱导浆液至设计范围，之后适时关闭诱导孔。6.3.5、浆液类型(1)水泥浆或水泥水玻璃双液浆（设计

21、采用双液浆），胶凝时间可通过调整体积比，必要时可适当加添外加剂调整。(2)本次注浆主要采用双液浆注浆，如果出现空腔可采用水泥砂浆对空腔进行回填。(3)为消除地下水质与气温、水温的影响，应进行现场配比试验，调整胶凝时间。6.3.6、注浆参数(1) 注塑粘土及砂砾劈裂注浆有效扩散范围为0.51m，注浆段长度为40m。(2) 古河床段地质复杂，注浆量只能估算。影响注浆率的主要因素有孔隙比、压缩指数、注浆压力及注浆方法等。(3) 单孔注浆量不能以设计总注浆量除以孔数的平均值控制，原则上根据进浆情况，以充填好塌陷区固结砂砾成一整体为度。(4) 注浆压力以不破坏岩层结构，浆液控制在有效范围内为度，采用的经

22、验公式为：p=(0.020.05)hk=(0.020.05)252=1.02.5 mpa式中 p注浆压力(mpa)； h孔位至静水位的高度(m)静水位高度为2119m，高度约25m； k洞内突泥涌水修正系数，取k2。执行注浆压力规定值时，可在规定值的上下限内调控。6.3.7、注浆终结要求达到规定注浆压力值，并稳压进行继续注浆。若注浆段初始注浆孔或初始注浆面达不到规定压力值，则可能是以下原因引起：(1)注浆压力比注浆开始时大；(2)单位时间的灌注量较开始时小；(3)每孔的洗孔次数与每延米灌注量减少；(4)钻孔注水试验不进水；(5)岩芯已由流塑粘土转变为固结体。6.4 开挖前洞身固结开挖掌子面前，

23、首先必须对塌体泥沙进行固结处理，在掌子面11m梅花型布设长3m注浆管进行全断面注浆加固，防止泥沙继续外涌，每开挖1.5m进行一次注浆固结处理。注浆材料根据塌体的实际情况如选择传统的水泥浆、水泥-水玻璃双液浆，可能达不到我们想要的固结效果，因此建议采用杰夫莱l型或马丽散n型及其他适合本工程的化学灌浆材料，该类型化学灌浆材料可灌性强，是属于聚氨酯类和硅酸盐改性聚氨酯类灌浆材料，100树脂含量，无任何挥发性有机成份的绿色材料。凝结时间可实现十几秒到3040分钟，可以根据工程条件实现可控灌浆，对凝结时间，方便易行。抗压强度高（最大可达到50mpa以上），压缩变形大（50%），粘结力高（5mpa）。6.

24、5加强开挖支护开挖过程中，拱架间距采用40cm一榀加强支护，采用18钢筋连接，环向间距100cm。喷砼由原设计的15cm加厚至20cm，预留沉降变形量为10cm。由于管棚较长，管棚与洞顶高差会越来越大，如果按3外插施工，40m管端与设计拱顶高差将达两米左右，在开挖过程中管棚以下洞顶以上泥沙会全部塌落，形成塌腔，对拱顶以上与管棚之间的空腔采用木材（或珍珠岩粉）及喷砼回填密实。该段塌方段，洞底承载能力差，为防止拱脚下沉，两侧拱脚建议增设180槽钢加强支撑。6.6、其它支护参数与原设计一致。七、 施工质量保证本工程地质条件复杂，施工精度高，钻孔间距小，施工难度大。为了保证质量、保工期、顺利完成，必须

25、严把质量关，技术质量保障体系的总体要求是：现场各工序均由专人负责，严格实施岗位责任制，力求做到分工明确，责任到人。具体措施包括如下：7.1 工程开工前，认真做好技术交底，做到人人明白技术要求，个个分担技术责任；7.2 上岗人员必须经过技术培训，特殊工种必须持证上岗；7.3 施工人员严格执行当地的有关规定；7.4 严格按照管棚打设施工的总体要求和设计技术交底的具体要求进行每一工 序的施工；7.5 主要工序均由本工序的负责人进行自检，合格后上报工程技术负责人，会同监理检验合格后方可进行下一工序施工；7.6 认真执行施工组织设计及施工技术措施规定的质量标准；(1) 单孔开孔间距为300mm。开孔孔位

26、偏差50mm，若须移位，应调整开孔角度进行回归；(2) 开孔孔位距隧道开挖线设计为300mm，不允许向内偏斜。设计向外偏角（放射角）在0.2-0.3范围内；(3) 管棚的偏斜应控制在5以内，终端最大控制间距为300mm；(4) 为了保证钢管连接的同轴性，每根钢管都必须加车4mm丝扣，采用丝扣连接。丝扣连接一定要拧紧、到位；(5) 终孔后，管棚的注浆压力要控制在0.51.2 mpa之间。(6) 管棚打设长度与设计长度误差不得大于200mm；7.7 生产主管、技术人员、机手在施工中应熟悉地层变化，分析偏斜规律，根据情况变化适时调整技术参数和开孔角度；7.8 各班记录人员准确丈量钻具，准确记录钻杆长

27、度、根数。各种数据记录要及时。禁止追记或补记，及时校正孔深，交接班要交接清楚；7.9 施工前向甲方详细了解地下障碍物分布情况，最大埋深，根据调查结果做出相应防范措施；7.10 严把材料质量关，对所有使用的各种材料和零部件，均须由专人一一检测，不合格者必须剔除，严禁勉强使用或漏检；7.11 钢管运到现场，须由专人清理管内铁屑、杂物、避免漏清。钻工在加尺前须进行复查，确保管内干净；7.12 现场质量员对每道工序质量必须认真监督与检查。如发现质量问题，须在质量人员监督下及时给予补救；7.13 定期召开质量分析会议，就出现的质量问题及工作重点进行研讨。及时总结所采用技术参数对打设质量的影响，根据情况适

28、时调整技术参数；7.14 建立有效的质量奖惩制度，连续质量优良者奖，出质量责任事故者惩。八、 施工安全保证8.1安全用电措施(1) 所有施工人员应掌握安全用电的基本知识和所用设备性能，用电人员各自保护好设备的负荷线、地线和开关，发现问题及时找电工解决，严禁非专业电气操作人员乱动电器设备；(2) 配电系统分级配电，配电箱、开关箱外观完整、牢固、防雨防尘、外涂安全色、统一编号。其安装形式必须符合规定，箱内电器可靠、完好，造型、定值符合规定，并标明用途；(3) 现场内支搭架空线路的线杆底部要实，不得倾斜下沉，与基坑边及临近建筑应有一定安全距离，且必须采用绝缘导线，不得成束架空敷设，达不到要求必须采取

29、有效保护措施；(4) 所有电器设备及其金属外壳或构架均应按规定设置可靠的接零及接地保护；(5) 施工现场所有用电设备，必须按规定设置漏电保护装置，要定期检查，发现问题及时处理解决； 8.2 焊接作业安全措施(1) 工作时应穿戴工作服、绝缘鞋、电焊手套、防护面罩、护目镜等防护用品，高处作业时系安全带；(2) 焊接作业现场周围10米内不得堆放易燃易爆物品；(3) 作业前检查焊机、线路、料机外壳保护接零，确认安全；(4) 焊接时二次线必须双线到位，严禁用其他金属物作二线回路；(5) 焊把线不得放在电弧附近或炽热的焊缝旁，不得碾压焊把线；(6) 气焊时先开乙炔阀点火，后开氧气阀调整火焰。关闭时先关乙炔

30、阀，再关氧气阀；(7) 氧气瓶和乙炔瓶应保持距离在5米以上，与焊炬、割炬和其他明火不小于10米；(8) 作业中若氧气管着火应立即关闭氧气阀门，不得折弯胶管断气；若乙炔管着火，应先关熄炬火，可用弯折前面一段软管的办法止火。(9) 电焊机必须设单独的电源开关、自动断电装置。外壳设可靠的保护接零；(10) 电焊机的电源线长度不大于5米，焊接线长度不大于30米。8.3 安全生产措施(1) 项目经理负责安全领导工作，各班设安全检查员负责现场昼夜施工安全。安全员要具备技术全面，责任心强，不畏上不护短的素质。安全员发现事故隐患时，有权责令立即停工，采取有效除患措施；(2) 进入施工现场的所有人员必须戴安全帽；(3) 现场施工人员，穿戴要符合安全规