采用管棚法处理特大坍方段的应用技术

采用管棚法处理特大坍方段的应用技术

1工程概况与地质概况

某隧道为云寿公路改建工程泰顺至景宁间的双车道隧道，是该段改建公路的控制工程。当隧道开挖至K11+645遇到长达87m的大断层时，原施工单位采取下侧壁导坑掘进，导坑断面约5m×4m，采用加强喷砼和抬棚架强行通过的临时支护体系。

当施工到K11+666时，由于地质条件急剧变坏，坍方频繁(前后有5次坍塌发生)。为确保工期的顺利完成，1998年6月原施工单位采用加强抬棚(密排棚架)支护措施，经过半个月的努力实现了全隧的小导坑贯通。但在随后的扩大断面施工中，施工至K11+666.6时，原来由抬棚支撑的岩体发生大坍方，破坏了原已安设好的管棚，坍方堆碴涌至K11+662。后采取不连续的清碴办法，但每次清碴至工作面后，又发生塌方，恢复原状，并且岩碴由

原先的粉末状变为间杂1～3m3的巨大岩石，坍空区已延至断层外基岩影响带，预计坍方高度在50m左右，长共计18m。

坍方体位于断层破碎带,断层带出露里程为K11+645～+732,断层产状为SW250°∠72°～80°，与隧道轴线斜交，洞内可见厚度达87m，为大型压扭性大断层。断层带岩性由灰色砂砾岩、断层泥及断层角砾岩组成，岩石呈角砾状松散结构，岩体整体性差，局部有渗水，易失稳，开挖后坍方频发。所需处理的坍方段，里程为K11+666～+689之间，共23m。坍方岩体破碎，分布不均匀，局部有空洞，且下半断面有原掘进的小导坑及支撑导坑用的棚架，为开挖带来不便。

泰顺端至K11+666已完成模筑混凝土二次衬砌，并在K11+666处做好了厚70cm的砼止浆墙。且景宁端开挖至K11+697处停下,距坍方段约8m，整个隧道只有中间26m还未完成，成为制约工期的关键因素。

2坍方体处理施工技术方案

2.1施工方案与治理原则

2.1.1施工方案

根据坍方体的工程地质特点，我们确定了在拱部1°范围内施作Φ89长管棚，管棚间距30cm，结合超前预注浆技术在开挖轮廓线外形成约4m厚的加固圈，并在开挖时以小导管补强注浆加固技术为辅的综合技术方案。开挖采用上下台阶法，上台阶高度约4m，采取预留核心土环形开法，上下台阶间距长度5m，以人工开挖为主，对局部未坍方部位可采用松动爆破。在开挖后立即施作格栅拱架及锚网喷支护体系，充分调动加固后的围岩的承载能力，使初期支护与注浆加固的坍方体形成整体支护结构，并建立科学的监测体系，监测支护体系的变形，判断结构的稳定性和安全性，及时反馈设计与施工。

2.1.2技术难点与关键

(1)长管棚与注浆加固圈在拱顶形成了稳固可靠的固结壳，作为支承长达18m高约50m的松散坍方体超前支护体系(保护壳)，是保证开挖安全和防止坍方的进一步扩大的关键技术。其中26m灌满砂浆的管棚直接棚架在泰顺端已施作完成的二次衬砌结构和景宁端支护体系上，是承受坍方体土体压力的主体，而厚4m的注浆固结圈则起到对其的进一步加固作用，同时坍方体大部分为碎屑状，又可防止碎屑坍碴体从管间缝中涌出而引起新的坍方。管棚与超前注浆构成了超前支护的主体，是坍方处理的关键技术。

(2)坍方体内大部分呈松散碎屑状，且又混有大小不一的硬质岩块和前期坍方处理时用以支撑的方木等建筑材料，施钻困难，成孔性差、容易卡钻、下管难度大。这些问题的解决直接关系到26m管棚的安装成功率和注浆的效果，也是坍方处理的难点所在。

(3)坍方段地处断层破碎带，地层连通性好，坍方体松散度大，且坍方前施工的小导坑均直接与注浆区相连通。由于注浆区域广而连通性好，因此必须对注浆顺序及注浆工艺进行详细计划，以防止浆液向无用的地区扩散，控制注浆量,尽量以最小的注浆量获得最好的注浆效果。

2.2治理的原则

施工方案和治理原则可简单概括为“管超前，预注浆，多循环，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”。

3施工技术要点乐

湾厉工作面预每注浆续→仆长管棚施宴工午→峡上小导管批及半断面脸开挖与支友护仰→照底板开挖维与支护厉→际二衬与铺诉底。刘

层3.1渴己施工工序泼与步骤役

飘3.2肚校工作面预主注浆脂

廊刻在长管棚暂施工前，脖应对工作渐面进行前猜进式分段绿预注扶浆罢,冰注浆分段薯长度扩为躁5耳m弟。以水泥玻单液浆为立主，内加宴速凝剂，佳在必要时劲采志用级C-俯S已泛双液浆。蜓工作面预涂注浆的目放的是加固所工作面松样散体，以炉保证管棚璃钻孔方向阻的精度，厌同时稳定努工作佣面足,随确保开挖战时工作面魔的安全。屯

勉3.3线华长管棚与醋预注浆兄

腹3.3.侮1产债管棚参数撒

冤浅钻孔仰原角苏1戒°具～顾3览°坑，管棚间却距绕30c计m锻，管棚长衰度爷26燃m芬，采滴用衣Φ匠89衣(镜厚毯5mm浪)锅无缝钢管爹，共蝴计猜5巧2艘根管棚。坏

毁3.3.杏2修钻孔工艺蔑

喊园预钩设丝Φ禽127普基导向管挺→己Φ勾108播脊套管钻杨进劲18m炎→刊Φ挽90衫唤钻孔钻匠进毙26m淹→墓下茂管挺(乱带糕Φ献90逆欢钻扭头裁)秋→姨取刷出糖Φ可108漆立套管链→骂封孔注浆恢。示

犬3.3.鞠3真包管棚注浆露

垦驻注浆分三开序孔注冈入捧,趣注入顺序称依次遍为垃C-织S岂危浆、水泥叼浆、水泥汤砂浆。注朵浆应在钻猴孔下管完塘成后立即抽进行，以台便在钻相挽邻孔时可山做为当前咏注浆孔的堆检查孔。戏所有管棚欧钢管均翠以背3太0滚号水泥砂斗浆充填，黄以加强钢据管的刚度客。框

冠俱注浆参数蓬：橡

哄撕双液愈浆挪:屯水泥辰浆艺W敌∶藏C=摸0.8沙∶号1钩～丰1.5略∶倡1近,悲水玻璃央浆佛35B撒e咏″顽，穷C闻∶普S=1桃∶离1同～落1卵∶期0.3贷符，注浆终千压税2MP吩a次，注浆速纷度住3施0怖～队60LP猎mi兵n浑，凝结时侍间磨3寒～筑5mi屠n助，缓凝剂毙加域入调1咽%随～划3翁%卖，扩散半俘径误1艺m父。桃

压闭单液水泥诱浆茂：揭W斜∶贱C=遍0.8但∶测1狠～孔1.5趋∶早1沃，注浆终勒压拖2MP扔a撑，注浆速途度胞3醉0没～释60LP身mi甲n警，凝结时傻间倦1炒0龙～践15轰h透，速凝剂洽加暑入肃3缸%怪～芬6螺%汁。扩散半脏径在管棚慕注浆时疯为刘1每m鸦，而在工票作面预注仰浆时膝为之1.5m室(京工作面主妇要为坍方袍松散赞体潮)惩关。桑

拿梯水泥砂浆蔽：冰3显0剩号水泥砂室浆，充填骆钢管和充慢填较大的添坍方空洞乏。垄3.4序咏小导管注较浆补强秀

偷巨长管棚注档浆加固范泳围有抢限占,棋很难达展到摇4姿m肃的加固燃圈碍,红为此在开油挖过程骑中视,刻需施作小栋导管注浆婚补强。小族导管采粒用娱Φ筝3份2届焊缝钢管挺，扫长足5.5真m障，开孔筋长早4唇m剥，胃间吸距隆6朽0红～耽75c蝇m艇，外插它角饭41遮°纷。小导管岔注浆采单用葱C-光S觉沙双液浆，沟注浆量根隙据现场情兔况定，以盆确保开挖馆安全为目兆的。洞

络3.5饿削开挖与初劣期支护惯

约图开挖与小雨导管注浆逝穿插进行领，即每注肢一个循环变开仰挖鸽1.5m殃(甘即支护三胀榀钢拱或架象)深街。初期支汗护与开挖叶紧跟，即组每开挖一柿个循环立揪即立拱挂催网喷砼施装作初期支况护。篇

续红开挖分上眼、下半断队面短台阶逼分部施工花，台阶长习度排≤要5精m踪，开挖进湾尺男0.5占m糖。因坍方洒体高度不财明，开挖稼后洞室变孙形及结构节承载力不拜能较为准取确的计算箭，为防止贱变形过大期造成初支仗结构侵入箭衬砌净空抚，根据工膨程类比在迫开挖中预权留严20c塘m堪的下沉量霜，即扩大笑开挖断咽面王20c畜m材。伙

夫毛采取手执索铁铲或风迷镐人工开栽挖，在有隆基岩或巨辜大岩块出笛露处可采忌用松动爆庸破后再人许工开挖。社上半断面榴采用预留访核心土环龟形开挖，开以保证掌迹子面的稳缠定与安全衰；下半断聪面采用左趋右错挖马掉口形式开内挖，马口掩错开长度笨在内3彼～仗5槽m诉。下半断细面开挖后飘应及时清淡底施作仰仗拱，确保漏初期支护伍的及时封哈闭。耳

苍驶支护采用商格栅谎拱肯+造既锚染杆雀(谣锁钢脚造)+玩枕钢筋阔网秩+念粥喷遵射它C20惨细砼的联合判支护体系鹅。格栅拱喷为肉20cm辟×20c托m域议的喋形拱咳架，主筋势为路Φ翅2稼2原螺纹钢；探钢筋网采括用访Φ助8敬圆钢，网踏间竭距绑20c烛m踏；锁脚锚鞋杆采谷用林Φ燥2系2刚螺纹钢的耳砂浆锚杆号，必要时笼采用注浆字锚管；拱扎架间距按弦开挖进度阴每冠0.5鼓m择一榀，拱选架间连接脊筋采炊用列Φ盏2位2钱螺纹钢，伙连接筋间唉距家1嚼～令1.5兴m鸦；喷射混倦凝土采纱用求C2攀0梳砼，厚绩度巷25c旨m淘。初支应舅在开挖完威成后即时挑施作，要摸确保支护栽体系的及逮时封闭，宏即尽早喷头砼封闭减军少开挖后枪围岩的暴毅露时间，弦及时施作架仰拱使支碌护结构尽稠快封闭成横环，改善瓶洞室结构区的受力条棚件。拒

纳4会课施工中的喘问题与解纪决措施迎

慨4.1任遇存在的主呢要问题赤

亦(1)行滔管棚孔的般施钻与管买棚制安中肆，主要存右在卡钻、片掉钻头、喂坍孔、退补钻与顶管埋困难等问曲题。其主泄要原因是疲施钻范围滋内大多位返于坍方体饮内，属碎射石、角砾绸石石,孔松散无稳顷定性，从迎而致使钻陵孔成孔与约下管极其俊困难。兴

傲(2)婚羞坍方前开吊挖的下导提坑断面约遍有企20m议2裁，长度约莲为层20居m塔，由于密扛排棚架的爆作用，坍正方体并未唐将导坑内伙填满，约骑有区150m膛3滴骗空峰洞冤,朗浆液向空检洞内充填才并不能对析开挖稳定跪起到稳定苦作用，同奸时又造成振浪费，如烘何防止浆荐液向空洞哀内渗流也邀是注浆中笋的关键环阻节。墨

检4.2筝弄主要技术节措施好

稼4.2.斯1紧闯变更导向沿管采用套奋管跟进施践钻殃

筒坦原设计管灾棚直径撒为收Φ嫁8阁9娇，按照常抵规导向管赔直径则巨为掌Φ滔10许8届。通过对愉现场情况掀进行调查病，坍方体宾坍碴情况怨比较复杂牲，坍孔、德卡钻在所馆难免，为破保打证劲Φ蝇98努贱管棚的顺否利施作，痕有必要采杂用套管跟爱进施钻，胀在套管保马护下顶进叠管棚钢管稍。铸Φ辆8来9昂的管棚钢揉管收需礼Φ慧108顷姨套管，原蝴设计葬的执Φ仪108靠音导向管就意不能满足搏施工需要温，因此导芹向管变更头为惧Φ源12同7锣钢管。施苦工事实证姿明，导向嘉管变更为赠管棚成孔此创造了有药利的条件帆。省

座4.2.填2劫到带钻头顶谷管挨

邀评采用套管赠跟进施钻培只能有效汉地解决悄前猾20鬼m砌坍孔、卡顶钻等技术港难题，因展为套管跟洞进越长孔喜壁周坍碴忧、碎石与浙管壁的摩彻阻力就越晓大，钻进体负荷扭矩史也越大，僵致使钻进斗困难，同份时也容易列产生管接叉头因扭矩据大而损耗啦断管等严漂重事故，初一旦发生进断管现象绍，则整个糖孔将被废霞弃。根据渴以往经验拍与现场试猾钻情况，而前取18验m狂采代用姐Φ绢10狱8海套管跟进传施钻，飘后戏8尊m泽采纺用旷Φ扎9帆0泽钻头钻进君，扛钻到设计永里程后，已在管棚钢椅管前端安疑装慕上鲜Φ此9湿0贴钻头，痛前峡18薄m吉套管保护刊下顶进，壶后属8间m极则钻进下佩管，待下贤管到设计弃里程后再足取出套管冈。竿

解4.2.台3头稍总体施工爪工序的调伙整叹

旦扁按设计，哈应首先进具行工作面黑预注浆，掩在此基础挥上进行管朝棚施工。拥但由于工咐作面注浆票量大，注数浆工作时登间长，造言成钻孔作降业空闲时婶间多。为适此，对施健工工序进五行了调羞整傍,午即在工作窝面注浆的薄同时穿插现进行部分活管棚孔的妥施工。但岛为确保周底边管棚孔洽的注浆加伤固效果，殖确定了穿址插管棚孔磁施工的原肤则是：遵业循设计时碎的工作面份预注浆超直前的原则档，即在进公行管棚孔奴施工时，掌同一水平渠线以下的奶工作面预因注浆已完武成，从而局防止周边陡管棚孔注染浆时浆液哈向坍碴空末洞内溢流归。总体施亡工工序的口调整为施面工工期争射取了时间到，同时也奖保证了周列边注浆加佛固效果。瓦

言4.2.夹4撤滩注浆施工怀的技术措跑施启

敢4.2.粱4.1迈焰改变浆液朝材料表

佩闲前期进行讲工作面预隔注浆时，程根据其注约浆目的是浑填充坍方顾体空洞，性对固结体缴强度要求谅不高，同忽时由于原代开挖的小随导坑留下袖的空洞较花大，采用亡较高强度穴的注浆材饰料不仅造愈成浪费，骄也为后来饥的开挖带阿来了困难缸。为此，蜡根据工作超面孔钻孔骗记录嫁，寻A女、遇I聋、鸟H短借三个工作津面预注浆购孔分别笼在瞧6券m皮、系10座m砖、辜17再m拳处厕有浊5针0土～酬120c皇m贴不等的架地空区，对蹦这三个孔御不同断位架的注浆材绞料进行了践变更，由钱原设计的涛水泥浆与督水泥砂浆丹改为粘土挤水泥砂浆荐。变更后帝的浆液含鹿粘土约立为防25%咽已，燕28廉d佩固结强度掏在瓜8扩～从13kg贱Pcm蚕2相柔，可满足末工作面稳去定的要求县，凝结时帆间约倍为冠3悠～章5粥d馆，流动性蝶好，不仅社降低了工缸程成本，稼也具有良猎好的填充根效果。三馋个孔三个债段别分别扰共计注入喝粘土水泥们砂拔浆术120m议3浙，约占空让洞总量谅的崭80勇%单。馒

厅4.2.甚4.2引停采用间隔脚注浆获得穗注浆加固涝效果在进差行管棚注剑浆时关键顿是获得管粪棚内外形燕成厚陷约谢2衬m偏的注浆加尝固圈，但程由于坍体夹内有许多覆块石相互压棚架，致弊使坍体内登空洞大而告多，这些树空洞有的所直接与坍我空区相连煮，注浆时球浆液在压监力作用下奖通过这些波空洞泄流勾至坍空区吐，而不能膀在管棚附异近均匀扩驴散，从而蜂使注浆加跟固圈无法猾形成。为征此，根据并经验采用扰间歇注浆身法，即当仆长时间注全浆压力上区不来时，牛说明浆液夏顺空隙泄追流至坍空呆区，这时悉将浆液凝丰结时间调灵整东至踏3瓶0季～眠50唉s筑，注匹浆距1悠～墓5mi鉴n夹，雀停锡40川s块，待原注笼入浆液初洋凝变稠后优再注，如宋此反复，形则原先的跟泄浆通道秋逐渐变小舱并最终堵办塞，浆液擦即在管棚扔周围达到喘均匀扩散胀的目的。奥

腊5料戒施工质量缺与效果评吨定阵

率(1)海余导向管外寺插角迁为白2弊°获～叮4省°叨，间董距夏2沾8巧～接33c肿m凤，满足设宏计与规范宝要求，为惑保证管棚晚制安精度烤创造了条植件。膝

搬(2)堆路管棚孔钻粒进过程中浑仅有一个牌孔打偏与挑另一管棚艺相次交萍,真仅占管棚厚总数乓的资2瑞%底。根据下已管记录，翅因卡钻、糊断管等原攀因将5戚2谁根管棚中姻只泛有区9向根共树计慢16m恳殃未顶进，玩仅占设计宵管棚总长改度佛的是1.1址%衣。根据开爪挖所揭示皂的情况，支管棚制安予基本达到党了整齐划煌一的要求猾，在开挖哭线外形成炸了稳固的渔护拱棚架她作用，总新体质量达放到了优。转

己(3)暮牲每二序孔搂钻孔时出凑现了全孔阳回水，钻当孔、下管徒容倍易堡,伪钻孔物中故有水泥凝识结块等现比象，与开袄始第一序滤孔钻孔时劳卡钻无回肝水形成了青对比，说皇明第一序荷孔注浆已粒起到了明瞒