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西南交通大学地下工程防灾控制原理论文.2011PAGE1压浆钢管式管棚法在隧道塌方处理中的相对适应性研究摘要:目前管棚工法在我国隧道施工中已被广泛采用,尤其在隧道塌方处理中更是起到举足轻重的作用,并且随着我国经济的快速发展,高速铁路、地铁、城市地下空间等都有了很大的发展,管棚法将面临越来越多的工程应用。但由于各方对该工法定义不同、未系统阐明其适应性等原因,施工单位对管棚法仍局限于教条,凭经验办事,无法使其发挥应有的作用。本文以压浆钢管式管棚法为例,简单从其加固机理及作用效用分析其原理,并运用大量工程实例论证,从而大致确定其在隧道塌方处理中的相对适应性。为有志于系统研究管棚法相对适应性者搭梯铺路。关键词:隧道;塌方;压浆钢管式管棚法;适应性1.引言塌方是在不良地质地段施工隧道时最常见的一种灾害性事故,当预防措施不理想,不可避免的发生后,使用合理的处理措施不但能降低延误工期、节省资金还可以防止塌方继续发展,减少工程质量隐患。近年来随着我国经济的飞速发展,管棚法施工已被广泛采用,使其预支护技术日趋成熟。但将其用于隧道塌方后的处理中仍局限于教条,无法从加固机理及作用效用上对其深刻认识,故有必要对管棚工法进一步研究,归纳其相对适应性原理,以便更好的指导现场,服务于施工。2.管棚工法的应用及发展2.1概念界定管棚工法是一种在隧道开挖之前沿隧道开挖断面外轮廓,以一定间隔与隧道平行钻孔、插入钢管,再从插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆,来增加钢管外围岩的抗剪切强度,并使钢管与围岩一体化,由管棚和围岩构成棚架体系的新的超前支护辅助施工技术[1]。在《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204-2008)中要求管棚长度一般10~40m,钢管直径一般70~180mm,中心间距宜为管径2~3倍,管棚外插角一般0°~3°,如图1。图1隧道管棚超前支护示意图目前工程中管棚法大致可分为四种方式:1、充填钢管式,2、压浆钢管式,3、喷射式,4、喷射钢管式。其中压浆钢管式管棚法在我们施工中较为常用。2.2工程应用管棚法是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进的新技术。自其诞生初便得到了大量的工程应用。不论是现在还是将来都将在地下施工中扮演越来越重要的角色。2.2.1管棚法的历史发展管棚法最早是作为隧道施工的一种辅助工法使用在不良地质地段。该技术首先诞生于20世纪70年代的比利时,当时在修建安特卫普(Antwerp)地铁站时受既有铁路车站影响,首次采用了管棚工法。随后在日本、美国和西欧等国被广泛采用。日本在八户市一段长180m的公路隧道中使用直径406.4mm,t=9.5m的长大口径管棚获得成功,我国铁道部第十六工程局在北京地铁西单车站施工中使用管棚法同样取得很好的效果,见图2。友图穴2皇抖西单毯车站渐施工棕示意焰图乡2.石2.绵2钓管棚霸法的亩现状剂分析拘目前滨管棚睛工法线因其麻安全渴可靠妖,针筑对性玩强,任已被件广泛柏应用欧于各马种地踪下工桥程赔。包傍括在进建筑健物密掉集,奶交通肿繁忙叛的城赏市中蛙心处名进行瓶地铁乖的暗暑挖施断工,点其预蚂支护打技术少日趋贪成熟残,尤晶其举随着谋近年学来国堡内外兆专家复学者育对其杀进行代了大合量研皆究,营均灯大大眨推进忙了管阴棚法世各方易面沙的迅构速发芽展删。逗目前售在日胶本,哈管棚润法已绕被公航认为春隧道忙施工孟中解床决塌赢方冒宏顶的庙最合御理、寇最有览效的弱方法榆。番2.拉2.兔3馆管棚悠法的偿未来下发展匠随着但我国性高速四铁路缸、城滩市地继铁的确快速炭发展涂,越帖江隧扑道、或跨海丧隧道娇的修品建以获城市纱地下开空间偶综合之利用降的飞锣速发覆展偏,祖管棚敞工法页将会认得到议越来盟越广侧泛的忧工程警应用验3每.凤本研沙究的史价值户及内五容胀在婚我国倍管棚拍法飞关速发牧展的幕现在迫,杜为躬更好护的指赢导现姑场施巧工,丙本文渣对四供大超涉前管缸棚施盾工法歉之一目的压驰浆钢京管式蚁管棚川法从请其加锹固机忆理、乌作用装效用跪两方志面进炼行天简单漫分析案并使繁用大宏量臭工程耻实例桨论证认,愈从而枯大致妥确定徐其在投隧道夕塌方壳处理涂中的哈相对揭适应璃性。岂为有泻志于救系统判研究纳管棚昨法相糠对适挂应性夕者搭没梯铺怨路。杀4哨.浪管棚解法的接施工健方法牌根据武成孔菊时钻拼杆是搂否跟休进,鲁管棚社法可未分绣为奥2红种:浴管棚杨引孔市顶入踏法和碑管棚粪跟管债钻进疼法在[灭2副]赞。其掀具体劝施工殖工艺笔流程贺图如四下勉图戴3扇管棚博引孔耀顶入柴法球图我4滴管棚任跟管如钻进税法睁5袄.束加固棉机理辆发生睬塌方匪事故井后的员隧道箱岩体争非常霞的冠破碎昂其败力学晴性能你与无姨粘结懒力的荡松散疗地以层相应似,魔此时艳的佛围岩种压力中主要怀表现拼为松锦动压向力。隔其代剖表性洋理论兵主要受有判1辰.没岩土狸自重雅理论作;天2拜.森岩柱荒理论还;荒3疤.线普氏触理论暂。烈岩土统自重倍理论殃适用妥于隧收道埋需深极糠浅,蒙认为外隧道亦洞顶解土压配力即夫为上堆部岩妖土自刘重。狡此时如可以清不考牲虑土抢壤内汤的抗混剪摩诚擦作杆用,避故计勺算出般的压摊力较滩为保爽守,前偏于社安全燕。Q=匠式愧中糠Q-雁洞顶舱荷载徐(扩kn槽/m箭2棕)仗;高-耀洞顶铸岩土亲比重恋(晚kn聪/m飞3蚕)周;勉H勿-均隧道推埋深超(昌m积)撑;统q床-冠地面畅荷载毙(依kn咏/m寄2堂)锁岩柱凭理论抚适用芦于浅韵埋隧劣道,减当顶卸部土壤体松晃动下秒沉时南,由偏于土晒体内捏的摩寒擦将丝带动爆两侧阅三棱扁体,为由于业埋深隐较浅吸无法辅形成妨自然他平衡剪拱,泰塌陷撒将扩支展至淋地表轨,形增成冒桂顶。Q=吹普氏掀理论芹适用避于埋绞深较魔深,鉴能形敞成自辩然平且衡拱古的隧愚道,红此时脊作用肥在洞其顶的誉围岩幻压力踢仅为掘平衡描拱内纪的岩嗓体自倾重。办式炭中省Q介-挥洞顶埋荷载彩(皮kn纳/m逼2昌)涨;蛮-区洞顶店岩土值比重湾(沈kn为/m发3挠)界;宣b性1饿-哨自然惩平衡聋拱高榴度遭(题m方)罪;望a乱1题-尽自然狐平衡禽拱的稀跨度坏(昂m立)仰;浩f话-老坚固底系数搬(普正氏认狗为梢f=胖0.辞1R线c青,持其袜中帮R肠c乳为单漆轴抗是压强波度鞋(个M卡p蕉a孟))粗6药.下作用萄效用衬目前认我们嫩对管逗棚预丢支护男的作餐用效喉用还铃不是杀很清桶楚,壳通常嘉的认花识是结将其壶工作怒效用派归纳弹为钢册管本榨身、徒浆液倦本身连和二棕者疤共同热作用乔下的岁棚架哑原理呢6.说1党钢管民的作惜用些因钢唉管式期先行拐设置永的,那在掘霞进时伏,钢霜管在合格栅巡与泰掌子诊面后阵方的图支撑抬支持妄下,顷形成酬梁式捉结构隆,起辜到防辜止围湖岩的锹松弛酱、卸崩塌摔的重答要作脆用,阵有效掏的向提高台了掌鉴子面忍和拱茧顶的来稳定鸦性。驾采用冲锚固尺体理唉论,椅钢管启的打管入从浪连接竞原理历、组思合原鸭理和奥整体娱加固察原理老三方尺面动加段强了赠岩体寒的苦结构遵力学格参数厌,起勿到了鸟提高坚围岩终整体奋受力圆性能蝇的改土良作荷用滋6.剪2谱浆液载的作亦用稀根据刑填充百注浆血理论修、渗全透性房注浆寇理论急、劈炉裂注刺浆理敞论和毙挤密模注浆构理论霞,在童化学鹊胶结会作用捏、惰恐性填傲充作芽用和坑离子质交换姥作用浅下,窄浆液滔可以悲改良首岩土逆的现返有的铸性质奉或从散根本堂上改恐变岩拴土的单物理绪化学桑性质案,从消而在住被注燥范围戚内产及生一拣种新浪的物妇质,倍形成终刚度男较大册的加地固圈数。沿6.瓜3谨棚架燃的作究用草管棚驳格栅掩和注杆浆加询固后替的围住岩构辱成一灶个棚大架支让护体生系,找它起户到了否三方旷面作吸用况:巩1污、控显制围远岩变剂形持;符2惜、扩校散围更岩压守力务;隙3降、适化当减租少围早岩开圆挖释浪放应祸力当总之妨,女钢管段与注秤浆的吓共同舅作用灾在围随岩中叹构成弹环绕罚洞顶其的厚循筒状颠加固党圈答,裤形成押强大瞒的预放支护禾加固垂体系沸,从钱而臣通过额提高悠岩体胆自身史特性怜增强堵其稳房定性宝,有截效敲的芬抑制消了袖围岩衡的松层动垮产塌。辱7限.谊工程景实例罗7.翠1肠海南徐省环怀岛高最速公客路青田岭隧妈道慌7.禽1.悄1奋工程棒概况骨该高蒙速公长路设五计为姓双线奖双车秩道,帐其中触青岭闷隧道晌右洞骡长劝11饱40民m度,开鲁挖高曾度走9.拦8坡m蜡,开敲挖宽叨度仪13镇m脆。骨7.室1.狱2享塌方当情况朗里螺程傲YK系30经4+孝03售8虽~苗06镜5住处爆缺破时顷发生谷塌方订,塌笛方长烦度旋27糠m胁,隧袄道拱遥顶以腹上塌犁方高丈度大茫约猜40杰m快,塌常方量馒约羊15帮00术0m分3打。塌洁方地奶段埋扭深赶75搭m予,岩衣石为视弱风锣化的跟英安急岩和搜少量劈的砂铜岩和碗泥岩照,洞住内地盾下水望不发崭育,六存在妻几条服断层悟破碎雁带。录7.自1.缩3旦塌方扒处理祥措施伏塌方步后,凳经研签究采邀用超亏前小筐导管增注浆疾加固码拱部德,然化后逐挪步清印渣,章并采汽用喷报锚网届的支启护手炭段。掌结果撇费者时蛾1却个月慎,开满挖掘象进刃3狭m值,出鹅渣侍35暴00需m蛮3船时,葡再次勺发生筒塌方砌,新贱的塌莫方渣迫体又将掩埋忧作业首地段舟,施鄙工完允全无币法进逢行。捷根据菜地赔震惯C申T辣层析画成像算法测慈出的蔑断层古破碎睛带构卵造情屡况分苦析和逃计算猾,决们定采珍用院长根30疤m磨,萄Ф谅12订7m脊m示的管徒棚,谷一次早跨币过浊27尸m秤长的辉塌体糟。嘴打设常管棚船前,副在拱委顶范芳围内颠共布家置粒1塔1砖个注哈浆孔茎,注屿单液食水泥英浆鱼11骂99渣m秀3潮,最沟大注招浆压邀力鲁为就5.破0M呆p萍a泊。币注浆饮完成笨后第份八天暴开始团施工伐管棚随。管谎棚布困设在司拱喂顶析14烟8青°是圆心技角范部围的祖外轮乖廓线匀以奉上徒35针c芒m栋处,罗管棚免中心切间距祥为蔑35严c拍m衫,管敲内设妹钢筋乞笼并济灌宗注号M3等0粱水泥霜砂浆庭,共虏布掩设嚼4侮5论根,蓬总齐长惰13泛50傻m歌。祥由于式塌体疫成细电颗粒弃的土奶状,洲故管抱棚完裁成后洲采用拾半断魂面开弱挖自新上而处下进姻行,觉下半夺断面需采用就大型狡机械蜻作业丑,安顽全快俭速。吨上部喷开挖蚀后随享即进畜行喷袭锚支售护,钟使用喘格栅眉钢架龟,间斩距恢1.膝0泉m赤,并奶配以迎钢筋境网。党二次我衬砌漏采用乏简易诚衬砌绩台车仿进行齐,每愤一循闭环长氧度笨4.辟0电~贤6.丸0m结7.翅1.气4酸塌方锋处理险效果食由于浮采用笋跟管炮钻进旬技术西安装蜓的长阀大管样棚,皇具有傻钢管后顺直腥、管咏径大妇,可歪承受偶巨大纺的塌沸体压关力,趋使整赛个处湖理过搅程在西安全镰可靠垫的条沃件下找有序臣进行骄,从厉开挖贼到支堵护及锅二次茶衬砌涨都没屠发生轿任何样意外白的安市全质耍量事诱故。谋整个存塌方狮处理灯耗忠时芝4押个月钱(其剂中注乖浆尊20玩d写,管删棚施沙工趋38做d腿,开徐挖、勾支护氏、衬竞砌尿63券d神)今7.抱2维红岩回隧道度7.盖2.厉1慕工程宅概况玩红岩骨隧道勒为云窃寿公孔路改关建工挎程泰殖顺至挣景宁吼间的迅双车牛道隧忘道,争是该嫌段改茄建公养路的移控制糖工程土。绍7.亦2.休2晕塌方街情况近当隧执道开行挖至银K1热1+锈64戚5浮遇到菌长达剧87烂m级的大钻断层梳时,按原施咏工单灰位采斜取下开侧壁门导坑乱掘进钥,导蠢坑断竖面约障5朴m*诵4m桌,采偷用加艳强喷号砼和斗抬棚纵架强死行通便过的僵临时地支护订体系怎。但州在随支后的勉扩大无断面许施工饼中,粗施工翁至桂K1拦1+息66商6尖.肺6树时,符原来骑由抬另棚支宏撑的提岩体功发生镰大坍悉方。自后采梨取不榆连续介的清撕碴办两法,库但每搂次清戴碴至暖工作碎面后油,又显发生薪塌方吩,恢兄复原绳状,娘并且异岩碴室由原顶先的辞粉末库状变趣为间务杂利1侄m斯~章3m记的巨膊大岩昂石,逐坍空俗区已哗延至角断层言外基冻岩影宗响带鲁,预扩计坍烤方高胆度在子50付m贱左右笛,长代共计洲18释m郑。断副层带孤岩性核由灰把色砂拳砾岩瞧、断毕层泥顶及断呢层角允砾岩炒组成建,岩适石呈腰角砾影状松酱散结字构,双岩体惑整体嫁性差仿,局版部有倦渗水芝,易误失稳烂,开役挖后叨坍方肃频发值。慎7.危2.以3苹塌方帆处理耽措施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