隧道坍塌自进式管棚支护施工技术

隧道坍塌自进式管棚支护施工技术

马晓君

中建四局第一建筑工程有限公司基础设施分公司贵州省铜仁市554100

摘要：首先对隧道坍塌自进式管棚支护施工技术进行研究。然后结合实际工程从隧道冒顶坍塌情况和“隧道坍塌自进式管棚支护施工技术”操作流程及要点进行分析。最后提出采用自进式管棚注浆支护施工技术对隧道冒顶坍塌治理的优势。希望隧道坍塌自进式管棚支护施工技术能在公路施工行业大力推广，对隧道不良地质施工也有借鉴作用，为今后公路隧道施工提供参考。

关键词：隧道；冒顶坍塌；自进式；管棚支护

1工程概况

凉水井隧道位于贵州省六盘水至威宁高速公路牛棚镇境内，为高速公路分离式特长隧道，全长3500m；隧道净宽10.25m，高度5m，设两侧检修道，端墙式洞门，洞身采用新奥法施工，进洞支护方式为注浆长25m的管棚，洞内超前支护为注浆长4.5m的小导管，洞身初期支护采用长3m的系统锚杆、直径6.5mm的钢筋网片、工字形钢拱架或钢筋格栅拱架、C20喷射混凝土，仰拱采用混凝土填充，二次衬砌为C20钢筋现浇混凝土；隧道围岩级别分为Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。

2隧道冒顶坍塌状况

隧道左洞施工过程中距洞口950m处发生大规模冒顶坍塌，从掌子面涌出松散坍方体沿主洞长16m，坍方体约800m3，掌子面距洞顶表面埋深75m，地表塌陷8m直径的陷坑；将坍方清除后，若采用常规的支护方式不可行，经过调查和研究，采用管棚加强支护的方式通过坍塌段，常规的管棚施工是需先将围岩体成孔后再将钢管顶入孔内，但是整个坍塌段为松散体，无法施作管棚孔（坍孔）；为此，通过思索、调查和研究，首创采用隧道自进式管棚支护施工方法。

3施工技术基本原理

凉水井隧道大规模坍塌冒顶，掌子面围岩极差，为松散体，采用自进式管棚注浆进行加强支护；钻杆和套管（直径108mm）均为内外丝分节段接长，3m为一个节段；将钻杆穿于套管内，钻进过程中套管跟进；钻头采用偏心装置钻头，钻出的孔径大于套管的外径1.5cm，因钻头内装有正反装置，当钻头反转时，钻头回正为不偏心，可将钻头收敛缩小从套管内取出；钻杆为空心管，气压通过钻杆流至钻头，将孔渣从套管内吹出；钻杆和套管进尺一个节段，将钻杆和套管接长，直至钻完一个根管棚的长度，将钻杆反钻从套管内取出，以此循环施工将全部套管打入前方围岩形成管棚；管棚打入完成后，对管棚加压注入水泥浆液；管棚周壁打有注浆孔，浆液通过注浆孔分散渗入周围松散围岩体内将其凝固形成稳定圈，待注入的浆液达到设计强度的85%，对掌子面进行短进尺开挖及支护；管棚根总长为15m，确保有足够的长度嵌入前端围岩内作为搭接段，管棚每根长度根据实际地质情况确定。图1为自进式管棚逐段接长原理图。

图1自进式管棚逐段接长原理图

4工法操作流程

（1）将坍方体清除，掌子面喷射混凝土封闭，厚度15cm。

（2）钻管棚孔，采用液压潜孔钻机，型号YQ—100B、耗气量为10～12m3/min、使用气压为0.8～1MPa；钻孔直径比套管直径大1.5cm；钻杆及套管3m为1个节段加长，套管跟紧，外插角控制为10～15°，管棚环向间距30cm。

（3）一个管棚孔施作完毕，套管顶到位，钻头反钻，将钻头回正缩小，取出钻杆；按此方法循环将所有套管打入形成管棚。

（4）导管注浆，注浆顺序由下向上，浆液用拌合机搅拌均匀。水泥标号42.5，水泥浆水灰比为1︰1，注浆压力0.5～1MPa。

（5）待管棚浆液凝固达到设计强度的85%，对掌子面短进尺开挖掘进，开挖进尺每循环控制为1m，不超过两榀钢拱架（钢拱架设计间距为50cm）。

（6）一轮开挖进尺完成，及时施作初期支护，初期支护混凝土达到强度85%，按着下一循环管棚施工，以此循环，直至穿越坍塌松散段，进入隧道正常支护掘进。

5操作要点

（1）套管制作，采用外径108mm钢管加工，用切割机切断，将断口打磨平顺，严禁用电焊或氧割等粗糙方式切断套管；套管分段钻丝完成后，先在加工场地上按整根管棚长度预拼装完成，进行编号，套管预拼装成整根长度平放时，平面翘曲小于2cm。

（2）将套管穿过固定拱架中上部打顶入孔中，尾端外露20cm固定，与钢架共同组成预支护体系。

（3）钻孔过程中套管必须跟紧接长，避免裸孔过长造成坍孔。

（4）管棚注浆后需待浆液凝固达到设计强度85%后才能对掌子面开挖掘进。

（5）钢拱架连接钢筋安装完毕后尽快进行喷射混凝土作业，以使钢拱架与喷混凝土共同受力，分层进行喷射施工，先从拱脚处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚不密实，造成强度不够，拱脚失稳

（6）掌子面开挖需短进尺掘进，每循环开挖进尺不超过1m，避免开挖过长而临空面过大造成坍塌的危险。

6效益分析

采用自进式管棚注浆支护施工技术对隧道冒顶坍塌治理，与以往传统的支护治理方法相比，具有以下较好的效益：

（1）传统方法常采用逐模现浇混凝土支护松散围岩，造成施工成本增加，施工不安全，而此方法解决了隧道坍塌采用管棚支护松散体的难题，施工工序简单化，操作简便、快捷，从而节约施工成本，又能减小施工安全风险。

（2）自进式管棚施工，解决了在松散体内难以施作管棚导孔的问题，将钻孔与管棚顶进采用一道工序一次性完成，施工工效倍增，加快隧道坍塌治理施工进度，从而节约工期。

（3）自进式管棚注浆支护施工技术对隧道冒顶坍塌治理有显著的支护效果，结构稳定可靠，保证隧道施工的质量和安全，确保隧道施工顺利通过坍塌段，所产生的经济效益和社会效益较好；常规施工方法对这种不良地质隧道施工根本不能实现，很可能造成重大的安全事故，损失程度不可估量，不安全，不能实现目标。

（4）此施工技术不仅适用于隧道大规模冒顶坍塌的支护治理，也可适用于隧道其它不良地质施工的解决方案，为今后公路隧道施工提供参考。

7结语

通过凉水井隧道发生冒顶式坍塌治理采用了自进式管棚支护施工技术的实践，可总结出本施工技术有很多优点，此施工方法与传统的治理方法相比节约了施工材料，有节约资源的价值，大部分工作量采用机械作业，从而减少人工洞内工作量，降低安全风险，施工周期短，加快施工进度，节约人工费和设备使用费，降低施工成本。本施工技术不仅可运用于隧道冒顶式坍塌的治理，对隧道不良地质施工也有借鉴作用，在公路隧道施工中有较高的推广价值。

参考文献：

[1]黎建华.软岩隧道中跟进式管棚超前支护施工技术[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2012（2）：164-165.

[2]魏杰.自进式锚杆管棚在隧道塌方中的应用[J].山西交通科技，2014（6）：52-54.

[3]李锦华，向可明.自进式管棚在隧道溶洞处治中的应用[J].西南公路，2012（1）：39-42