猛坝隧洞管棚超前支护措施

联系事由:关于猛坝隧洞出口改0+355～改0+320段洞室支护处理措施的报告我部组织猛坝隧洞出口改0+355～改0+320段施工过程中，该段横穿一座在建民房及黄蜡乡交通道路，埋深为6-9m，揭露围岩为泥加石，隧洞多处渗水，洞内垮塌，地表连续塌陷严重，洞室极不稳定，影响民房及道路安全；我部及时将此情况报告监理，设计、业主相关单位，并于2015年12月28日经现场查勘，四方联合决定，为保证施工安全，对改0+355～改0+320段不良地质洞室，采用以下处理措施：1、洞内垮塌部分1m范围内采用方木回填，地表冒顶及塌陷部分采用原状土回填至原地面，并修复原民房围墙垮塌的浆砌石基础。2、洞室一次开挖基础采用C10砼置换，厚80cm；洞室支护采用全断面钢支撑（18#工字钢）间距40cm，采用Ф25钢筋（间距0.5m）纵向连接；两侧边墙设φ25锚杆（L=4.5m）各2根，顶拱设φ25锚杆（L=4.5m）4根；边墙及顶拱布置φ108大管棚（单根长10m），间距35cm，纵向搭接为5m；防止管棚下方三角土体的塌落，边墙及顶拱布置φ42超前注浆小导管（单根长4.5m），横向间距为20cm，纵向搭接2.5m；挂双层φ8（@200×200）钢筋网；喷C20砼厚度为18cm；工程量以实际发生计。特此联系以备忘，请予确认。附：1、猛坝隧洞改0+355～改0+320段原地表至洞室的横剖图及地表建筑物平面布置图2、猛坝隧洞改0+355～改0+320段加强超前支护施工措施3、猛坝隧洞改0+355～改0+320段地表塌陷照片黔中水利枢纽一期工程桂松干渠C7标土建及金属结构制安工程（合同编号：QZSLYQ-003-SG-GSGQC7（01）-2011）猛坝隧洞改0+355～改0+320段加强超前支护施工措施浙江省第一水电建设集团股份有限公司黔中水利枢纽一期工程桂松干渠C7标项目经理部二0一五年十一月二十三日猛坝隧洞改0+355～改0+320段加强超前支护施工措施1、工程概述猛坝隧洞出口改0+355～改0+320段横穿一座在建民房及黄蜡乡交通道路，埋深为6-9m，揭露围岩为泥加石，隧洞多处渗水，为含水地层，隧洞开挖施工过程中洞内多次垮塌，地表连续塌陷严重，洞室极不稳定，影响民房及道路安全；对此我公司建议对该段特殊地段隧洞加强超前支护措施，从而形成复合稳定的固结体,使周围地层的力学性质得到改变,稳定性能得到加强,可以防止土层坍塌和地表下沉，且确保工程顺利进行、施工及周边环境安全，特制订本措施。2、隧洞加强超前支护措施本段隧洞浅埋段采用洞室一次开挖基础采用C10砼置换，厚80cm；洞室支护采用全断面钢支撑（18#工字钢）间距40cm，采用Ф25钢筋（间距0.5m）纵向连接；两侧边墙设φ25锚杆（L=4.5m）各2根，顶拱设φ25锚杆（L=4.5m）4根；边墙及顶拱布置φ108大管棚（单根长10m），间距35cm，纵向搭接为5m；防止管棚下方三角土体的塌落，边墙及顶拱布置φ42超前注浆小导管（单根长4.5m），横向间距为20cm，纵向搭接2.5m；挂双层φ8（@200×200）钢筋网；喷C20砼厚度为18cm。结合我公司以往隧洞施工经验，加强超前支护措施采用超前支护体系能够有效地限制地面沉降，并全面地保持自然地层在稳定状态下开挖隧洞；超前支护体系采用大、小超前管棚相结合方式，大管棚超前支护技术加固地层、稳定拱顶及掌子面，对抑制地面沉降有非常重要的作用。管棚注浆与小导管补充注浆法结合，除具有大管棚的特点外，能够防止管棚下方三角土体的塌落，这种长短结合的预支护效果更为理想。3、大管棚支护的主要作用和优点3.1梁拱效应先行施设的管棚，以掌子面和后方支撑为支点，形成一个梁式结构，二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构，可有效抑制围岩松动和垮塌。3.2加固效应注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中，使松散岩体胶结、固结，从而改善了软弱围岩的物理力学性质，增强了围岩的自承能力，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。3.3环槽效应掌子面爆破产生的爆炸冲击波传播和爆生气体扩展遇管棚密集环形孔槽后被反射、吸收或绕射，大大降低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。3.4确保施工安全管棚支护刚度较大，施工时如发生塌方，塌碴也是落在管棚上部岩碴上，起到缓冲作用，即使管棚失稳，其破坏也较缓慢。4、大管棚支护的设计根据相关规范（《铁路隧道施工规范》）规定：管棚用钢管直径宜为φ70-φ127mm；钢管中心间距宜为管径的2-3倍；管棚长度应根据地层情况选用，不宜小于10m；纵向两组管棚的搭接长度应大于3m。管棚支护参数可按工程类比法及以往公司经验进行确定，并在施工中根据实际情况调整。4.1管径的选择大管棚管径介于φ89-φ159mm，工程中多用φ108mm的钢管，环向间距以不大于3-5倍管径为宜。管棚钢管的选择根据计算结果和技术经济因素分析，对于支护条件要求较高的松软地层，应选取φ127mm钢管，土体凝聚力较高的粘性土，可选取φ89mm钢管，一般土层在多数情况下选取φ108mm钢管，本段为一般土层选用φ108mm钢管。4.2管棚钢管环向间距的确定针对不同情况合理设计，钢支撑布置间距根据塌方体的松散与开挖难易程度及施工效果，可在40-80cm范围内调整选择，特殊情况下需加密，本段确定为40cm间距。根据对实际的地质条件、工程断面尺寸、埋深等影响因素的对比分析，大管棚管径φ108mm，管长不超过40m为宜，本次设置为10m一循环，单节钢管长1.5m，以丝扣连接，丝扣长150mm；环向间距一般不大于3-5倍管径为宜，本段设置为35m，特殊情况下需加密。4.3外插角的合理确定角度过小，将可能导致管棚远端下垂至隧道开挖幅员内影响后期施工；相反，角度过大，管棚离开挖幅员距离过大，管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难，还应根据管棚钻机工作室空间大小，以及钻杆长度等情况综合考虑确定，长管棚仰角取1º-3º。4.4管棚布置形式采用门形布置：隧洞除底部外，布置成半圆、侧壁的门形。用于隧洞基础是稳定的，断面内地层及上部地层不稳定的场合。如下图：5、超前大管棚支护超前大管棚采用Φ108mm，壁厚6mm的钢管（上海宝钢R780）。管棚与钢支撑配合使用并从支撑腹部穿过。在拱架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，外插角约3°，以不侵入隧道开挖线越小越好，孔径比管棚钢管直径大20～30mm，钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。钢管上入岩部分梅花形布置Φ12mm注浆孔，注浆孔间距15cm。钢管方向与路线中线平行，间距为35cm，纵向搭接长度为5m。5.1超前大管棚钻孔钻孔采用志高420-2型履带钻机，管棚施工对钻孔方向(空间位置)的精度要求很高，终孔测量一旦发现孔斜或超出设计允许偏差，会妨碍邻近钢管的钻设，造成洞体形状参差不齐，支护效果不好等结果；若钢管下沉到一定程度，开挖时还需要切除，造成间隔增大，易坍塌。为此，钻进时可采取中压给进、中等转速、中等循环液量钻进；钻孔平面误差径向应控制在20cm内，角度误差小于1°以免因孔径过大而造成管棚钢管偏斜和向下弯曲。在实际施工中水平钻孔弯曲一般较难避免，因此除提高管棚定位精度外，可再给以适当的上抬量(根据现场地质情况定)，以补偿部分钻孔下垂量。钢管的安装：管棚钢管在跟进过程中要派专人进行套接加长，管棚相接时，保证管棚中线在同一轴线上，顺丝拧紧，不应出现扭曲现象，并确保连接头与管棚钢管丝扣紧密结合，不出现不同轴、偏心现象。考虑到钢管受力、结构整体及施工方便等因素，同一断面内的钢管接头数一般不大于50%，且相邻钢管的接头位置至少错开1m，常用的作法是将钢管按奇、偶编号，可确保钢管接头错开，钢管接头采用丝扣连接。钢管的分节长度为1.5m，管壁加工梅花状透浆孔，管棚安装可采用人工或机械下管的方式。5.2超前大管棚注浆注浆：管棚注浆是管棚施工的关键环节之一，注浆效果的优劣同样影响着整个管棚体系的施工质量。因此，注浆要根据地质情况选用合适的浆液、压力和合理的流量，在注浆过程中压力小则注不进，压力过大则会造成地面外鼓、崩裂，在浅埋地段对地面建筑物造成影响。灌浆采用纯压式单孔灌浆法，全孔一次性灌浆，根据经验值灌浆压力为0.5MPa～3.0MPa，压力表安装在孔口处进浆管上；浆液水灰比按1、0.8、0.6三个比级进行。灌浆泵为扬程YC系列双液注浆泵。注浆时，一般采用先低压、中流量注入，注浆过程压力逐渐升高，注浆流量逐渐减少；当压力升至终压时，继续压注5min，再结束注浆。为保证施工质量，为防止出现塌孔或注浆窜孔，可在钻孔时隔孔位钻孔，加大孔与孔之间的距离，待注浆完成凝固后再钻相连孔位，这样可有效保证钻孔和注浆质量，管棚和注浆混凝土形成厚拱，实现管棚纵向成梁、横向成拱的承载作用。为减少相邻管孔注浆间的相互影响，注浆顺序通常采用由下往上，左右对称进行；但由于塌体内有许多块石相互支架，致使塌体内空洞大而多，这些空洞有的直接与塌空区相连，注浆时浆液在压力作用下通过这些空洞泄流至塌空区，而不能在管棚附近均匀扩散，从而使注浆加固带无法形成，为此，根据经验采用间歇注浆法，即当长时间注浆压力上不来时，说明浆液顺空隙泄流至塌空区，这时将浆液凝结时间调整至30-50秒，注浆1-5分钟，停40秒，待原注入浆液初凝变稠后再注，如此反复，则原先的泄浆通道逐渐变小并最终堵塞，浆液即在管棚周围达到均匀扩散的目的。