采用管棚法处理特大坍方段的应用技术

摘　要：管棚法处理特大坍方段具有良好的施工效果，但该工艺施工难度较大，因此研究管棚注浆施工工艺对保证施工质量，提高经济效果具有深远意义。

关键词：开挖；衬砌；导管；注浆
0 引言
　　管棚法是处理不良地质段坍方情况现象较为成功的方法之一，其是通过向破碎围岩内高压加入水泥浆液以固结岩体，改善围岩性质并提高围岩自稳能力，并通过注浆管与围岩间紧密粘接而起到加筋的作用，该工艺可显著提高围岩的承载能力而具备广泛的应用前景。
1 管棚法处理特大坍方路段应用技术
1.1 工作面预注浆
　　为保证施工中管棚钻孔方向的正确并给其提供足够的支撑力，保证在开挖过程中工作面的稳定性，多在管棚施工前采取长孔注浆的方式加固工作面坍方段，长孔注浆多采用分段前进式孔口注浆，所注浆液多为水泥单液浆，并可在其中掺加速凝剂以加速浆液凝固，在长孔注浆施工前应先施工止浆墙以阻止浆液渗流现象。
1.2 长管棚制作与注浆
　　在安设导向管前应先架设工字钢架，并通过预先对每根导向管计算的首尾端坐标值用经纬仪和水准仪测定钢管具体位置，并在焊好U型套管及放置导向钢管并固定，后方可浇筑混凝土护拱；管喷一般沿拱部开挖轮廓线外布设，并近水平钻孔，钢管应分节顶入，各节管间以丝扣连接，钻孔应一次成孔，若有个别部位不能成孔则应先注入少量双液浆后再钻进，下管过程中应避免接口处于同一断面，并要求钢管接口与两侧相邻钢管接口错开一定距离，为兼顾管棚刚度、注浆凝胶时间和浆液冲填的密实度应分多次注浆，且应在钻孔下管完成后立即进行注浆，以便于能够在钻进相邻孔时可作为当前注浆孔的检查孔，并应将所有管棚钢管内填充水泥砂浆以加强钢管刚度[1]。
1.3 周边小导管安设及注浆
　　为保证管棚质量应略向上倾斜，此即在管棚下方形成一个较大的三角体，在管棚制安及注浆工作完毕后可利用周边小导管进行超前注浆加固补强以保证开挖过程中三角体的稳定，小导管一般采用无缝钢管并在一端开孔，各管的环向间距为60-75cm，小导管注浆时应采用分段后退式注浆，并应分别注入C-S浆液和水泥单浆液来造设止浆壳体以限制后注单液浆的扩散范围，并可防止单液浆的流失，在后注入段注入单液水泥浆以保证固结体具有较高的强度和良好的耐久性，便于小导管补强注浆能进一步提高坍方固结体强度，同时又能起到超前支护和注浆锚管的双层加固作用。
1.4 开挖与初期支护
　　开挖与小导管注浆应穿插进行，即每注一个循环后开挖一定距离，每开挖一个循环则应立即挂网喷射混凝土来进行初期支护，开挖应分上下半断面短台阶分布施工，并应控制台阶长度不超过5m，开挖进尺应在0.5m左右，同时由于坍方体高度不明而不能准确计算开挖后的洞室变形及结构承载力而应尽量扩大开挖断面；开挖可采取人工用铁铲或风镐进行，对于有基岩或巨大岩块外露部位采用松动爆破后再实施人工开挖，开挖时上半断面采取预留核心土环形开挖来保证掌子面的安全和稳定性，下半断面则应采用左右错挖马口形式开挖，马口的错开长度一般应控制在3-5m，下半断面开挖成功后应及时清理底部以便于仰拱施工，并确保初期支护能够及时封闭；支护一般采用格栅拱、锚杆、钢筋网和混凝土的联合支护体系，喷射所用的混凝土应随伴随用，并应按照批量制作为砂浆试块，在进行压力灌浆时应从底孔返浆并应保证一定的工作压力以保证能够将内部气水排除，当浆液从孔内外溢时应用止浆塞将孔口封闭后继续灌注，且边灌注边拔出注浆导管，并保证在浆液固化前不准移动锚索。初期支护应在开挖后及时进行以减少断面开挖后围岩的暴露时间，及时进行仰拱施工以使结构能够尽快封闭成环以改善洞室内结构的受力条件[2]。
1.5 边墙开挖及衬砌
　　上半断面开挖及衬砌完成后应进行边墙开挖及衬砌施工，边墙开挖过程中应防止掉拱并防止边墙坍塌，因此可采用管棚法进行边墙注浆，即沿上半断面底线以上0.5m左右部位钉入一排管棚，后以一定压力注入水泥浆以保证混凝土拱能够与围岩连接为一体，该方法既可防止边墙坍塌，且即使边墙坍塌也不会向拱部发展[3]。
1.6 后期维护
　　开挖和支护完成后应结合地梁的放线位置用风镐开凿地梁基槽，并按照设计进行钢筋绑扎、模板支护和混凝土浇筑，待地梁和锚孔内混凝土强度达到一定后应进行锚索张拉锁定施工，张拉过程应严格按照二次张拉，第一次和第二次张拉均应按照中、上、下的顺序进行，但应控制两次张拉时分级荷载不同；张拉锁定完成后应将多余的钢绞线切割掉，并用混凝土将锚头包裹防腐。
2 常见问题及解决措施
2.1 施工中常见问题
　　在管棚法处理坍方段施工中常见施工问题主要包括卡钻、掉钻头、坍孔及顶管困难等现象，导致该类现象的主要原因为坍方段多为碎石、角砾石等松散无稳定性岩类，该种岩类则宜导致钻孔和成孔困难，同时施工中因密排架的存在而影响导坑内填充密实度，浆液向空洞内冲填时不能对开挖起到稳定的作用而宜导致浆液渗漏。
2.2 主要技术措施
　　由于坍方段一般岩质情况较为复杂而易形成坍孔和卡钻现象，因此可采用套管跟进施钻以在套管保护下顶进管棚钢管以保证管棚的顺利施工；但若套管跟进距离到达一定长度后则孔壁周围坍渣、碎石等同管壁的摩阻力也越大，钻进负荷扭矩则也越大而增大了钻进难度，当该扭矩达到一定值后则会导致损耗断管等现象，一旦断管发生则整个钻孔将被废弃，因此可采取带钻头钻进施工，即钻至设计里程后则在管棚钢管前端安装钻头，并在前段钻进时套管保护下顶进，后段则可钻进下管待下管至设计里程后方可将套管取出。
　　传统施工中应先进行工作面预注浆后在此基础上进行管棚施工，但施工中往往由于工作面注浆量大，注浆工作时间长往往导致钻孔作业空闲时间多，因此可在工作面注浆的同时穿插部分管棚孔的施工，但在穿插管棚孔过程中应遵循设计的工作面预注浆超前的原则进行以确保周边管棚孔的注浆加固效果，即在施工管棚孔时确保在同一水平线下的工作面预注浆全部完成以防止周边管棚孔注浆时浆液能够向坍塌空洞内溢流，调整该工艺施工既能保证加固效果又可缩短工期。
　　由于前期工作面预注浆是为了填充坍方体空洞，而对固结体的强度要求在较低，并且原来开挖的小导坑留下的较大空洞中若注入高强度材料则会导致浪费，并且会增大后期开挖难度，因而在该部位可将水泥砂浆

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改为粘土水泥砂浆，既可保证流动性又可降低施工成本，同时有良好的填充效果；在注浆过程中的关键环节是在管棚内外形成2m左右厚的注浆加固圈，但坍方内因块石间相互棚架而形成的空洞导致注浆过程中浆体在压力作用下渗流至坍空区而不能实现在管棚附近均匀扩散而影响加固圈的形成，因此可采用间歇注浆，即长时间注浆压力不能上升时则表明浆体已经渗流至坍空区，该种状况下可调整浆体凝结时间，待原来注入浆体凝结后在进行注浆，如此反复进行则可将原来的泄浆通道逐渐变小而最终堵塞，最终实现浆体在管棚周围均匀扩散。
参考文献：
[1]董新平.软弱地层中管棚作用机理及及管径因素研究[D]．同济大学，2006
[2]曹桢楹.管棚及注浆加固在隧道坍方治理中的应用[J].隧道建设,2004年6月.
[3]吴全立.采用管棚法处理特大坍方段的应用技术[J].西部探矿工程,2003年第2期.

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