管棚注浆支护

管棚注浆支护（精选7篇）

管棚注浆支护 篇1

摘要：介绍宜万铁路马鹿箐隧道DK255+978特大型溶腔, 在泄水完成后, 采用大管棚超前预注浆支护措施成功通过溶腔的施工技术。总结了施工过程中岩溶治理措施, 为今后同类工程施工提供一定借鉴。

关键词：大管棚,支护,溶腔

1 工程概况

新建宜万铁路马鹿箐隧道地处鄂西新华夏构造的金子山复向斜东翼的单斜地层中, 岩层走向北东, 倾角平缓一般5°~15°。四方洞向斜, 轴线方向总体为NE30°~60°。隧道一线全长7879m (DK251+273~DK259+152) , 线路左侧30m预留二线位置, 设集施工地质超前探测、施工通风与排水、开辟工作面及运营期间排水等多功能的贯通平行导坑一座, 平行导坑长7853m, 增建二线位于平导位置。隧道主要不良地质为突水、突泥、断层破碎、瓦斯及天然气、高地应力、溶洞及暗河, 预测隧道最大涌水量为81万m3/d, 正常涌水量17万m3/d。一线隧道DK255+925~DK255+978段为大型溶腔发育段, 溶腔通过泄水洞完成泄水后, 在隧道范围内充填物主要为淤泥质黏土夹碎、块石、孤石。

2 涌水过程

隧道出口在平导DK255+992掌子面, 采用帷幕注浆对该段进行注浆加固后, 进行开挖。2006年1月21日掘进至DK255+978, 放炮半个小时后, 隧道顶部发生坍塌, 随即大水涌出, 水势极大, 将平导内重达18吨的矿车与4台电瓶车冲出100m外的坡底、淹没了洞外施工场地和设备物资、冲垮了临时场地挡墙, 并将300m外的民房冲毁, 瞬间出水量达200m3/s, 最高每小时达72万m3, 累计涌水达100多万m3。

3 溶腔发育形态

突水后, 设计和施工单位对溶腔进行了详细勘探, 探测到溶腔水位高于隧道顶部120米, 探明了溶腔内充填物性质和溶腔发育形态。确定采用泄水洞方案, 对溶腔水进行排放。利用旱季时间对溶腔充填物采用帷幕注浆和大管棚预支护措施进行加固后通过。

4 大管棚施工技术措施

4.1 大管棚设计参数

管棚长度32米, 采用直径Φ108, 壁厚5mm的热轧无缝钢管, 环向间距30cm。管棚每节长度3米, 每节之间采用丝扣连接, 丝扣长度15cm。管棚头分别采用4.5米和3米长度的交错使用, 确保接头不在同一断面。管壁钻注浆孔, 孔直径12mm, 间距20cm, 梅花形布置。管棚内穿钢筋笼, 钢筋笼采用3根Φ22钢筋制作, 钢筋之间用Φ42钢管固定。

4.2 管棚施工

4.2.1 钻孔定位

由于钻孔较密, 孔间距只有30cm, 所以钻孔定位精度至关重要, 不然就会出现管棚之间相互交错无法钻进或者管棚侵限现象, 达不到预期支护效果, 影响后期施工安全。为了准确定位, 我们制作精确的钢拱架两榀, 前后两榀钢架从小到大, 确保管棚向周边的外插角3°。在钢拱架周边焊接管棚定位导向管, 导向管采用Φ150热轧无缝钢管, 长度2米。

4.2.2 钻孔

钻机按照导向管角度准确定好位, 进行牢固加固后方可进行钻进, 防止钻机在加压后挪位, 出现偏差。钻孔中保证钻孔用水的水量和水压, 这样能够有效冲出钻渣, 避免出现卡钻、堵孔现象。我们钻孔采用ZDY3200S钻机, 开始用Φ133钻头和Φ90的钻杆钻进, 由于溶腔内填充的为淤泥质黏土夹有碎、块石, 成孔比较困难, 管棚钻进安装困难, 后来我们采用在钻头上加1根管棚管, 后边再加Φ90的钻杆钻进, 这样成孔效果比较好, 也不用清孔, 管棚安装速度大大提高。在钻孔过程中, 我们还遇到有碎、块石时卡钻比较严重, 无法钻进, 遇到这种情况, 我们不停的前后反复钻进、洗孔, 但一定不能加压钻进, 否则会出现偏孔或者钻孔前后都无法动的情况, 那样就废孔了。

4.2.3 下入钢筋笼

在管棚安转完成后, 在管棚内穿入钢筋笼, 增加管棚的整体性和抗弯性能。钢筋笼提前制作好, 3米一节, 每节之间采用双面搭接焊, 焊接长度15cm。

4.3 管棚注浆

管棚注浆主要目的是增加管棚的抗弯性能, 同时加固管棚周边的松散填充物, 在管棚周边形成一圈整体帷幕加固圈, 既增加了管棚的承压能力又加固了开挖范围填充物, 确保了施工安全。钢筋笼安装完成后, 对管棚采用TGRM浆液进行注浆, 浆液配合比采用1:0.6, 该种浆液凝胶时间只有1h35min, 可以有效控制浆液扩散范围, 防止浆液流入泄水洞, 造成泄水通道堵塞, 且不能起到加固开挖范围的效果。为了有效控制浆液扩散范围我们还严格控制注浆速度不大于5m3/h, 防止浆液发生劈裂脉向远处跑, 同时注浆严格按照“定量定压”原则控制, 注浆终压2MPa或者注浆量超过20m3/孔, 就停止注浆。

结束语

通过超前帷幕注浆加固和大管棚预支护措施, 我们顺利通过了特大充填型溶腔。管棚支护技术通过松散溶腔充填物的关键点在于注浆, 首先, 通过帷幕注浆降低充填物的含水率, 让其具有一定的自稳能力和强度;最后, 通过管棚注浆在周边形成加固圈。这样才能很好的发挥管棚支护的作用。

参考文献

[1]铁道第四勘察设计院, 马鹿箐隧道DK255+925～+976段溶洞处理设计 (宜万施27标隧通 (2008) 字第14号) , 2008.

[2]张杰, 四川眉山915勘查施工公司, 重庆真武山隧道大型管棚施工技术, 2000.

管棚注浆支护 篇2

关键词：地表注浆,超前管棚注浆,预加固

1 工程概况

庙岭隧道设计为分离式隧道结构型式, 左线起迄桩号为K26+095～K28+220, 长2125m, 右线起迄桩号为YK26+070～YK28+155, 长2085m, 属长隧道。隧道洞口地质条件复杂, 围岩风化严重, 节理裂隙极其发育, 隧道开挖时易产生滴水及渗水现象, 且易发生坍塌。

针对庙岭隧道洞口不良地质情况, 为保证隧道安全进洞, 施工中采取两种预加固方案:对洞顶浅埋段采取地表注浆。地表注浆横向范围为隧道中线至两侧边界, 距离为9m, 注浆钻孔深度为地面至隧道开挖轮廓线外0.8m的距离, 开挖轮廓线外侧部分支护至隧道底部附近;在暗挖洞口采用超前管棚注浆支护。以40cm间距布设37根Φ127×5mm的导向管, 同时使用潜孔钻机以相对于洞轴线方向1°的外插角钻入30m长钻孔, 每个钻孔顶入30m长Φ89×6mm的热轧无缝钢管, 再用注浆机对每个钻孔注入体积比为1∶0.5的水泥-水玻璃双浆液, 终压维持在1.5MPa保持5min, 直至注满。这样使浆液在破碎岩体中充分扩散, 既可以保证洞顶围岩形成整体, 又可以利用注浆大管棚对开挖轮廓线破碎围岩进行强有力支托, 很好地保证隧道安全进洞、暗洞口段的安全开挖。

2 地表注浆及超前管棚注浆施工技术

2.1 参数确定

2.1.1 预加固区范围

庙岭隧道洞口围岩极差, 隧道开挖后, 围岩的应力状态变化很大, 无法充分发挥其自承能力, 极易失去稳定。根据地质勘探资料及隧道尺寸, 按岩体力学和弹塑性理论计算出隧道开挖后围岩的压力分布结果, 确定其塑性破坏区的大小, 即极限平衡区的范围。计算公式为:

R=r[ (γH+Cctgφ) (1-sinφ) / (Cctgφ) ] (1-sinφ) (2sinφ)

式中: R—极限平衡区半径 (m) ;

r—隧道换算半径 (m) ;

C—岩体的内聚力 (kN/㎡) ;

φ—岩体内摩擦角 (°) ;

γ—隧道洞口顶部岩体的密度 (kg/m3) ;

H—岩体的重心高度 (m) 。

计算出假设原岩体应力场为静止应力场时距隧道中心的极限平衡区半径R, 进而绘制出隧道洞口围岩加固范围示意图 (见图1、图2) 。

2.1.2 注浆压力

根据地质勘探资料, 对洞顶地表注浆预加固区域沿横向以间距1.5m布设13个测点, 沿纵向以间距3m分为11个断面, 由测量人员按此布点进行精确测量, 记录好各测点标高, 再根据算出每个断面各测点钻孔深度。根据以往注浆施工经验, 并考虑到该围岩注浆为缝隙注浆, 地表注浆及超前管棚注浆压力均取1.0～1.5 MPa。

2.1.3 注浆量

为达到真正的围岩岩体加固效果, 必须保证每个注浆孔的注浆压力及注浆量。

注浆总量可由理论计算确定, 也可通过试验取得近似数据。在隧道洞顶选中一点, 按相同参数 (注浆管直径、压力、配比) 对岩体进行注浆试验, 取得洞顶岩体实测充填率 (注浆体积占孔隙体积的比率) 及岩体孔隙率 (见表1) , 由此可得出每个钻孔所需注浆量, 进而计算出该区段所需注浆总量。

q=ηα[ (3d/2) 2- (d/2) 2]×π+π (d/2) 2

式中:q—地表注浆量 (m3/m) ;

η—被加固围岩的孔隙率 (%) ;

a—充填率 (%) ;

d—钻孔直径 (m) 。

(1) 地表注浆总量Q1=m1q

式中: Q1—地表注浆总量 (m3) ;

m1—地表注浆总长度 (m) 。

(2) 超前管棚注浆总量Q2=m2q

式中: Q2—超前管棚注浆总量 (m3) ;

m2—超前管棚注浆总长度 (m) 。

注浆过程中, 要达到终压1.5MPa, 同时要保证注浆管不得低于设计值的95%。

2.1.4 浆液配合比及凝结时间

根据注浆所需的压力、岩体的孔隙率及注浆加固范围、岩体种类等参数, 经试验室试验, 确定出水灰比以及水玻璃用量等, 选定最佳配合比。

由于洞顶注浆类型基本为缝隙注浆, 为使浆液凝固时间缩短, 浆液中要加入适量水玻璃。为了便于注浆, 同时也使浆液快速加固围岩岩体, 凝结时间暂定为60s左右。在浆液拌制时, 水玻璃应最后加入 (注浆参数见表2) 。

2.2 钻孔及注浆方法

2.2.1 地表注浆预加固钻孔及注浆方法

(1) 钻孔方法

由测量人员测绘出预加固区域, 做好标记, 施工人员对该区域进行清表处理, 清除地面杂草、浮石及浮土, 以保证安全施工, 同时为保证钻孔成孔及防止地表冒浆, 以使注浆压力满足要求, 在该区域地表设置止浆盘。止浆盘采用200mm厚的双层Φ6钢筋网, C20喷射混凝土, 钢筋网网格间距为300×300mm, 止浆盘设置范围至周边孔外2m。止浆盘施做完成后, 按测量数据布设钻孔。注浆孔按梅花形布置, 孔间距为1.5m。钻孔采用风动冲击旋转式潜孔钻机进行钻孔;钻杆采用分节连接形式, 每节1m, 根据钻孔深度接长钻杆;钻头直径为Φ60mm的合金钻头。注浆管为直径50mm的钢管, 壁厚5mm, 前端钻花孔, 钻孔直径为8mm, 间距为100mm, 梅花形布置, 尾部500mm不设花孔。支立好钻机后, 按布设钻孔点位进行钻孔, 钻孔过程中, 根据测量数据计算所得的钻孔深度值控制钻孔深度, 达到钻孔深度后, 分节拔出钻杆, 同时下入注浆花管。按同样方式施作其它注浆孔。

(2) 注浆方法

待注浆花管全部下入后, 对孔口与注浆花管间空隙用高强砂浆进行封堵, 施作完成后, 开始对钻孔进行注浆。注浆顺序:先注低侧周边孔, 后注高处周边孔, 先外围后内部。为防止冒浆, 施工时对注浆孔进行间隔注浆, 适当延长相邻两注浆孔先后施工的间隔时间, 待前一注浆孔浆液基本凝固后, 再开始后一孔的注浆。注浆时用Φ30mm高强胶管套住注浆花管, 并用铁线固住, 开动注浆机泵送浆液, 通过孔眼把浆液压入周围岩体内。注浆初始压力为0.5～1MPa, 终压为1.5 MPa, 直至压满为止, 并维持注浆终压力5min。按上述注浆顺序和注浆方式对其它注浆孔进行注浆。

2.2.2 超前管棚注浆预加固钻孔及注浆方法

(1) 钻孔方法

先在暗挖洞口处暗洞开挖轮廓线以外施作C25混凝土套拱, 套拱内埋设2榀I18工字钢。测量人员在工字钢外弧面测设出隧道中线, 沿隧道中线向两侧以环向间距400mm布设37根Φ127×5mm的导向管, 导向管在考虑隧道纵坡的情况下以相对于洞轴线2°以外插角进行固定。导向管固定好后, 对套拱进行C25混凝土浇注。待套拱混凝土达到设计强度的70%时, 开始进行管棚钻孔施工。钻孔所用钻机与地表注浆预加固所用钻机一样, 只是钻头型号不同, 大管棚钻孔所用钻头直径为Φ110mm的合金钻头;注浆管为直径89mm的热轧钢管, 壁厚6mm, 前端钻花孔, 钻孔直径为12mm, 间距200mm, 梅花形布置, 尾部3000mm不设花孔。

调整钻机进行钻孔, 钻机立轴方向必须准确控制, 以保证孔口的孔向正确, 每钻完一孔便顶进一根钢管。钻进过程中要经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度, 发现偏斜较大, 要及时纠正。

(2) 注浆方法

基本与地表注浆相同。

注浆前先对孔口封堵。用5mm厚钢板焊接在导向管 (Φ127×5mm) 尾端, 在钢板上部贴近导向管管壁割一直径为20mm的圆孔, 在圆孔处焊接15cm长、直径为20mm的钢管, 注浆时用Φ30mm高强胶管套住Φ20钢管进行注浆, 同时在尾端做一止浆阀, 便于封堵。为防止串浆, 注浆顺序也采用间隔注浆。

2.3 注浆效果检查与评定

注浆结束后对注浆结果进行检查与评定, 不合格的应补钻孔重新注浆, 检查方法如下:

(1) 对注浆过程中的各种记录资料进行综合分析, 判定注浆压力和注浆量变化是否合理, 是否达到设计要求。

(2) 设检查孔, 工作面预注浆每段设2～3个检查孔, 对检查孔进行钻芯取样, 观察浆液充填和凝固硬化情况。

(3) 检查测量孔内涌水量, 一般地段应小于0.4L/min·m, 且某一处漏水量小于10L/min。

注浆检查合格后, 方可进行隧道暗洞洞身开挖。

3 结束语

管棚注浆支护 篇3

煤炭是中国经济发展的主要能源。目前, 国内浅部煤炭资源因持续开采已大量减少, 矿井的开采深度越来越深, 很多煤矿开采深度已进入到1 000 m~1 500 m。深部资源与“三下开采”将成为今后煤炭开采的发展趋势。矿井深部施工过程中遇到的煤层、急倾斜煤层、软岩层、构造破碎带及表土层段斜井过大型建筑物、铁路段、河床段等, 一旦发生顶板冒顶事故, 非常危险。管棚预注浆超前支护技术以其施工工艺简单、施工速度快、成本低、安全可靠、风险小及质量好等优点在急倾斜煤层、软岩层、构造破碎带等施工过程中得到了广泛应用。本文以山西兰花百盛煤业有限公司主斜井井筒横穿老河床下部流砂层为例简单介绍了管棚预注浆超前支护技术在实际工程中的应用[1]。

1 工程概况

兰花百盛煤业公司矿井位于山西省高平市西北约10 km处, 主斜井井筒设计全长416.9 m。井筒净断面17.32 m2, 倾角16°, 表土段及风化基岩段采用双层钢筋混凝土砌碹支护, 厚度500 mm;稳定基岩段采用锚网喷支护, 喷层厚度150 mm。

主斜井方位角29°, 掘进方向为南北方向并列于东西方向, 河床为东西走向, 井筒的施工正好横穿于河床下部, 地表有一条排水沟和一条老河床, 水文地质条件复杂。老河床下部主要地质构成为粗沙、黄土和鹅卵石, 当井筒施工至115 m~189 m段, 井筒横穿河床时出现大量涌水现象, 导致流沙层塌落下陷, 致使井筒无法继续施工。

2 工程治理方案的确定

兰花百盛煤业公司矿井主斜井井筒所掘地层是泥质流层, 目前国内常采用冻结法施工, 但冻结法造价过高。为降低成本, 设计针对主斜井井筒涌水情况, 经过现场勘查、水文地质资料研究分析, 决定对工作面进行注浆治理, 采用管棚配合注浆通过。其方案为:

a) 沿巷道拱顶及两侧实施管棚支护, 第一循环的支护管长10 m, 后续工程支护管长, 根据实际情况确定, 钢管间距400 mm, 钢管采用114 mm无缝钢管, 每接长2 m, 丝扣对接丝扣长60 mm, 114 mm无缝钢管孔内排列第一根为实管, 第二根为花管, 依次类推向孔口排列;

b) 针对未揭露段, 先进行预注浆处理, 注浆结束后, 进行钻孔检查注浆效果, 检查孔未出现涌水后, 开始进行掘进, 如出现涌水进行二次壁后注浆, 注浆后再检查, 最终达到不出现涌水为目的, 循环进度为10 m, 以后根据实际情况确定注浆长度进行施工 (每掘进一个循环工作面至少遗留2 m已注浆的岩体进行下个循环注浆工作) ;

c) 注浆材料采用双液水泥浆, 结合化学注浆材料, 浆液渗透、扩散岩层渗水裂隙, 达到加固、封堵出水目的;

d) 注浆完成后采用人工手镐、风镐开挖, 挖掘方式从上自下台阶式开挖, 挖掘时先将U型钢支架位置开挖出来, 开挖长度不得超过400 mm, 开挖完成后支架架设29U型钢支架, 棚间距中对中500 mm, 架与架之间采用Φ18 mm的圆钢5根拉杆连接, 腿底挖200mm、长宽均为300 mm柱窝固定, 采用片石砂浆铺设, 防止支架下沉、偏移;

e) 巷道浇筑支护, 巷道底板为砂质泥岩, 为防止底板下沉, 片石砂浆 (M10) 铺底厚500 mm, 其中两墙基础铺底厚200 mm, 采用C30单层钢筋混凝土铺底厚300 mm (纵、横钢筋为18#螺纹钢、间距300 mm) ;

f) 支护形式, 管棚注浆+U型钢棚+喷射 (含钢筋网) 混凝土+钢筋混凝土浇筑, 如遇特殊情况可调整支护方式。

3 管棚注浆超前支护施工步骤

3.1 止浆墙的施工

掘进工作面前先做钻场, 按设计尺寸向巷道轮廓线外扩挖沟槽, 垒砌一道止浆墙, 止浆墙两边用料石垒砌, 中间空槽浇筑混凝土;垒砌前, 将巷道出水的地方, 安装引水管将水导出;止浆墙垒砌过程中, 根据设计方位、倾角, 在巷道荒断面外250 mm~400mm之间预埋孔口管, 孔口管外露500 mm, 事先焊接一个带有丝扣的接头, 止浆墙垒砌好后喷射混凝土把巷道与止浆墙周边衔接的处填平, 凝固24 h后, 先把预埋导水的引水管注浆封堵, 加固止浆墙。

3.2 管棚钻孔施工

在掘进工作面拱部荒断面外300 mm~500 mm周边均匀布置管棚钻孔, 管棚孔间距为400 mm, 深度为10 m;布孔:管棚预注浆采用“周边孔与中部孔”相结合的布孔法, “周边孔”使巷道净断面外5 m范围内固结成整体, “中部孔”对整体进行补强注浆加固;将地表土层破碎带岩层裂隙用浆液充填饱满固结成坚固整体, 把管棚与巷道周边围岩固结成坚固整体;造孔:施工止浆墙的同时, 按设计方位、倾角预埋好“周边孔”的孔口管;“中部孔”不预埋孔口管, 直接在墙上施工;搭好工作台, 把钻机吊运到工作台上固定牢固;施工钻孔, 遇到破碎泥土层不进时, 反复扫孔, 反复注浆, 直至施工至设计深度。

3.3 管棚钻孔洗孔施工

造孔达到设计深度后, 连接洗孔管路, 用高压水把钻孔内泥浆及钻屑清洗干净。

3.4 管棚安装施工

把管棚钢管慢慢下到孔底, 把预埋孔口管上的法兰盘与管棚钢管上的子母扣法兰盘对接严实, 用螺栓固定;其余注浆钻孔成孔后, 安装伸缩型封孔器, 并把封孔器上的大螺母拧紧, 使胶垫与钻孔周边充分啮合密实, 把管固定牢固。

3.5 管棚预注浆施工

安装注浆管路, 根据注浆情况随时调整流量、浆液浓度, 注浆时让管棚孔中浆液顺着钻孔向外回浆, 使管棚管周围充满浆液与注浆后土层或破碎带形成坚固整体, 注浆压力达到设计注浆压力, 即可停止注浆;然后按照上述步骤循环, 施工一个管棚孔, 安装一个孔, 注浆一个孔, 直至注浆结束;工作面管棚预注浆10 m, 掘进7 m、预留3 m超前距;向前掘进后, 再次管棚预注浆时, 按上述步骤施工, 不再施工止浆墙, 在工作面迎头直接喷射混凝土即可, 直至巷道施工完该区段为止。

4 施工主要参数与设备

4.1 钻孔及布置

超前预注孔布置间距400 mm, 孔深第一循环10m, 其后根据情况确定。注浆孔管径为Φ114 mm, 管口水泥封孔长500 mm, 每米花管12个花孔。

4.2 注浆方式

注浆顺序:实施先两帮再顶板的注浆顺序, 双液水泥浆一次性纯压注浆。

4.3 注浆材料及主要性能

选用水泥双液注浆, 根据岩层的渗水原因选用注浆材料, 在岩层孔隙较小的情况下选用化学材料, 岩层存在大裂隙及空隙时选用水泥浆液。

4.4 注浆压力

注浆压力是推动浆液在含水层裂隙及溶洞内运动、扩散、充塞压实的动力。是注浆参数中最重要的参数之一, 亦可人为控制, 从而达到预期效果。一般来讲, 注浆压力可人为控制, 注浆压力应由低向高逐渐过渡, 在注浆刚开始的前几个孔, 注浆压力要控制低一些, 一次注浆达不到终压而注入量较大时, 可在低压下结束注浆, 而后复注, 直到本孔段达到终压, 后注孔, 因岩层的大中裂隙已被充塞, 初期压力就较高, 因此注浆初压常要提高到2 MPa, 以保证注浆效果。注浆压力的主要影响因素是岩层裂隙大小, 浆液的浓度和注浆量。裂隙大小不易控制, 所以通过掌握浆液的浓度的变化及调节泵量的大小来控制压力的变化[2]。

4.5 浆液注入量计算

在施工过程中, 注入的浆液在地层裂隙内形成一个基本的封闭的注浆帷幕, 消除含水层段渗水。注入量采用下列公式计算:

式 (1) 中, a为浆液损失系数, 取1.2~1.5;n为岩石裂隙率, 取1%~3%;b为浆液充填系数, 取0.9;m为浆液结实率, %;v为需充填注浆体积, m3。

正常情况, 浆液扩散半径为2 m, 由于实际地质岩性黄土较多, 故扩散半径范围应在500 mm以内。

4.6 注浆结束的标准

a) 一般认为实际浆液注入量大于或接近设计计算的注入量;b) 注浆压力呈规律性增加, 并达到注浆设计终注, 经改变浆液的种类配比后仍不能注入浆液, 即停止该孔注入;c) 达到注浆终注时的最小吸浆为:10 L/min~20 L/min;d) 水泥浆液维持注浆终注和最小吸浆量的时间为30 min~45 min停止注浆[3]。

4.7 注浆钻机及注浆设备

HGY-200型钻机1台、BW-160泥浆泵1台、1 m3搅拌机1台、ZBY3/16-22煤矿用液压注浆泵1台。

4.8 注浆工艺流程

a) 按水泥、水玻璃材料进行配比, 通过吸浆管将浆液吸入注浆泵, 经出浆高压管混合注入钻孔;b) 管路耐压试验, 当注浆整套系统完毕后, 开泵打清水, 逐渐加压到压力表升到0.5 MPa, 并维持10 min~15min不泄压为合格;c) 含水层压水试验, 管路耐压合格后, 将回浆管闸阀打开, 对含水层做压水试验。据压水试验资料中, 单位钻孔吸水量确定浆液起始浓度和各种系数。并绘制P-Q曲线图分析;压水试验结束并符合要求后, 立即注浆。注浆时一般先注入少量稀浆后逐级加浓;d) 注浆作业, 根据水泵的压水流量, 决定注浆孔的起始浓度及凝结时间。按注浆材料的配制方法配制所需的浆液, 然后开始注浆, 当浆液注入渗水裂隙后, 注浆人员要根据注浆压力表的变化及注浆量的变化, 对各项注浆参数进行控制和调整;e) 打钻、注浆记录的整理, 主要记录浆液的消耗量、注浆时间等数据;f) 巷道清理, 工作面注浆结束后, 冲洗孔留下的残留物等。

5 结语

通过对兰花百盛煤业公司矿井主斜井井筒横穿河床的流砂层段进行管棚注浆超前支护, 在含水地层可形成一个不透水的注浆帷幕, 消除井壁淋水, 同时, 可形成一个牢固的支撑环, 有效阻止软弱围岩的坍塌, 提高矿井安全生产的可靠性。

参考文献

[1]黄德发.地层注浆堵水与加固施工技术[M].北京:中国矿业大学出版社, 2003.

[2]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社, 2006.

管棚注浆支护 篇4

1 工程概况及突泥实况

1.1 工程概况

6号隧道位于黔桂铁路东江站—都街站间,全长2 788 m,隧道围岩为Ⅳ级～Ⅴ级,丘陵剥蚀地貌,覆盖层主要为第四系全新统(Q4)黏性土,下伏基岩为石炭系中统下统大塘阶(C1d1+2)页岩、砂岩夹炭质页岩、灰岩、泥灰岩及泥岩等地层,出口端为石炭系中统(C2)厚层状灰岩。DK145+580为一推测断层,局部层间软弱破碎带发育,可溶岩与非可溶岩接触带岩溶较发育。隧道出口浅埋段覆盖层较厚,为弱膨胀土,地表水较发育,地下水主要为基岩裂隙水及部分灰岩段岩溶水。

1.2 突泥实况

当出口端上导坑掘进至DK145+538里程时,掌子面在出渣过程中发生突泥现象,在极短的时间内突泥量达1 400 m3。突泥过程中,破坏初期支护20 m,并先后挤压破坏初期支护格栅钢架30榀。2 d后,在突泥段地表形成直径达15 m,深6 m的塌陷坑。突泥体为软塑状黏土,含水量大,并夹杂少量溶石,直径最大达4.5 m。

2 突泥原因分析

突泥灾害发生之前持续了5 d的降雨,降水极易从地表渗入地下,对围岩产生了两方面的影响[2]:1)降雨导致覆盖层土体中的孔隙水压力和含水率增大、渗透压力增大,致使下层黄黏土软化,最终达到饱和而呈流塑状,具有很强的流动性;2)降水改变了围岩的力学性质,土体由于吸水软化,抗剪强度降低,内聚力下降。从总体上来说土体的自重增加和强度下降对隧道围岩的稳定性造成不利影响,当达到一定程度后势必会造成灾害的发生。由于对隧洞围岩情况不明,施工中仍然采用了爆破施工,爆炸荷载对围岩产生了扰动,对围岩造成了损伤,在内外因素共同作用下直接导致了隧道突泥的发生。

3 施工方案

根据地质条件,通过多方案比选后,对突泥段沿开挖轮廓线外设置长32 m的ϕ89大管棚进行超前支护,并结合小导管环向和超前注浆,采用中隔壁法施工对突泥段进行加固处理的方案。

3.1 管棚参数设计

由于突泥体岩性不均,综合比选不同钻机性能,选用MGJ-50型潜孔钻机,施工中,先用钻杆套上冲击钻头引孔,而后将钻杆退出,换装有硬质合金钻头的ϕ89钢管无水钻进,沿开挖轮廓线外,钻设与隧道轴线平行的钻孔,而后插入一定直径的钢管并向管内注浆,固结周边的围岩,并在预定范围内形成棚架的支护体系,为确保棚管能穿越突泥体并进入前方稳定岩体中一定长度,管棚设计长度为32 m,直径89,厚为6 mm的热轧无缝钢管制作。管棚起始里程为D3K145+557,施作前先在D3K145+559～D3K145+557段架设护拱,护拱由5榀Ⅰ20型钢标准拱架组成,间距40 cm,护拱架设到位后,在其外缘安装棚管导向管,导向管直径为108。管棚仰角设计为5°,并综合考虑仰角和外插角对棚管导向管进行精确定位,间距45 cm。护拱与导向管布置示意图见图1。

3.2 小导管的加工制作

小导管的制作加工按图2的结构要求进行。导管的前端加工成圆锥形并予以封闭焊接严实,管身设若干泄浆孔,孔径为8 mm～12 mm,孔距20 cm～30 cm,梅花形布置,后端1 m范围不设泄浆孔,距管尾10 cm～20 cm处设加固环,并要保持管身平直。

3.3 小导管注浆参数的确定

1)注浆扩散半径。

注浆扩散半径可根据导管密度和现场地质条件试验确定。 考虑到注浆范围相互重叠为原则,小导管间距按下式计算:

L0=(1.5～1.7)Rk (1)

其中,Rk为浆液扩散半径,m,通过现场多次试验,Rk定为40 cm。

2)注浆量计算。

单根导管注浆量:

QL=πR2kLηαβ (2)

其中,Rk为浆液扩散半径;L为小导管长度;η为土体孔隙率;α为浆液有效填充率;β为浆液损耗系数。为简化计算,将α=0.7～1.0,β=1.1～1.4的乘积假定为1,式(2)可简化为:

QL=πR2kLη=Vη (3)

其中,V为注浆有效围岩体积。

3)注浆压力确定。

突泥体主要为流塑状黏土,颗粒小,天然含水量为31%,该黏土渗透系数小于10-6cm/s,过去一般认为对于渗透系数小于10-6cm/s的黏土或断层泥注浆是难以获得成功的,但随着高压注浆设备的诞生,实践证明,采用高压劈裂注浆,加固流塑状黏土是完全可行的。当注浆压力超过黏土初始压力时,浆液便能劈开粘泥而充填在粘泥之间,在高压下黏土经过挤压慢慢脱水,经化学反应,水泥凝结后与脱水粘泥组成具有一定稳定性的胶体结石体,同时,在高压劈裂注浆过程中,要注意浆液的流失,因此,必须控制浆液凝固时间,控制初压,工作压和终压,这是成功的关键。经计算和现场反复试验,突泥体流塑状黏土高压劈裂注浆的初压定为0.5 MPa～0.7 MPa,工作压为1.2 MPa～2 MPa,终压为3 MPa～4 MPa。

3.4 注浆材料选择

因隧道内无涌水,故选用425号普通硅酸盐水泥配制单浆,浆液水灰比为0.5∶1～1∶1,一般采用0.7∶1,以先稀后稠为原则,当失浆严重时,可掺入适量速凝剂或水玻璃。

3.5 注浆效果检评

注浆后经实际开挖验证,流塑状黏土变成了被浆液结石网络的固结土体,其容重由17.2 kN/m3提高到18.6 kN/m3,含水量由31%降到22%,抗压强度也大幅度提高,有效地控制了结构周边收敛和拱顶下沉,实测拱顶下沉最大值不超过2 cm,确保了施工安全和结构稳定。

3.6 突泥段施工

突泥段采用了中隔壁法施工,开挖顺序见图3,工字钢拱架支护,每架由7节组成,拱部2节,左右边墙各2节,仰拱部1节,各节间采用连接钢板、高强螺栓连接。开挖与小导管注浆交叉进行,每循环进尺为0.6 m,开挖使用人工掏挖,禁止使用爆破,以减少对围岩的扰动。

4 结语

1)根据开挖后的监控量测数据分析可知,长管棚注浆施工在洞口围岩松散地段发挥了整体支护效果,杜绝了围岩坍塌及地表大幅度下沉,保证了开挖后围岩的基本稳定。

2)在溶蚀破碎带、岩溶断层、突泥以及其他不良地质条件下开挖隧道,施工期间的地质超前预报是不可缺少的。随着工程地质的变化,及时采取相应的不同的开挖方式和支护手段,确保隧道的安全施工、预防突泥与塌方的发生具有重要的指导意义。

参考文献

[1]于洪泽.隧道施工中塌方监测技术[J].公路,2002,9(9):157-160.

[2]王迎超,尚岳全,李焕强,等.浅埋隧道出口塌方机理分析[A].第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C].2009:493-498.

[3]程良奎.岩土加固实用技术[M].北京:北京地震出版社,1994.

[4]梁炯鋆.锚固与注浆技术手册[M].北京:中国电力出版社,1999.

管棚注浆支护 篇5

1超前预支护技术中管棚法与冻结法联合使用优缺点

联合使用管棚法与冻结法的实例非常少, 但具有不错的前景: 管棚支护可以有效控制沉降, 降低施工对上部管线的影响, 但是防水能力不足;冻结法可以有效地挡土防渗, 但采用人工冻结法施工后, 地层温度场、位移场发生改变, 使地层产生冻胀融沉, 过量的冻胀融沉会对地表建筑物、交通和地下管线产生破坏作用, 影响城市居民的正常生活甚至造成灾难性破坏。准确预测冻胀、融沉引起的地层变形, 研究有效控制冻胀、融沉的方法已成为冻结法应用于地铁以及城市岩土工程急需解决的关键技术问题。由于实际地下工程不确定性较高, 故往往综合两种甚至几种地基加固的方法进行处理, 从而提高地基加固的有效性, 满足施工要求。综合使用水泥土加固法和冻结法有明显的优点:水泥土的承载能力得到进一步的提升, 土颗粒间的结合力得到增强, 并具有良好的抵抗破坏的能力, 土体渗透性降低, 从而限制了水分的迁移, 使融沉量得到控制。不同工法相辅相成, 互相弥补不足之处。从目前所掌握的资料来看, 国内外对全断面注浆管棚法和冻结法单独加固工法的研究已经比较全面, 但联合加固工法研究还很少, 考虑的因素十分有限, 需要加以研究。

2联合加固关键技术研究内容及研究成果

2.1地下通道加固方式比选研究

结合本工程, 在对比分析现有加固方式的基础上提出一种全新的复合加固方案———管棚与水平冻结联合加固的方案。方案以水平冻结为主, 形成水平冻结帷幕挡土挡水;为了节约成本, 摈弃全断面水平冻结的方案, 在开挖断面采取全断面注浆的工法, 以保证开挖掌子面稳定性;暗挖顶部受高压电缆影响, 结构尺寸顶部离管廊距离较近, 仅可布置单排冻结孔, 积极冻结30天, 冻结壁厚度远达不到所需强度要求, 而增加管棚加固即保证其在冻结施工以及开挖施工中的稳定性, 又克服冻结法施工中冻胀融沉现象对重要管线的影响。

2.2全断面注浆管棚与矩形水平冻结加固技术研究

在明挖基坑及结构施工阶段, 承载高压电缆槽的管棚支护支撑于两侧封堵墙, 后期中间基坑开挖之前, 两侧封堵墙需凿除, 封堵墙凿除后管棚支护失去着力点。在两侧结构顶板封顶, 对接部位顶板预留插筋, 根据顶板与管棚钢管之间高度, 在对接处顶板部位各施做一道承载梁, 管棚支护钢管伸入梁内, 支撑梁达到设计强度后, 完成支撑体系的转换。

矩形冻结壁位于地下通道暗挖段外, 冻结孔初步按水平角度布置, 冻结孔数共101个, 冻结壁设计厚度2m, 冻结壁平均温度不高于-10℃。

2.3冻结温度场及冻胀融沉实测研究

实时监控包括冻结加固范围内温度场、冻结孔去回路温度和去回路盐水流量的变化, 以及冻土壁表面温度的监测。冻结结束初期, 部分地表点有所抬升;之后地表开始沉降, 地表沉降趋势较为平缓; 从第20天左右开始, 部分测点沉降速度急剧加快, 并保持一定的沉降趋势, 直至监测结束。最大沉降发生在DB33-1点位置处, 累积沉降量为7.2mm, 最小融沉量发生在DB32-3点位置处, 累积沉降量为3.1mm。

2.4典型土层冻胀融沉特性研究

粉土补水状态下的冻胀率增长得最为显著, 比封闭状态下的冻胀率大近1倍, 粉质黏土次之, 粉砂最小。由于地铁轨道沿线涉及的土层大多数在地下水位以下, 有充足的水源补给, 因而在冻结法施工中需要注意岩土冻胀对周围环境的影响。

2.5抑制冻胀控制融沉技术研究

当水泥掺入比为10%时, 最大融沉量2.6mm, 小于5mm, 为原状土的25%, 达到了抑制融沉的效果。但考虑实际工程中注浆施工的不均匀性, 建议在黏土加固中使用10%-15%的掺入比, 以保证最大化发挥改良效果。在工程实践应用中, 在土质较差, 且环境要求较高时, 建议仍然使用全断面注浆。

2.6矩形水平冻结通道开挖受力变形与参数优化研究

降低冻结壁平均温度对冻结壁的竖向位移有很好的控制作用, 冻结壁平均温度降低5℃, 对冻结壁整体的刚度和强度有一定的提高, 位移有一定的控制。有管棚时, 温度降低到-15℃, 使得隆起位移减小6.2mm, 相当于底部冻结壁增加0.6m的效果。且有管棚注浆支护比无管棚注浆支护对位移控制效果更为明显。

2.7全断面注浆管棚与矩形水平冻结加固联合加固结构介绍

全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构, 其结构包括矩形冻结壁, 矩形冻结壁的上方是一排冻结孔, 矩形冻结壁内的冻结管两侧及底部各布置两排冻结孔, 冻结管内的冻结孔的上部是泄压孔, 矩形冻结壁内外两侧设有测温孔, 矩形冻结壁的上方是管棚, 矩形冻结壁内的冻结管外围是地下通道初衬, 冻结管内围是地下通道二衬, 矩形冻结壁内外两侧、地下通道二衬是全断面注浆区域。

结束语

通过项目研究, 掌握了不同施工方法对高压电缆的影响程度, 研究成果形成的地下通道管棚技术+ 矩形水平冻结联合加固工法, 解决了地下通道 (隧道) 施工安全下穿越敏感性结构的难题, 可确保施工安全, 降低工程成本的同时可确保相关电缆在不停止供电的条件下施工, 大大降低了停电对社会造成的影响。联合加固工法能有效解决软弱土地区地下开挖对近距离管线等构筑物的保护问题, 与其它工法比较, 更可靠, 更安全, 社会效益显著。

摘要：以南京地铁十号线TA02标梦都大街站东侧一号出入口为工程背景, 通过理论分析, 现场实测, 室内试验和有限元数值模拟等综合研究方法, 研究形成地下通道全断面注浆管棚技术+矩形水平冻结联合加固工法, 以期解决地下通道 (隧道) 施工安全下穿越敏感性结构的难题。

关键词：注浆管棚超前支护,水平冻结加固,联合加固,技术研究

参考文献

[1]钟新樵.隧道及地下工程专题技术一地下工程浅埋暗挖法[D].成都:西南交通大学, 1998.

管棚注浆支护 篇6

在隧道施工中, 洞口浅埋段围岩一般比较破碎、地质条件差, 如何采取有效的施工方法进行加固, 对隧道施工的安全进洞以及今后的运营安全都具有至关重要的作用。因此, 国内外隧道工程技术人员都非常重视洞口段的设计、施工。近些年来, 随着环保意识的加强, 隧道洞口大都提倡尽量减少对岩体的扰动, 以提高洞口段岩体和边仰坡的稳定性, 减少地质灾害。我国对洞口段设计、施工作了规范性要求, 强调“早进洞、晚出洞”, 尽量避免大挖大刷, 在保持边、仰坡的稳定下, 及时施作洞门, 通常采用地表预注浆、超前大管棚注浆等预加固手段下施工。

本文通过对厦门大学人行隧道洞口浅埋段预加固设计、施工方法的介绍, 说明采用地表预注浆、超前大管棚注浆加固在I、II类围岩地层中的应用。

1 工程概况

1.1 隧道概况

厦大人行隧道位于厦门岛东南部, 西起厦大校区芙蓉园学生食堂, 沿途穿越厦门狮山, 隧道进口里程为K0+168, 出口里程为K1+182, 通道总长1014m;隧道净宽为8m, 净高5.1m。隧道按新奥法施工工艺进行洞身结构设计。其中位于厦门大学校园内的进口洞口段主要由填筑土和强风化花岗岩组成, 洞口覆盖层厚约3.0m, 围岩极为破碎;洞口K0+168~K0+175段洞顶地表为一既有道路, 道路下为人工堆积的废石渣、碎石土等建筑垃圾, 较大地改变了原有地形;洞口K0+175~K0+191段洞顶为厦大仍在使用的学生食堂———石井餐厅, 该餐厅为三层框架结构, 总建筑面积近2000m2。原设计方案采用对既有道路及石井餐厅拆除后进行接长明洞施工, 明洞长23m。但开工前经过实地勘察, 结合现场实际情况, 设计单位从施工安全、投资造价、环境保护等方面, 对明挖法和暗挖法进行了方案比选后, 确定将明挖变更为暗挖施工。暗洞采用地表注浆预加固及大管棚注浆超前支护等工程措施, 使得石井餐厅得以保留, 为厦大及市财政直接节约资金近300万元, 取得了良好的经济和社会效益。

1.2 工程地质概况

厦大人行隧道隧址区地质构造主要受燕山及喜马拉雅山期二次构造运动的影响, 发育了以北东向、北西向为主的断裂带, 同时受到岩石构造和岩脉穿插, 以及断层带的影响, 节理裂隙发育、破碎。隧址区岩体主要为燕山期花岗岩, 受构造运动和风化作用影响, 岩体中节理、裂隙较发育, 同时隧道走向与本区节理裂隙多数呈斜交。隧址区地下水主要赋存、运移于基岩风化带 (主要是强风化带) 及构造破碎带的裂隙中, 一般地段为基岩裂隙水, 水位受地形、地貌影响, 变化不大。隧道进口洞口段为浅埋地段, 埋深约3m, 洞身主要为强风化花岗岩, 成岩作用差, 裂隙发育, 围岩稳定性差, 隧道开挖时, 若受剧烈震动或处理不当, 拱部会出现大的坍塌, 侧壁易失稳。此外, 开挖后拱顶下沉量也将比较大。

2 预加固方案的选择

2.1 预加固的目的

由于厦大人行隧道进口段埋深浅, 覆盖层薄, 地质条件差。受降水影响, 洞口易失稳;围岩无自稳能力, 地基承载力差, 若采用明挖施工, 工程量大、工期长。设计单位根据国内外经验, 结合现场实际情况, 从施工安全、投资造价、环境保护等方面, 对明挖法和暗挖法进行了方案比选后, 将原设计的明挖施工变更为暗挖施工, 并采用地表预注浆、超前大管棚预注浆等综合预加固措施, 以达到安全、经济、顺利进洞。

由于工程地质与水文地质的不同, 对洞口段预加固的目的也有所不同, 通常有以下几个方面: (1) 提高围岩强度和自稳能力, 改善围岩性质; (2) 维护开挖面稳定, 在隧道开挖后至初期支护产生作用前支承临空围岩; (3) 堵水、止水; (4) 通过改善围岩状况, 以提高施工进度及安全性。根据岩体的不同性质, 选用的预加固措施也有所不同。

2.2 常用的预加固措施及方案选择

洞口预加固措施通常分为两种:一种是洞口边、仰坡加固, 一种是洞口开挖正面加固。洞口边、仰坡加固措施有:锚网喷支护、地表注浆、挡土墙、抗滑桩、锚索等技术;洞口正面加固有:超前大 (中) 管棚注浆、超前锚杆与小导管、掌子面封闭等。厦大人行隧道洞口段地质条件复杂, 围岩软弱破碎, 自稳能力差。根据本隧道情况, 重点解决围岩自稳能力与差异沉降, 并确保安全进洞, 经过优化比选, 选用了地表预注浆结合超前大管棚支护等技术措施。

2.3 地表注浆方案的选择

厦大人行隧道注浆加固的主要目的是固结道路及食堂地面下的人工回填料, 提高围岩的力学性质及变形模量, 根据地质条件采用深孔注浆加固工艺。在选择注浆材料时应遵循以下原则: (1) 材料来源广泛, 经济合理; (2) 无公害, 不污染环境; (3) 材料抗渗性好, 稳定性好; (4) 浆液配置简单及注浆工艺简单。在厦大人行隧道洞口段预加固中, 通过现场试验情况, 选用了水泥净浆进行注浆。

2.4 超前支护体系的选择

通过工程类比, 一般认为采用长管棚超前支护, 其超前距离长, 整体刚度大, 对围岩变形限制能力较强, 且能提前承受早期围岩压力。因此管棚主要适用于围岩压力来得大且快, 对围岩变形及地表下沉有较严格控制要求的软弱破碎围岩隧道中。如土砂质、强膨胀性、流塑、断层破碎带、浅埋等掌子面不能自稳的地层。采用长管棚超前注浆进行支护, 不仅能承受开挖面前方及上部巨大的土压力, 而且通过注浆能改善围岩状况, 提高围岩自稳能力, 对防止围岩初期松弛、土压增大、土体坍塌有明显效果。通过对厦大人行隧道工程地质、水文地质条件的勘察, 并结合工程类比, 确定采用30m长管棚超前支护。

3 预加固设计

厦大人行隧道施工图设计中, 洞口段采用环形开挖留核心土法, 环形开挖进尺为0.5m, 衬砌结构为按新奥法设计的复合式衬砌。对隧道进口段20m, 横向沿路线中心线左右各10m, 地表至隧道仰拱底进行地表预注浆进行加固, 对隧道暗洞进口段30m范围采用长管棚注浆超前支护的辅助措施。

3.1 地表注浆预加固设计

(1) 设计参数。 (1) 套管采用热轧无缝钢管, 注浆孔间距通过试验孔确定为2.0m, 呈梅花形布置。 (2) 浆液材料采用水泥净浆浆液, 水灰比为0.5∶1, 浆液扩散半径为1.2m, 注浆压力控制在0.5~1.0MPa。

(2) 施工工艺。 (1) 工艺流程:平整场地→孔位放样→钻孔→清孔→注浆管安放→堵塞注浆孔口间隙→注浆→检查注浆效果。 (2) 注浆顺序:先灌注边孔, 使松散围岩形成一个相对封闭的注浆环境, 达到不漏浆、跑浆;然后依次向内推进。每排注浆孔中, 间隔交替注浆。根据实际地质条件, 注浆方式采用分段前进式注浆。 (3) 注浆结束:进浆量小于20~25L/min;注浆压力逐步升高, 达到设计终压后稳定10min以上。 (4) 注意事项:钻孔孔位严格按设计孔位开孔, 孔口位置偏差不超过孔深的1%;注浆参数必须通过试验确定最优注浆方案;注浆过程中应时刻注意注浆压力变化, 如注浆压力突然增大或减小, 应停机检查, 查明原因后方可进行;注浆结束前, 应采用最大注浆压力闭浆一段时间。

3.2 超前长管棚设计

(1) 设计参数。超前管棚支护结构一般按松弛荷载理论进行设计。 (1) 超前长管棚采用Φ108×6mm热轧无缝钢管, 第一节钢管前端加工成尖锥状, 钢管节长4m、6m管结之间采用丝口连接。管棚环向间距40cm, 钢管沿隧道周边以外插角10打入围岩。隧道同一断面处的接头数不大于50%, 相邻钢管接头至少应错开1m。长管棚由于施工时方向难于掌握, 为此设计了管棚套拱以及孔口管以便固定, 并且在长管棚中设计钢筋笼以增强钢管的抗弯能力。 (2) 浆液材料采用水泥净浆浆液, 水灰比为0.5∶1, 注浆终压控制在0.5~1.0MPa。

(2) 施工工艺。 (1) 施作准备:管棚施工前先支立套拱工字钢架、安装孔口管、浇筑套拱混凝土。 (2) 钻孔:钻机立轴方向必须准确控制, 在浇筑好的套拱上标出孔位和孔号, 孔号分为奇数孔和偶数孔。钻孔顺序为先钻偶数孔用于注浆, 后钻奇数孔用于检查注浆质量。 (3) 安装注浆管:清孔、检查钻孔合格后, 安装钢管。钢管应用4~6m管节逐段接长, 连接头采用厚壁管箍, 上满丝扣, 丝扣长度不小于15cm;为保证受力均匀性, 钢管接头应纵向错开, 偶数第一节用4m, 奇数第一节用6m, 以后各节均用6m。 (4) 注浆:采用0.5∶1水泥净浆进行注浆, 注浆压力为0.5~1.0MPa, 采用BW250型专用注浆机注浆, 注浆完毕, 用棉絮及麻布堵塞孔口。 (5) 注浆结束:进浆量小于20~25L/min;注浆压力逐步升高, 达到设计终压后稳定10min以上;注浆结束后采用1∶1水泥砂浆充填无缝钢管。

4 结语

通过对厦大人行隧道洞口段预加固的设计及施工验证, 注浆设计参数的确定, 除结合具体地质条件采用工程类比等经验参数外, 还应通过现场试验进行验证, 并且对注浆效果的检查也作了一些规定。通过对厦大人行隧道洞口段预加固设计及通过施工验证取得了一定的经验, 可供今后类似的工程借鉴。

(1) 注浆范围的确定, 在很大程度上取决于工程地质、水文地质条件以及注浆的目的。注浆范围过大, 不仅会成倍增工作量及材料, 而且会影响工期, 增加成本;注浆范围过小, 不但达不到预期的目的, 造成工程的失败, 甚至会给施工留下隐患, 危及施工安全。因此合理选定注浆范围十分重要。在注浆设计中, 应考虑加强对隧道施工影响较大的那部分围岩的加固, 厦大人行隧道注浆设计采用了同样的浆液。但笔者认为, 在设计地表注浆时, 应充分考虑不同深度的地层对注浆参数的影响, 可采用不同的浆液以节约成本。

(2) 注浆预加固地层是把具有凝胶、充填性能的浆液材料压入地层中, 对松散围岩进行充填-挤密-固结, 改善围岩物理力学性能, 提高围岩地基承载力、抗剪强度及自稳能力, 而且可以充填和堵塞地层中的缝隙, 减小注浆区地层的渗透系数及隧道开挖后的渗水量。在厦大人行隧道开挖时发现注浆局部区域内注浆浆液不呈树状渗透到岩层中, 而是呈团状包裹在钢管周围, 经分析后认为是由于浆液级配与这部分地层不匹配及注浆压力不足所造成的。因此在试验确定浆液级配的同时还应考虑浆液颗粒的大小是否能满足所需加固的地层。

(3) 注浆施工应按先试验后施工的原则, 以便最终确定注浆参数, 包括注浆孔距、压力、扩散半径、注浆材料的适宜性等。

(4) 管棚钻孔可作为地质预探预报, 地质资料可指导施工, 为洞身开挖提供依据。

(5) 对隧道洞口段软弱、破碎、浅埋围岩, 采用长管棚施工工艺, 提前发挥超前支护作用, 增加了施工的安全性, 提高了隧道的长期稳定性, 具有显著的经济、社会效益。

摘要：本文介绍了厦门大学人行隧道进口段Ⅱ类加强围岩的预加固设计、施工方案, 通过地表注浆预加固及大管棚注浆超前支护等工程措施, 使隧道洞口浅埋段Ⅱ类加强围岩采用暗挖法施工予以实现。

关键词：洞口浅埋段,地表注浆预加固,大管棚注浆超前支护

参考文献

[1]公路隧道施工规范.北京:人民交通出版社, 1995

[2]福建省高速公路施工技术规范.福建省高速公路建设总指挥部, 1999

[3]钱东升.公路隧道施工技术.北京:人民交通出版社, 2003

管棚注浆支护 篇7

1 工程概况

厦门杏林大桥高崎互通下穿嘉禾路隧道分为上下行分离式四车道高级公路隧道,隧道左线长76 m,右线长为57 m。全隧道按新奥法设计和施工,隧道顶距路面约6 m～7 m的高度,下穿部分的土体为人工填砂性黏土,极易塌方,考虑嘉禾路目前是厦门出岛唯一的主干道,开挖过程不能对其使用造成影响,设计采用全程长大管棚对开挖段进行超前支护。沿隧道衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管,并且在插入钢管后,再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙,使管棚与围岩固结紧密,以提高整体的强度和功用。开挖后架设拱形钢架支撑,形成牢固的棚状支护结构。

2 施工工艺

2.1 施工工艺流程

管棚施工主要工序有:开挖支护掌子面→搭钻孔平台→安装钻机→安装管棚钢管→钻孔→验孔→注浆→结束。

2.2 大管棚设计参数

大管棚设计参数的参照要求如下:

1)管棚棚管采用热轧无缝钢管,钢管导向端做成尖形,承压端焊上钢箍,管口预留止浆段,注浆孔沿孔壁呈梅花形布置;

2)钢管直径首选80 mm～180 mm,该施工现场采用热轧无缝钢管ϕ133 mm,壁厚6 mm;钢管中心间距为30 cm～50 cm;钢管长度一般为10 m～45 m,当分段连接时采用4 m～6 m,钢管间用丝扣连接,丝扣长度不小于15 cm;本工程采用节长4 m,6 m两种,前端第一段按4 m和6 m间隔分布,其后分段全部取6 m连接,以避免接头在同一断面上超过50%;

3)钢管沿隧道开挖轮廓线纵向近水平外插设置,距开挖轮廓线30 cm处,外插角为1°(不包括路线纵坡);

4)钢管施工径向误差不大于20 cm,沿相邻钢管方向不大于5 cm。

3 注浆参数确定

3.1 注浆材料

隧道所通过的地层为砂性质粉质黏土,透水性好,因此如果采用单纯的水泥浆液或水泥黏土浆液时会造成到处跑浆现象。水泥—水玻璃双液不仅具备水泥浆的特点,而且还兼有某些化学浆液的特点,采用水泥—水玻璃双液可克服注浆过程中的跑浆现象,有效提高固结土体早期强度,也有利于浆脉周围被挤压土体的再固结和整个地层强度的提高,并能使下步开挖工序开始的时间提前。

3.2 注浆参数

通过试验,根据实际土体情况和设计强度要求,本项目确定采用水泥—水玻璃浆液注浆,采用比例为:水∶水泥∶水玻璃=1∶0.7∶0.1,注浆终压力为0.5 MPa～0.8 MPa。

4 管棚施工

4.1 钻机设备安装

1)钻机轴线的放样:

钻机安装前应先平整好场地,在场地上按广棚的钻进轴线方向放样,作为钻机的轴向线;

2)安装钻机要求孔位对正、基础牢固。

依照放样好的设计钻孔轴线对正钻机动力轴中心,采用测量仪器测量其轴线及中心高程,确保准确无误后固定钻机。

4.2 导向钻进

1)准备开钻前应在钻具前部安装导向钻头、封水丝堵座、单向阀(拧紧后点焊加固)、探头盒(内装探头)。

2)为防止水土流失,控制沉降,应采用孔内保压措施。

3)随着不断钻进,技术人员必须时刻观察探头角度变化情况。现场须及时进行导向数据记录和钻具前端长度及每次加管长度的详细记录。

4)钻孔出现涌水时,应尽量保持泵压,泵量不能变小,以平衡孔内压力。

5)冲洗液不正常时,严禁继续钻进。泵工应注意观察冲洗液变化情况,及时上报有关负责人。

6)导向钻进至20 m～25 m时,应进行一次灯光测斜,发现超限,及时补救。

4.3 回次加尺和接线及焊接

1)每根管在下坑前必须进行质量检查。管材不得有弯曲,丝扣四周壁厚均匀,丝扣完好合格。管材内的铁屑、脏物及锈皮等必须清除干净。下坑时避免与硬物相碰,以免损伤管扣。

2)钻进中,每次加尺后,须先钻进、后起出进行钢管丝扣接缝焊接(即先钻后焊),以免钻进时的扭力造成开焊。要求每个接缝焊接进行自检,保证焊接质量。

3)导向探头的外接电脑控制线应随进尺加长,连接的电线应选用导电性能好,外壳绝缘性能好且耐磨的电线。接头要用适配的铜管每端两次交叉卡紧卡牢,外用两层热缩套管套好,用热吹风机吹烤贴牢。

4)回次加尺、接线、接管以及焊接过程中,均注意不得将异物遗留或掉入打设管内。

4.4 导向孔精度控制与纠偏

1)在施工过程中,随施工随跟踪量测校核。

2)深度纠正:每次顶进长度为0.5 m,直到深度值符合设计值再进行正常钻进。

3)采用倾角控制深度:对于每个探测点必须测量其倾角,如果其倾角均保持0°,则钻孔保持水平,满足设计要求;如果不为0°,则以此值进行计算,以深度偏差值进行纠正。

4)方向纠正:每次顶进长度为0.5 m,直到测量点方向符合设计值再进行正常钻进。

4.5 注浆

1)注浆采用后退式注浆,利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接,注浆套管上准备有出气管与进浆管,由阀门来控制开关。

2)关闭孔口阀门,开启注浆泵进行管路压水试验,如有泄漏及时检修。

3)注浆时,采取低压力、中流量注入,注浆过程中压力逐步上升,流量逐渐减少,当压力升至注浆终压时,继续压注10 min,才结束注浆。

4)注浆结束标准及效果检查:a.单孔注浆结束标准:每段注浆都正常进行,注浆终压达到设计终压,注浆量达到设计注浆量的80%;或虽未达到设计终压,但注浆量已达到设计注浆量,即可结束本孔注浆。b.全段结束标准:设计的所有注浆孔均达到结束标准,无漏注现象。c.达不到结束标准,应补充或重新注浆直到满足要求为止。

5)注浆过程应随时关注上侧土体情况,避免上方的行车道因浆压过大引起起拱破坏。

4.6 确定隧道开挖安全进尺长度

管棚受到上部土体和路面传递的荷载q=q1+q2的作用,钢管受力可简化为简支作用[5],据此,我们可以合理的掌握洞内开挖进尺的安全长度。

5 地面沉降观测

由于钻孔过程可能塌方,或者注浆压力过大时可能造成拱起,该工序后的大面积空体开挖,以及由于降水、开挖速度、支护进度、车辆动载等因素影响,管棚上侧土体可能会产生位移,使土体中的应力平衡发生变化。因此,施工过程中要随时掌握施工范围以及周边的变化情况,重点监测管棚上方的垂直沉降,注意观察上方行车路面及坡顶附近地表有无裂缝等,掌握其发展变化规律。监测工作应由技术人员定时定点进行观测,通过监测的数据来分析是否需要对周边土体进行加固,甚至改变施工方案,确保上方行车安全和施工安全。

6结语

实践证明,超前大管棚有足够的可靠性,支护能力强大,适用于含水的砂土质地层或破碎带,以及浅埋隧道或地面有重要建筑物的地段,可增加施工安全度,有效保证岩体稳定,减少地表下沉和防止围岩松弛、坍塌。在嘉禾路隧道的施工中,从未发生一起安全事故,而且有效地抑制了地表下沉和滑坡,据专家对施工中出现的各种异常情况特别是洞口偏压影响的推断,采用本方法施工,保证了玉峰山隧道的建设工期,取得了显著的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]李伟,顾问宇.管棚施工技术在北京地铁黄庄站施工中的应用[J].铁道建筑,2007(8):44.

[2]张长亮,石平,金美海.公路隧道大管棚超前支护技术与工程实践[J].交通标准化,2007(8):165.

[3]于文德.长大管棚在特大断面隧道施工中的应用[J].山西建筑,2007,33(17):318-319.

[4]王星华.粘土固化浆液在地下工程中的应用[M].北京:中国铁道出版社,1998.