1、蔡家坪隧道塌方段偏心钻具扩孔全钢套管跟进长管棚法施工技术摘要：本文对蔡家坪隧道塌方原因进行了分析，并根据这些原因采取了具体处理措施。 关键词：蔡家坪隧道塌方原因采取措施 中图分类号：U45 文献标识码： A 文章编号： 1 塌方概述 1.1 蔡家坪隧道工程及地质情况 蔡家坪特长隧道位于卡杨水电站交通专用公路中部，采用上下行分离式隧道形式，全长约 4.7km，建筑限界上行线为：6.0m5.0m（限宽限高） ，隧道开挖面积约 3762?，为小断面隧道。 隧道围岩岩性主要以云母石英片岩为主，局部为炭质板岩、大理岩，地下水动轻微，岩性以级为主。局部洞段受 F34 前波断层影响，走向与洞内夹角 1020
2、o,带内见断层泥、构造为角砾岩、碎裂岩及挤压劈理带等，地下水发育，围岩稳定性差。 1.2 塌方情况描述 蔡家坪隧道上行线掘进支护 1200m 时，发现掌子面拱顶右侧围岩较为破碎，节理裂隙较发育，围岩稳定性较差, 持续伴随零星掉块。现场及时将施工人员撤出后，蔡家坪子隧道上行线 K42+565K42+549 段塌腔内突发涌水，涌水携带大量泥石流倾泻而下，堵塞 62 米长洞段。 1.3 塌方原因分析 经对塌方分析认为，隧道通过该段断层性状差，且富地下水，围岩稳定性差是造成塌方的主要原因。 2 塌方处理方案概述 管棚采用 108，壁厚 6mm 钢管制作，长度 40 米，环向间距 30cm，顶拱 150
3、o 范围内布置，外插角控制在 510o 范围内，经计算，管棚总计37 根，同时在每根管棚之间设置超前注浆小导管 42430（环）200（纵） ，L=600cm，外插角控制在 45o，每环总计 36 根，灌浆前首先要素喷 l5cm 厚砼将塌方渣体封闭，并对掌子面渣体沿平行于洞轴线方向设置 42 注浆小导管，L=600cm，间距 1m1m 梅花形布置，对渣体进行灌浆固结，以防止管棚注浆时漏浆现象的发生。 图 1：蔡家坪隧道上行线正向处理塌方示意图 3.偏心钻具扩孔全钢套管跟进长管棚施工方案 3.1 采用的钻孔机具设备 采用 YXZ70 型锚固钻机扩孔及单偏心 DP108 低风压型潜孔锤跟管钻具作为
4、钻孔、扩孔的主要配套机具；YXZ70 型锚固钻机为电动机械式潜孔冲击式钻机。 钻机由主机、液压钻、操作台三大部分组成，用高压胶管相互连接为一整体。主机放在钻机平台上，液压站和操作台可放在平台下部。 钻机水平钻进状态尺寸为 3600mm5OOmm900mm (长宽高)，钻机总量 1260kg；主机(含动力头、轨道和底盘架)重 770kg；液压站(含油箱、散热器、油泵电机和支架)重 340kg；操作台(含操作台架、多路换向阀和液压油管)重 150kg；最大部件动力头重 235kg。钻机占用工作平台面积不大，重量轻，移动方便。 DP108 型潜孔锤跟管钻具与 YXZ70 型锚固钻机的钻杆和管棚钢套管
5、相连接，由潜孔冲击器、导正器、偏心扩孔钻头、套管靴等组成(见图 5) 图 5 潜孔锤跟管钻具组合图 3.2 钻进系统工艺原理 钻机钻进时，钻机带动钻杆回转，钻杆将回转扭矩传给潜孔钻冲击器，当压缩空气从钻杆送入潜孔冲击器使之工作后，由潜孔冲击器通过花键带动冲击导正器转动。冲击导正器上有偏心轴，上面安装着偏心钻头，由于偏心轴上的摩擦力小于孔底围岩对偏心钻头的摩擦力，冲击导正器转动时，偏心钻头张开，并在开启到设计位置后被限位键限住，随着导正器回转，冲击器活塞冲击导正器，导正器将冲击波和钻压传递给偏心钻头，对孔底岩石进行破碎。由于偏心钻头钻出的孔径大于钢套管的外径，当导正器上的台肩与套管靴上台肩接触时
6、，导正器将钻压和冲击波部分施加给套管靴，再加上钻压的作用，迫使套管靴带动整个钢套管与钻具同步跟进，保护已钻孔段的孔壁。 当钻进作业告一段落，需将钻具后退，慢速反转钻具，偏心钻头依靠惯性力和孔底摩擦力收缩返回，整套钻具的外径小于钢套管内径，即可将钻具退回到进行配钻杆和钢套的位置，或将钻具退至孔外，钢套管留孔内护壁。 安装 108 管棚，管棚安装完成后，采用 MJW 系列同心套管千斤顶将钢套管拔出。 3.3 施工工艺流程及操作要点 （1）施工工艺流程（见图 6）： 图 6 施工工艺流程图 3.4 施工方法 （1）管棚制作及孔位布置 根据该塌方段围岩情况，采用 D108*6 热轧无缝钢花管作管棚，即
7、直径壁厚=1086mm，钢管前段呈尖锥形，尾部焊接 16 加劲箍，管壁四周钻 16mm 压浆孔。每环孔从拱顶开始布设，除拱顶布设 1 个，两侧分别按 30cm 间距布设。布置范围为拱顶 150，共计 37 孔，每孔管棚长度为 40m，累计 1480 m(见图 7)，钢套管分节长度为 1.5m，两节套管间采用内车丝扣方式设连接。钢套管跟进长度为 15 节1.5m 为宜，长度22.5m，并视具体情况可以加长。 （2）管棚长度及花管、实管设置 根据现场实际情况，管棚长度 L=40m (7 根6m根)，钢管分 3m 和6m 长两种形式，施工管棚时第一节钢管交替采用 3m 和 6m 两种长的钢花管，其余
8、节数均采用 6m 长的钢花管，以保证同一截面安装接头不超过50%。 16 固定钢筋与孔口管、I18 工字钢采用双面焊接，焊缝长度大于5 倍的钢筋直径。 两节管棚间采用内车丝扣方式设连接，在保证孔口段 3m 为实管的条件下，其他段为花管，出浆孔直径为 16mm，梅花型布置，间距10cm10cm。(见图 8)。 设置套拱作为管棚的固定端，套拱内设置 3 榀 I18 型钢，其中布设37 个 200，壁厚 5mm，长度 2m 钢管，外部浇注 C25 混凝土套拱。 图 7 ：大管棚横剖图 图 8：A 大样图 图 9 ：管棚导管布孔图 （3）灌浆 灌浆材料的选择 结合以往处理塌方灌浆施工经验，拟采用金沙浆
9、进行浆液灌注，采用金沙浆灌浆具备以下优点： 金沙浆作为一种快速止水防渗灌浆材料，可根据工程需要，调整硬化剂配比，实现浆液快速固结止水，在有压流动水存在的条件下，可在几秒钟内固结止水。用作止水的纯浆液，金沙浆的固结体强度在 24 小时可达 0.30.5Mpa，明显提高受灌体的整体强度和整体的岩层的受力稳定性，可缩短塌方处理工期。灌浆用量少，效果明显，成本相对低，在塌方处理过程中节约成本。 灌浆前准备工作 灌浆前首先要素喷 l5cm 厚砼将塌方渣体封闭，并对掌子面渣体设置42 注浆小导管，L=450cm，间距 1m1m 梅花形布置，对渣体进行灌浆固结，以防止管棚注浆时漏浆现象的发生。 灌浆方法 化
10、学灌浆采用纯压式、孔口卡塞灌浆法，灌浆塞应设置射浆管和回浆管，开始灌注时回浆管返出纯浆时关闭回浆阀门开始纯压式灌注，灌注期间间断性打开回浆阀门排水、排气，灌注结束后采用水泥浆置换孔内浆液。灌浆时应从低孔向高孔灌浆，以最大设计压力（高压、快灌）结合大流量的灌注方法封堵渗水。 灌浆压力 在灌浆时。灌浆压力遵循无损坏抬动原则确定，并根据试验过程中实际情况适当调整，现暂定为：灌浆初压控制为 0.51.0MPa，终压为1.52.0MPa。 材料配比 材料配比控制在凝固时间 1-2 小时以内（并且满足可灌性好）的原则调配，根据压水及实际灌注情况，先以慢凝浆在前赶水到一定距离，再以速凝浆迅速封堵渗漏裂隙，进
11、浆量过大时可进一步调节加快凝结速度。根据以往试验情况，一般情况下定为先导浆凝结时间为 22.5 小时，当单耗达到 100kg 时改用凝结时间为 11.5 小时的浆液，当单耗达到200kg 时改用凝结时间为 3040 分钟的浆液快速封堵起压，避免浆液灌注范围过大。 结束标准 化学灌浆结束标准：在设定的压力下，每一段吸浆量不大于0.01kg/（min?m） ，继续灌注 30min 或达到胶凝时间，即可结束。 4.结束语 蔡家坪隧道塌方段采取偏心钻具扩孔全钢管跟进长管棚法施工技术，管棚施工用了一个月时间，清渣及塌方段支护用了一个半月时间，在塌方段支护过程中观察隧道拱部浆液与塌方体形成强度较高密实体，所以采用此技术处理 62m 长隧道塌方、涌水仅用了 75 天，大大缩短了塌方治理时间，为今后类似塌方、涌水治理提供宝贵的经验。
