1、管棚注浆法在软弱围岩开挖中的应用摘要：在软弱围岩隧道施工时，为了保证安全及工程质量，节约投资、加快进度和保证运营期间的安全，必须采用一定的技术措施，包括正确的施工方法，合理的支护形式等。管棚注浆法是隧道工程中常见的一种超前支护方式，本文以灰窑子隧道兴城端洞口段工程为例介绍了管棚注浆法在软弱围岩开挖中的应用。 关键词：管棚注浆法；软弱围岩；小导管 Abstract: in weak rock tunnel construction, in order to ensure safety and engineering quality, saving investment, accelerate t
2、he progress and ensure the safety during the operation, must adopt certain technical measures, including the correct construction method, the rational support form, etc. Pipe roof grouting method is one of the tunnel engineering of the common supporting method in advance, in this paper, cement kiln
3、tunnel, we end the hole section of the project as an example introduces the pipe roof grouting method in the application of weak surrounding rock excavation. Key words: pipe roof grouting method; Weak surrounding rock; A small catheter 中图分类号：TD265.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 前言 在软弱围岩开挖中容易出现拱顶下沉急剧
4、增大、隧道净空收缩、地表开裂等，有时也会出现掌子面失稳。所以，在这种情况下，要采取掌子面稳定措施和控制地表下沉措施。地表下沉与埋深有密切关系。埋深大时，在隧道横断面内形成了承载拱，开挖引起的下沉局限在隧道周边，而埋深浅时，没有形成承载拱，开挖下沉会直接达到地表面。在这种情况下，埋深小的隧道，因不能期待形成承载拱，因此，为防止支护下沉、增强支撑力，必须采取必要的措施，管棚注浆法就是其中一种可取的做法。 一、管棚注浆法及其工艺原理 （一）管棚注浆法 管棚法是地下结构工程浅埋暗挖时采用的一种超前支护技术,其实质是在拟开挖的地下隧道或结构的衬砌拱圈隐埋弧线上,预先设惯性力矩较大的厚壁钢管,起临时超前支
5、护作用,防止土层坍塌和地表下沉,以保证掘进和后续支护工艺安全运作。当遇到软岩破碎地层时,管棚结合围岩预注浆可成为有效的施工方法(管棚注浆法)。由于该工法具有不需要大型机具设备、工艺简单、见效快等特点,因此在地下工程软弱围岩施工中被广泛采用。 （二）管棚注浆法工艺原理 注浆管棚通过注浆填充围岩裂隙，提高围岩的强度和刚度，从而提高围岩的整体承载能力。通过向围岩注浆形成的加固圈起到“承载拱”的作用，支承“承载拱”上部的岩层重量，使拱内部的围岩与支护系统处于免压状态，拱内部的围岩与支护系统受到的力仅是由于拱向隧道方向的变形引起的形变压力，当管棚为惯性力矩较大的厚壁钢管，且沿隧道开挖轮廓线周密布置时，加
6、固圈的变形较小，因此，隧道支护结构所承受的上部荷载大大减小。另外，在管棚进口端一般加有套拱基础，另一端深入到隧道围岩较为完整、坚硬处，这样可以对上部的破碎软弱围岩形成一个稳定的“简支梁”支撑结构，此简支梁可承受上部松动压力或者传递上部荷载的作用。 （3）施工控制效果 1、防塌方由于管棚的作用，减少了工作面上覆的土压力，稳定了围岩，从而避免了土体塌方，即便有一定程度沉降的产生，也不会发生灾难性事故。 2、阻断沉降作用研究表明，由于管棚的超前预支护作用，其对地表沉降的控制可达 3035，对拱顶沉降的控制高达 40。同时，由于支护结构体的形成，改变了地表沉降与拱顶沉降的比例。在浅埋隧道施工中，一般情
7、况下，拱顶沉降要大于地表沉降，而采用管棚进行预支护后，使得拱顶沉降远远小于地表沉降量。 3、均匀沉降曲线。由于管棚的承托作用，使得沉降槽沉降集中的程度大幅减少，沉降总量在减小的同时有向两端均匀分布的趋势。 4、提高围岩的力学参数，增大地层自稳能力。实际施工中为增大管棚的刚度和管棚与围岩的粘结力，常常在管棚内注入水泥浆、水玻璃或泡沫尿烷等材料，使得管棚与其周围的土体成为一个整体，从而极大地增强了土层的自稳能力。 二、工程实例 （一）工程概况 灰窑子隧道位于建昌县灰窑子村附近，呈北东方向展布，设计两条分离式单行曲线隧道属长隧道，隧道概况见下表： 平面线形：隧道左右起点均位于直线上，左右终点均位于半
8、径 4000m的右偏圆曲线上，隧道建昌端平面线位线间距为 26.7m，兴城端平时线间距为 21.8m，隧道最大平面线位间距位于中间段，为 38.6m。 纵断面线性：本隧道左右线两端洞口纵断面均位于凸型竖曲线上，中间段均位于直线段上。左线洞身直坡端纵坡为2.05%，右线洞身直坡段纵坡为2.06%，隧道最大深埋约为 112m。 隧道兴城端洞口边坡稳定性：属缓坡地貌，地形坡角在 5-10 度，洞口处地表为碎石：灰色，湿，中密-密实，粒径一般 20-40mm。 全-强风化安山岩：灰褐色，岩体呈碎石状，砂砾状，节理裂隙发育，隐晶质结构，块状构造。右线中风化安山岩 RQD=0%，Rc=16.14-32.8
9、2MPa,Vpm=3120-3200m/s,Kv=0.32-0.34,且 K3+940 附近存在安山岩破碎带，岩体呈散体土状，碎石状。地下水以第四系孔隙水及风化裂隙水为主，水量随大气降水量及节理裂隙变化而变化，围岩富水性不均一，透水性较弱。洞口处围岩为碎石土，中密-密实，地下水修正系数K2=0.6，软弱结构面影响系数 K2=0.2，计算右线BQ=166.9,属 V2 级围岩，隧道开挖时，围岩受振动易发生掉块，甚至塌落。 （二）大管棚与小导管施工要求 大管棚施工工艺及注浆要求：管棚施工采取分区间隔施工，先钻孔施工奇数孔位管棚，带注浆完成后再施工偶数孔位管棚，以便检查奇数孔位注浆效果。通过现场实验
10、确定合理注浆参数。初步拟定注浆参数如下：水泥浆水灰比：1:1，水泥强度等级为 42.5 级。注浆压力：初压0.51.0MPa、终压 2.0Mpa，当每孔注浆终压达到 2.0Mpa 且注浆量达到设计量的 95%以上时，继续保持 10min 以上后可结束注浆。注浆结束后及时清除管内浆液，并用 M30 水泥砂浆紧密充填，以增强管棚的刚度和强度；管棚施工完成后在管棚的保护下按设计施工方法进行隧道开挖，管棚支护与超前小导管支护搭接长度不小于 2.0m。在地下水发育地区可考虑采用水泥水玻璃双液浆。 小导管施工工艺及注浆要求：小导管施工时，钢管以 1020 度外插脚打入围岩。超前小导管注浆材料在地下水不发育
11、区采用单液水泥浆，可添加速凝剂控制凝结速度，通过现场试验确定合理注浆参数，初步拟定注浆参数如下：水泥浆水灰比：1:1，水泥强度等级为 42.5 级。注浆压力：0.51.0MPa，当每孔注浆终压达到 1.0MPa 且注浆量达到设计量的95%以上时，继续保持 10min 以上后可结束注浆。在地下水发育地区可考虑采用水泥水玻璃双液浆。 （三）管棚设计参数 钢管规格：兴城端管棚采用 898 长大管棚定型产品，长 Lmm 导管采用 505 热轧钢管。管棚应向相邻小导管衬砌段深入 3m。 管距：环向间距 400mm。 外插角：1 度（相对于洞轴线） ，方向与路线方向平行。 隧道纵向同一横断面内的接头数不大
12、于 50%。相邻钢管的接头至少错开 1.5m。 （四）管棚施工 1、采用 c25 砼套拱作管棚导向墙，套拱在明洞外轮廓线以外施工，套拱内埋设 I120a 工字钢，工字钢与管棚孔口管焊成整体。 2、用管棚体替代钻杆进行钻进，在前端装上相适应的钻头，钻机将大管棚依照设计长度分段连续贯入。管棚应按设计位置施工，钻机立轴方向必须准确控制，以保证钻孔的孔向正确，钻进中应经常采用测斜仪测量钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠偏。 3、管棚间采用专用链接套链接牢固，保证钻进时不脱落，注浆时不漏浆。 4、管棚预注浆材料在非雨季施工,地层中无水或少地下水时采用水泥单液浆,同时添加速凝剂控制凝结速度;雨
13、季施工或地下水发育时采用水泥-水玻璃双桨液. 5、施工时,当每孔注浆终压达到 2.0MPa 且注浆量达到设计量的 95%以上时，可结束注浆。水灰以及水泥、速凝剂掺量可根据现场注浆效果进行调整。 （四）施工控制要点 钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。钻孔外插角 13以为宜，工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在 11.5。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。 （2）严格注浆施工作
14、业现场控制，保证注浆质量。注浆施工作业中，浆液注入的压力是一个最为关键的现场施工过程控制因素。根据流量计显示的孔口压力变化可以判断注浆施工的基本发展状况，并及时采取相应措施。 （3）长大管棚必须在洞身开挖前完成。洞口开挖时应预留管棚施工台阶，搭设管棚加工工作室，钻机脚手架平台应支撑在稳固的地基上。在软弱围岩地段，立柱底应加设垫板或垫梁。 （4）在施作长大管棚预支护的过程中应设置必要的监测项目，根据监测反馈信息及时采取相应的措施以保证施工安全和施工质量。 结束语 管棚结合注浆技术能改善松软破碎岩层的物理力学性质,在隧道拟开挖轮廓上部形成具有较强承载能力的加固带。由于改良层分担了围岩的大部分变形荷
15、载,所以隧道初期支护结构受力、变形较小,又由于改良层加固带的刚度较大、整体性较好,所以隧道的周边变形比较均匀,应力集中现象较没采取预加固措施时明显降低。这对于保证隧道开挖 稳定和减少二次衬砌费用都是有益的。常规的沿隧道开挖轮廓线等间距的设置管棚的方法是不科学的,应针对不同情况合理设计。对于埋深极浅的隧道,应该加强对隧道边墙的加固,因为开挖后,隧道边墙受侧压很大;而对于埋深较浅的隧道,拱部管棚设置的应相对密一些,同时隧道的起拱线部位应加强支护。 参考文献 1雷风.管棚注浆法在软弱围岩开挖中的应用J.探矿工程增刊,2008(10). 2徐干成,白洪才,郑颖人.地下工程支护结构M.北京:中国水利水电出版社,2002. 3徐林生,孙 钧.洋碰隧道 CRD 工法施工过程的动态仿真数值模拟研究J.地质灾害与环境保护,2001,12(1). 2姬传中，翟高康管棚在软弱围岩隧道施工中的作用J.西安公路交通大学学报，1999(增刊) 4廖春元采用小管棚技术处理中小型隧洞塌方J探矿工程，2003(5) 5邓云龙，郭福臣小管棚支护技术在岩溶隧道施工中的应用J铁道标准设计，2000(8) 6虞颜，应国强，朱汉华十八跳隧道小管棚短台阶法的设计与施工J中外公路，2002(4)
