小導管在隧洞塌方處理過程中的應用.doc

超前小導管和管棚在隧洞塌方處理中的應用摘要：引水隧洞開挖屬于典型的地下洞室開挖，一般洞身較長，短則上千米，長則數(shù)千米，其經(jīng)過的地質(zhì)條件也因此變得較為復雜，塌方就成了洞挖施工中比較常見的施工現(xiàn)象。塌方處理方案一般無固定方案，須視具體情況而定。本文根據(jù)工程中塌方處理的具體情況，淺議超前小導管和管棚在隧洞塌方處理中的應用。主題詞：塌方 小導管 管棚 灌漿一、工程概述碧水電站位于布爾哈通河下游、吉林省圖們境內(nèi)，電站裝機容量為1.6萬千瓦，多年平均發(fā)電量5575.6千瓦時，裝機利用小時數(shù)為3485.1小時。電站為引水式電站，主要建物由攔河建筑物、引水建筑物、電站廠房及升壓站組成。主要引水建筑物為一條長4196m的引水隧洞，引水隧洞進口接進水閘，出口接前池。引水隧洞為無壓洞，凈寬為5.7米，凈高為6.94米，底坡為1/2000。引水隧洞在開挖至樁號1+517時，右側(cè)頂拱和右側(cè)邊墻出現(xiàn)圍巖大量掉塊，極不穩(wěn)定情況。見此情況，施工人員立即組織撤離。隨后當前開挖范圍（約1.5m）的右側(cè)頂拱和右側(cè)邊墻發(fā)生大塌方，塌方發(fā)生后，一直未停止。塌方停止時，坍塌面向后擴至樁號1+529，長度增加至12m。本次塌方渣體由破碎巖石和大量的構(gòu)造夾泥構(gòu)成，并將整個洞身填滿，塌方形成的空腔為屋脊形。二、小導管及管棚施工從塌方量和塌方渣體來看，若采用常規(guī)方式進行施工，則會因為渣體破碎和圍巖風化嚴重不能成洞，而無法完成塌方處理施工。為此，施工方先在塌方渣體上向前以一定仰角打入超前小導管，再利用小導管灌漿，將頂拱范圍內(nèi)的渣體進行固結(jié)。同時，在小導管之間以小角度，再打入一排鋼管作為管棚，并以前方渣體和施工掌子面支立的鋼支撐作支撐，利用鋼管制作棚架，形成管棚，在棚架防護下進行人工開挖，向前進尺。1.1鋼支撐支立鋼支撐在塌方處理過程中主要起兩個作用：一是支撐小導管和管棚，以便于支撐塌方渣體，開挖成洞；二是加強塌方處理過程中的支護，以確保支護穩(wěn)定。鋼支撐分兩段支立，先頂拱后邊墻，其間距為50cm，自施工掌子面開始，沿洞軸線支立，鋼支撐間以連接筋連接，并設置鎖腳錨桿固定。1.2小導管及小管棚制作安裝小導管采用40無縫鋼管，長度為46m，頭部軋成錐形，管壁以梅花形布孔，孔間距：縱向為15cm，環(huán)向為4cm，孔眼大小為8mm。小導管沿拱頂環(huán)向布置，環(huán)向間距為30cm左右，管棚設置在小導管之間，間距約為1015cm，小導管與管棚相互作用，形成棚架支護頂拱。前兩排緊靠已支立完的鋼支撐，外插角為45左右。前兩排小導管施工完畢后，用反鏟逐漸向前扒上部石渣，露出下一環(huán)小導管位置時，停止反鏟扒渣，開始進行小導管施工。然后，以此為一個循環(huán)，向掌子面進行小導管施工（由于施工空間較小，為保證塌方安全施工，此后開挖全部采用人工開挖）。自第三排開始，排距為1m左右，并施工至開挖撐子面（小導管和管棚布置見下圖）。1.3固結(jié)灌漿施工1.3.1灌漿實驗灌漿實驗主要目的為確定灌漿壓力和灌漿范圍，灌漿實驗場地選在未被破壞的塌方渣體上，以保證取得的實驗數(shù)據(jù)能有效地指導塌方灌漿，實驗過程如下：首先按擬定的小導管制作參數(shù)制作幾根4m長的灌漿導管，然后，在塌方渣體上選擇一處合適位置，按水平間距1m擊入。漿液采用純水泥漿，水灰比為0.8:1，注漿采用5Mpa注漿泵。開始注漿前，將鋼管編好序號，部分作為灌漿孔，部分作為觀察孔。灌漿最大壓力按0.3Mpa、0.5Mpa、0.8Mpa三種壓力控制，當壓力達到設定最大值時，則延緩灌漿速度，直到達到最大壓力值時，并持續(xù)30分鐘后，停止灌漿。灌漿結(jié)束之后，待水泥漿達到初凝后，按孔序檢查其灌漿效果。灌漿實驗表明，當最大灌漿壓力按0.3Mpa控制時，灌漿范圍為30cm；當最大灌漿壓力按0.5Mpa控制時，灌漿范圍為50cm；當最大灌漿壓力按0.8Mpa控制時，灌漿出現(xiàn)串漿和冒漿現(xiàn)象。由此表明，本次塌方灌漿最大灌漿壓力應選擇0.5Mpa為宜（灌漿實驗詳見下圖）。1.3.1塌方灌漿灌漿前，先對灌漿渣體采用噴C20混凝土進行封閉，以減少在灌漿過程中出現(xiàn)漏漿的現(xiàn)象。灌漿按實驗確定的灌漿參數(shù)施工，灌漿分為I序孔和II序孔，施工時先I序孔后II序孔，自兩側(cè)拱角向中間施工。在灌漿過程中，若出現(xiàn)長時間無壓力，但吃漿量很大的情況，則出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，應該立即停止灌漿，選擇附近的灌漿管繼續(xù)灌漿。為提高灌漿效果，加快施工進度，在水泥漿拌制過程中加入外加劑，外加劑分別為：膨脹劑、早強劑、減水劑，摻量通過實驗確定。三、施工效果整個12m的塌方從事件發(fā)生到處理結(jié)束，共用了65天。整個施工過程均很順利，自第二輪灌漿始，施工就進入了一個良性循環(huán)。且從灌漿吃漿量來看，除第一輪灌漿吃漿量較大（達到了60T）外，其余每輪灌漿吃漿量并不大，均在20T左右。塌方處理結(jié)束后，施工方在塌方段設置了一些觀測點，對處理完后的塌方面進行觀測。通過自塌方處理結(jié)束后的連續(xù)近一個月的測量觀測，塌方面一直很穩(wěn)定。直至半年后，在進行此段混凝土襯砌前，施工方又做了一次測量觀測，整個塌方面仍然很穩(wěn)定，無變形情況發(fā)生。四、總結(jié)和思考此次塌方處理完畢后，在引水隧洞的上游處，又出現(xiàn)一次大塌方，塌方情況與此次相似，塌方長度達到15m。施工方再次采用超前小導管和管棚配合的方法進行塌方處理施工，只用了79天，便很順利地完成塌方處理。超前小導管灌漿和管棚配合進行塌方處理，之所以能達到很好的效果，主要原理是：小導管灌漿將頂拱以上2m左右范圍內(nèi)的渣體均進行固結(jié)，坍塌體由原來的松散體變成了穩(wěn)定的固結(jié)體，再對其進行開挖，就可以安全地進行相應的其他工序施工，順利完成塌方處理。在此過程中，施工方又加入了鋼支撐、錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土等強支護措施，使得塌方處理完后的塌方段非常堅固，確保了塌方段在引水隧洞長期運行中的安全穩(wěn)定。本次塌方?jīng)]有造成人員傷亡，處理速度也較快，對整個電站施工未造成太大的影響。然而，塌方