郭 俊 波，　鄭 俊 杰，　曾 燕 波

(1.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì) 水電第三總隊(duì)，四川 成都　610036；2.國(guó)家電網(wǎng)四川省德陽(yáng)供電公司，四川 德陽(yáng)　618000)

管棚法施工技術(shù)在拉洛水利樞紐工程中的應(yīng)用

郭 俊 波1，鄭 俊 杰1，曾 燕 波2

(1.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì) 水電第三總隊(duì)，四川 成都610036；2.國(guó)家電網(wǎng)四川省德陽(yáng)供電公司，四川 德陽(yáng)618000)

摘要：根據(jù)拉洛水利樞紐1#施工支洞開(kāi)挖情況，發(fā)現(xiàn)洞口地質(zhì)條件較差，不易成洞。為確保洞臉開(kāi)挖的穩(wěn)定、安全和施工質(zhì)量，決定在各施工支洞口采取超前管棚支護(hù)方式。介紹了管棚施工法施工工藝及其在隧洞進(jìn)洞條件較差時(shí)采取的處理措施，對(duì)類(lèi)似工程施工具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：拉洛水利樞紐；隧洞；管棚；施工技術(shù)

1概述

拉洛水利樞紐位于西藏日喀則地區(qū)薩迦縣境內(nèi)，樞紐建筑物由瀝青混凝土心墻砂礫石壩、泄洪發(fā)電隧洞、溢洪道、拉洛電站、德羅電站引水隧洞等組成。

1.1德羅引水隧洞

德羅引水隧洞進(jìn)水口布置在拉洛大壩軸線上游約6.2 km處，為塔式進(jìn)水口，隧洞總長(zhǎng)為 7 536.16 m。為引水隧洞施工需要，布置了1#、2#、3#三條施工支洞，采用城門(mén)洞型斷面，凈斷面尺寸為4 m×4.2 m。施工支洞開(kāi)挖及支護(hù)形式根據(jù)圍巖類(lèi)別不同，分別采用以下兩種典型形式：

(1)Ⅴ類(lèi)圍巖開(kāi)挖及支護(hù)型式：開(kāi)挖斷面為436 cm×458 cm，系統(tǒng)錨桿間排距1 m，鋼拱架I18間距70 cm,排水孔入巖2 m，間排距2 m，梅花形布置，噴混凝土厚18 cm。

(2)Ⅳ-2類(lèi)圍巖開(kāi)挖及支護(hù)型式：開(kāi)挖斷面432 cm×456 cm，系統(tǒng)錨桿間排距1 m,鋼拱架I16間距80 cm，排水孔入巖2 m，間排距2 m，梅花形布置，噴混凝土厚16 cm。

1#施工支洞布置在進(jìn)口段，與主洞交點(diǎn)為0+060，長(zhǎng)158.2 m，2#施工支洞與主洞交點(diǎn)為2+407.12，長(zhǎng)643.37 m，3#施工支洞與主洞交點(diǎn)為4+702.97，長(zhǎng)341.48 m。

1.2地質(zhì)條件

1#施工支洞位于德羅隧洞進(jìn)口西側(cè)，進(jìn)洞口洞臉邊坡結(jié)構(gòu)：上部為第四系碎塊石土，厚2～5 m，下部為侏羅系遮拉組(J2Z)鈣質(zhì)頁(yè)巖，含泥質(zhì)、炭質(zhì)，加薄層狀砂巖、極薄層狀板理化細(xì)晶灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化巖體斜向坡。巖質(zhì)軟弱，穩(wěn)定性條件較差，屬Ⅴ類(lèi)圍巖。

2進(jìn)洞方法選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，在洞口采取鎖口錨桿法施工，但因洞口地質(zhì)揭露條件較差，不易成洞，為確保質(zhì)量和進(jìn)洞安全，決定在三條施工支洞均采用管棚法施工。

3管棚法施工

管棚超前支護(hù)剛度大，可承受土體的垂直和側(cè)向壓力，管棚超前預(yù)支護(hù)具有棚架、錨固、固結(jié)地層三種功能，它將部分荷載有效地吸收和傳遞到已封閉的支護(hù)結(jié)構(gòu)上。在軟弱松散不良地質(zhì)地帶，通過(guò)管棚注漿固結(jié)土體，增強(qiáng)隧道上方土體的穩(wěn)定性，保證隧道進(jìn)洞安全，滿(mǎn)足圍巖開(kāi)挖穩(wěn)定的要求(圖1)。

圖1　管棚施工示意圖

3.1管棚施工參數(shù)

(1)拱頂120°范圍內(nèi)設(shè)置單排管棚。

(2)鋼管規(guī)格：長(zhǎng)20 m，采用熱軋無(wú)縫鋼管φ89，壁厚5 mm，節(jié)長(zhǎng)3 m和5 m。

(3)管距：環(huán)向間距40 cm。

(4)傾角：仰角10°(不包括路線縱坡)；方向：與隧洞軸線平行。

(5)鋼管施工誤差：徑向不大于20 cm ,隧道縱向同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50% ，相鄰鋼管的接頭至少需錯(cuò)開(kāi)1 m。

(6)管棚連接：采用焊接連接。

3.2管棚常規(guī)施工工藝

管棚施工工藝見(jiàn)圖2。根據(jù)管棚常規(guī)施工過(guò)程，可以分為以下幾個(gè)步驟：

制作導(dǎo)向架(套拱)鉆孔 →頂管→封口→注漿。

圖2　管棚施工工藝流程圖

3.3管棚施工方法

管棚施工前，需進(jìn)行仰坡清理和測(cè)量放線，確保坡面坡度符合實(shí)際要求。根據(jù)測(cè)量放線，確定管棚的施工區(qū)域，保證管棚尺寸位置正確。

(1)導(dǎo)向架(套拱)。

導(dǎo)向架的作用是保證鉆孔方向的正確，使其孔向不發(fā)生偏斜，要求自身要有足夠的強(qiáng)度和剛度，采用型鋼混凝土制作而成。縱向長(zhǎng)度為1.5 m，厚50 mm，套拱置于明洞之上。

施工時(shí)，首先在洞外明暗洞交界處架立三榀18b工字鋼，間距75 cm，用鋼筋焊接成一個(gè)整體。在鋼支撐上安裝φ121，長(zhǎng)1.5 m的導(dǎo)向鋼管，與管棚方向一致，然后澆注50 cm厚的C30鋼筋混凝土包裹鋼支撐和導(dǎo)向管。套拱完成后，噴射C25混凝土15 cm厚封閉周?chē)銎旅?，作為注漿時(shí)的止?jié){墻(圖3)。

圖3　導(dǎo)向架安裝

套拱施工工序見(jiàn)圖4。

圖4　套拱施工工藝流程圖

(2)鉆孔。

鉆孔時(shí)間應(yīng)在套拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%之上進(jìn)行。鉆孔型號(hào)根據(jù)鉆孔深度選擇。因鉆孔深度為20 m，一般鉆機(jī)很難達(dá)到，宜采用錨固鉆機(jī)。鉆機(jī)就位時(shí)，搭設(shè)平臺(tái)所用的各種桿件應(yīng)連接牢固。

圖5　套拱混凝土澆筑完成

鉆機(jī)順序由高孔位向低孔位進(jìn)行并間隔錯(cuò)開(kāi)。若由高到低連續(xù)鉆孔將因孔距過(guò)小，會(huì)造成前一個(gè)成型孔在未頂管時(shí)已出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。在鉆到一定深度時(shí)，應(yīng)用測(cè)斜儀檢查孔的傾角是否正確，以便及時(shí)進(jìn)行糾正；深度達(dá)到要求后，應(yīng)邊退鉆、邊清孔。

在鉆孔過(guò)程中，如果出現(xiàn)卡鉆、塌孔現(xiàn)象，可能是隧道地質(zhì)情況發(fā)生了變化，此時(shí)，應(yīng)及時(shí)退鉆，然后采用往孔內(nèi)壓注漿液的方法，待漿液凝固后再行開(kāi)鉆；如果出現(xiàn)掉鉆頭、鉆桿斷裂的現(xiàn)象，可用打撈器取出。

鉆孔亦可為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)提供一定的依據(jù)，因此，每一個(gè)孔在開(kāi)鉆時(shí)，都必須有詳細(xì)記錄，包括開(kāi)鉆時(shí)間、結(jié)束時(shí)間及遇到的問(wèn)題等。

(3)頂管。

管棚鋼管一般采用無(wú)縫鋼管,第一節(jié)鋼管應(yīng)做成尖錐狀,起導(dǎo)向和減小摩擦阻力的作用。在鉆孔成型后，頂管工作進(jìn)行得越早越好,否則將因拖延時(shí)間太長(zhǎng)而導(dǎo)致孔壁變形或孔內(nèi)塌方，給頂管造成困難。頂管由鉆機(jī)頂進(jìn)，鋼管節(jié)段間用絲扣連接，頂進(jìn)時(shí)，節(jié)長(zhǎng)3 m和5 m的管節(jié)交替使用，以錯(cuò)開(kāi)接頭位置，這樣實(shí)施可以保證后期開(kāi)挖時(shí)管棚有足夠的整體強(qiáng)度。管棚頂?shù)轿缓?，鋼管與導(dǎo)向管間隙用速凝水泥或其它膠凝材料堵塞嚴(yán)密，以防注漿冒出。

(4)注漿及封口。

注漿前，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得管棚最佳注漿參數(shù)。漿液采用注漿機(jī)灌注。管棚封堵塞設(shè)有進(jìn)漿孔和排氣孔，當(dāng)排氣孔流出漿液后，關(guān)閉排氣孔,續(xù)灌注漿,待達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量或注漿壓力時(shí)停止注漿。施工過(guò)程中，為防止注漿過(guò)程中發(fā)生串漿,每鉆完一個(gè)孔，隨即安設(shè)該孔的鋼管并注漿，然后進(jìn)行下一孔的施工。注漿結(jié)束后，用C30水泥砂漿充實(shí)無(wú)縫鋼管，以增強(qiáng)管棚強(qiáng)度。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓(0.8 MPa)并繼續(xù)注漿10 min以上；進(jìn)漿量一般為20～30 L/min。

圖6　管棚施工完成

3.4管棚施工注意事項(xiàng)

(1)鋼管在隧道縱向同一橫斷面上的接頭數(shù)不得大于50%，相臨鋼管的接頭數(shù)至少錯(cuò)開(kāi)1 m。

(2)鋼管尾端必須焊接于鋼拱腹部，以增強(qiáng)共同支護(hù)作用；注漿前檢查注漿泵、管路及接頭的牢固程度，防止?jié){液沖出傷人。

第一，詞頻統(tǒng)計(jì)，在線檢索COCA語(yǔ)料庫(kù)，按詞頻從高到低排序；第二，高頻詞條提取，本研究中選取頻次排列前100的詞條進(jìn)行分析，選定提取對(duì)象后整理數(shù)據(jù)，按照共現(xiàn)詞素分析法要求將數(shù)據(jù)分別整理為txt.格式；第三，構(gòu)式搭配分析，使用構(gòu)式搭配分析方法，將Stefanowitsch和Gries教授所編寫(xiě)的程序腳本導(dǎo)入R，在R語(yǔ)言環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)算，之后進(jìn)行Fisher精確檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)出槽位中的動(dòng)詞與目標(biāo)構(gòu)式的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度；第四，語(yǔ)義聚類(lèi)分析；第五，不同語(yǔ)域搭配特征對(duì)比。

(3)認(rèn)真作好管棚鉆孔過(guò)程的原始記錄，及時(shí)對(duì)孔口巖屑進(jìn)行地質(zhì)判斷、描述，將其作為開(kāi)挖洞身的地質(zhì)預(yù)探、預(yù)報(bào)。

(4)注漿時(shí)密切監(jiān)視壓力變化，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

(5)鋼管內(nèi)必須充滿(mǎn)水泥漿，注漿時(shí)注意防止串漿和跑漿，若發(fā)生串漿和跑漿需停止注漿，分析原因并予以解決。

(6)注漿時(shí)，從拱腳處起先注單號(hào)孔,后注雙號(hào)孔。

(7)為保證管棚注漿固結(jié)效果，每孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量95%且注漿壓力達(dá)到0.8 MPa時(shí)方可結(jié)束注漿。

(8)做好注漿壓力、注漿量、注漿時(shí)間等各項(xiàng)內(nèi)容的原始記錄。

4質(zhì)量控制

(1)鉆孔前，精確測(cè)定孔的平面位置、傾角、外插腳，并對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行編號(hào)。

(3)嚴(yán)格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入隧道開(kāi)挖線，相鄰的鋼管不得相撞和立交。

(4)經(jīng)常測(cè)量孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限時(shí)應(yīng)及時(shí)糾正，至終孔仍超限者應(yīng)封孔，原位重鉆。

(5)遇到松散堆積層或破碎帶時(shí)，在鉆進(jìn)過(guò)程中可以考慮增加套管壁厚，以確保鉆機(jī)順利鉆進(jìn)和鋼管順利頂進(jìn)。

5結(jié)語(yǔ)

管棚法施工其實(shí)質(zhì)是在擬開(kāi)挖的隧道或結(jié)構(gòu)工程的襯砌拱圈隱埋弧線上預(yù)先鉆孔安裝并埋設(shè)慣性力矩較大的厚壁鋼管，起臨時(shí)超前支護(hù)作用，防止洞口坍塌或下沉，以確保進(jìn)洞的安全。在管棚施工中應(yīng)注意，洞口開(kāi)挖時(shí)應(yīng)預(yù)留核心土，待管棚形成后再予以挖除。管棚施工方法適用于穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層及洞口地層破碎不穩(wěn)定之處，文中所述經(jīng)驗(yàn)可為同類(lèi)情況提供一定的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]許家華,吳峰．大管棚超前支護(hù)施工技術(shù)[J]．鐵道建筑技術(shù)，2007，24(5)：126-129．

郭俊波(1985-)，男，四川成都人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

鄭俊杰(1989-)，男，山西晉中人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

曾燕波(1971-)，女，四川開(kāi)江人，工程師，學(xué)士，從事電力系統(tǒng)電能計(jì)量工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-07-10

文章編號(hào):1001-2184(2015)04-0015-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):TV7;TV52;TV554+9

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