管棚超前支护在那沙岭隧道中的应用

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管棚超前支护在那沙岭隧道中的应用

山东茂隆新材料 2020-11-19 2488


一、前言

  那沙岭隧道位于江西省西北部宜丰县,起讫桩号为K123+490-K123+950,长460m,设计为连拱式隧道,采用新奥法原理施工。

  二、工程概况

  1.地形条件

  那沙岭隧道处于九岭隆起变质岩丘陵区,地形起伏较大,微地貌有山间冲洪小盆地、山脊及山间冲沟等。最高海拔位于山脊,标高为245.8m,最低点在隧道出口,标高为149.9m,相对高差为95.9m。山间树枝状小溪发育,落差大水流急,河水暴涨暴落。

  2.围岩组成与分布情况

  洞口地层情况为第四系中更新统残坡积和双桥山群下亚群。上部为腐植土,土质松散,中部土层旱季呈硬可塑状,雨季呈软可塑状,下部土层为软可塑状,在残坡积土层内夹有块状孤石。隧道洞口处于V级围岩区,围岩成份复杂,均质性差,各向异性明显,围岩的开挖稳定性极差。

  3.水文地质条件

  根据对隧道内的工程地质调查,地表水系发育,溪沟水头落差较大,水流湍急,具有较强的冲刷。

  隧道区K123+500-123+630右侧为一近南北向的冲沟,宽约20m,地表常年积水,周围山体地下水多排泄于该冲沟,地下水长年出露。

  雨季地表径流明显,地层内饱含孔隙水,并顺孔隙下渗。

  4.不良地质

  那沙岭隧道区的不良地质作用主要表现为:

  风化:主要体现在隧道进、出洞口处,风化作用改变了原岩结构,形成较厚的全~强风化层松散体,直接降低了岩体的强度,工程稳定性较差,易产生崩塌或滑落,增加了进洞施工支护难度。

  结构破碎带:隧道区岩层受揉皱强烈,岩体节理裂隙发育,且两组裂缝面倾向与路线走向大角度相交,边坡易沿裂隙面产生滑塌,同时易给隧道施工带来掉块、坍塌、等不安全隐患。

  5.洞口工程地质条件

  那沙岭隧道进出洞口由第四系中更新统残坡积和双桥山群下亚群组成。上部土质松散,中下部为强风化砂质板岩,裂隙发育,岩体破碎。

  三、方案设计及作用原理

  1.隧道洞口边、仰坡预加固

  对隧道洞口边、仰坡的预加固,设计采用Ф42注浆小导管,长度为4m,呈梅花形布置,小导管间距为1.2m×1.2m,并挂直径Ф8,网孔为250mm×250mm的钢筋网片,喷150mm厚的混凝土。

  2.洞内超前预加固

  进洞前,对开挖轮廓线一定范围内的破碎围岩预加固,设计采用超前长管棚,其主要设计参数为:长度35m,采用热轧无缝钢管Ф89×6mm,外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好,设计为1-2。环向间距40cm,管节长为3m、6m,管棚导管前端呈尖锥状,便于贯入,管壁四周钻Ф12mm、间距45cm的圆孔,以便注浆浆液流动。每个钢管内插入Ф32螺纹钢筋1根,可以

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增加钢管的刚度,提高支护强度。

  3.主要作用原理

  (1)地表对边、仰坡的预加固措施,阻断了地表水渗入下部围岩孔隙的通道,对表层松散围岩起到了支护和加固作用。

  (2)钢管内插入钢筋及管内注入水泥浆,增强了管棚刚度,因而也就增强了管棚的支护强度,同时,通管注浆,使水泥浆压入破碎围岩,通过水泥浆的胶结作用及对孔隙的充填压密,提高围岩的C、Ф值,从而提高了围岩的整体强度,增强了开挖稳定性。

  四、施工工艺

  1.施工顺序

  洞口段开挖及防护→测量定位→混凝土套拱施作→搭设平台→安装钻机→钻孔(加工管棚钢管)→管棚插入及孔口处理→注浆→导坑开挖支护。

  2.施工具体项目

  (1)洞口段开挖及防护。洞口边、仰坡开挖至设计坡率后,施作小导管及注浆,再挂网喷射混凝土,进行坡面及地表的深层防护。为便于钻机钻孔,注浆作业,应在作套拱前;洞口土石方开挖应分台阶进行,上台阶高度在起拱线附近作为管棚施作平台,平台高度(指钻孔轴心至钻机底座距离,应考虑钻机升降能力。)、长度应根据钻孔设备和管棚钢管最长节长度确定,在施作套拱范围,挖机挖至一定标高后由人工修整为设计要求的形状作为套拱底模平台。

  (2)混凝土套拱施作。采用C30混凝土套拱做长管棚导向墙,混凝土套拱厚1.0m、长3.0m,套拱内埋设四榀I20b工字钢拱架,导向管采用Ф108mm×4.5mm无缝钢管,工字钢和导向管焊成整体,并用“∏”型Ф16钢筋固定,确保导向管稳定,方向准确。混凝土套拱施作好后与其相临面进行喷混凝土封闭,保证注浆时不跑浆。

  (3)钻孔。搭建施工平台,安装钻机,钻机平台由上而下,由中间至两边,根据孔位依次搭好,要求钻机平台搭建牢固,利于安装固定钻机;开孔时,要低速低压,等成孔数米后,再加速加压,钻孔测斜用经纬仪测斜法,成孔一半时侧斜。钻孔侧斜测定方法是先抽出钻杆钻头,然后把专门制作的光源插入管内,送到测定位置,使用安装在钻机口的方向十字丝,使两个十字丝重合再看光源,测定其偏差值。二是采用全站仪测定,其方法是用全站仪从孔口直接看光源,根据光源在孔内位置及孔径大小大致制定偏斜情况。

  (4)管棚插入及孔口处理。钢管采用Ф89无缝钢管,管壁设有Ф12mm溢浆孔,节长3m和6m两种,管棚环间距离40~50cm,方向与隧道轴线平行,同一横断面内接头数量≤50%,相邻钢管的接头至少须错开1m。浅孔段采用人工推进,孔深阻力大时,采用机械推进,为防止塌孔并保证孔向正确,每钻一孔即顶进一根钢管,注一孔浆,钢管就位后加以固定,钢管与导向管间隙用棉纱堵塞,水泥砂浆封堵。

  (5)注浆。采用注浆机注浆,按照钻一孔注一孔浆的原则进行,全孔一次压入,注浆参数为:

  ①水泥浆水灰比1∶1;

  ②注浆压力:初压0.5Mpa~1.0MPa,终压2.0MPa,

  浆液扩散半径≥0.5m,当注浆量达到设计数量或注浆

  终压达到2.0MPa而浆液注不进时,再稳压3~5min即可结束注浆。同时,注浆的浆压浓度及压力应根据现场的实际情况进行调整。

  五、施工注意事项

  1.根据施钻部位的地质情况,选取合适的倾角角度,角度过小,将可能导致管棚远端下垂至隧道开挖轮廓内影响后期施工,角度过大,管棚离开挖轮廓距离过大,管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难。

  2.长管棚注浆超前支护在破碎堆积物中注浆效果较好,但有时管棚之下所谓扩散半径以内的岩体自然脱落形成超挖,管棚由于间距达40cm-50cm,石块及土层在地下水作用下,经常沿缝隙流塌而形成塌穴的现象,必须及时回填封闭或在后期开挖过程中施作超前小导管注浆进行支护。

  3.钻孔过程中如出现不均匀地质或孤石,为防止偏孔,在两种地层特别是从较软地层到较硬地层或孤石时,必须进行扩孔。

  六、结语

  那沙岭隧道洞口破碎岩层,通过地表及洞内开挖轮廓线一定范围内围岩的加固,方案设计合理,施工工艺及施工组织得力,为隧道成功进洞创造了有利条件,确保了隧道施工安全进洞,值得类似工程借鉴。

  参考文献:

  [1]《公路隧道施工技术规范》JTJ042-94.交通部重庆公路科学研究所。


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