岩溶发育隧道超前管棚预注浆施工技术

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1、岩溶发育隧道超前管棚预注浆施工技术：本文结合宜万铁路堰家坪隧道出口段超前管棚注浆的施工，着重介绍岩溶发育段隧道施工中的超前管棚注浆施工工艺控制。结合工程实践，详细地介绍了超前管棚注浆的方案确定，施工设计、施工工艺以及管棚支护效果评价等，确保施工安全和隧道结构的稳定。对类似隧道施工有一定的借鉴作用。　　关键词：岩溶发育隧道超前管棚注浆　　1工程概况　　宜万铁路DK86561～DK89＋224堰家坪隧道位于湖北省长阳县榔坪镇，全长2663m，设计为双线隧道。全隧位于曲线半径为2500m的曲线上，隧道设计纵坡为14.8‰和6‰。隧道围岩为奥陶系下统灰岩、泥质灰岩，局部夹页岩，

2、节理较发育，岩体较破碎，结构松散，稳定性差；且洞身位于01含水透水岩组与023裂隙弱含水弱透水岩组分界附近靠01侧的丰水区，可能遭遇纵向、横向管道径流的承压水，或承接来自该段南侧背斜山地分流的所有来水，成为“集水廊道”，易发生坍塌、冒顶、涌水、突泥灾害。　　2施工方案确定　　2006年3月10日隧道开挖至DK88996掌子面，揭示从DK89017断面开始的拱顶充填性溶洞延伸到拱脚位置，即拱顶以下5M范围全部为溶洞充填物。充填物主要为土夹碎块石，充填物较松散，且充填物中渗水严重，水流呈线状，易坍塌，溶洞底以下为灰岩岩体较破碎。采用水平钻孔探测，该溶洞一直在向遂底延伸。根据

3、超前地质预报，原设计的采用超前锚杆纵向间距2m格栅拱架间距1m的支护体系已不能保证隧道的施工结构安全。为确保施工和结构安全，提请设计变更确定对DK88996掌子面前方26m采用φ108大管棚超前预注浆方案，其他支护措施按宜万遂参03-20隧道围岩Vb级支护施工。　　大管棚支护是在隧道开挖外轮廓周边上，间隔一定的距离，沿洞轴方向以一定的外插角钻孔、安设钢管，然后进行超前注浆固结松散围岩的一种预支护措施。通过管棚注浆，钢管与围岩紧密固结，使隧道拱顶预先形成加固的保护环，加固的保护环可以承受拱部的地面荷载和岩层重量，在岩体开挖后架设拱型钢架支撑，支撑拱架相互连接，形成一个牢固

4、的纵横棚状支护结构。由于钢管和围岩形成了一个固结的整体，拱部变形变小，传递给支护钢架的上部荷载大大减小，从而保证了洞身开挖的安全。　　3施工设计　　3.1管棚设计参数。钢管规格：热轧无缝钢管φ108*6mm，节长3m，6m。管距：环向间距40cm共布置36根。钢管轴线外插角1°。钢管施工误差：径向不大于20cm，沿相邻钢管方向不大于10cm。隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少错开1m。　　管棚布置见右图：　　3.2注浆设计参数　　3.2.1浆液材料及配比的确定。根据工程地质条件和注浆目的以及各种浆液材料的渗透性、渗透系数，注浆材料选用原则如下：

5、　　围岩裂隙发育，可注性好的地层，可采用普通水泥浆液或水泥-水玻璃浆液。粉细砂地层（黏土含量低于2%）或围岩裂隙发育一般、可注性一般的地层，可采用超细水泥浆液或TGRM超细双液型水泥基特种注浆材料。含水、高压致密土体，可采用HSC超细高早强型水泥浆液或化学浆液。　　根据岩溶填充物松散的地质条件，本工程选择普通水泥浆液；根据注浆试验的成果确定水泥浆水灰比为0.6:1～1:1。　　3.2.2注浆量的确定。由于浆液的扩散半径与岩层裂隙很难精密确定，根据隧道工程地质、水文条件以及所选择的注浆材料，进行注浆量的估算。注浆量的估算按下式进行：Q=π*r2*Lπ*R2*L*n*α*β

6、　　式中：Q—总注浆量；单位m3；　　r—管棚管半径;本工程取0.054m；　　R—扩散半径；本工程R取0.5m；　　L—管长；本工程取26m；　　n—围岩孔隙率；本工程为13%；　　α—浆液填充系数（0.7~0.9）；本工程取0.8；　　β—注浆材料损耗系数；本工程取1.15。　　则单孔注浆量Q=π*0.054*0.054*26π*0.3*0.3*26*13%*0.8*1.15=0.878m3　　3.2.3注浆压力的确定.注浆压力是注浆施工中的重要参数，它关系到注浆施工的质量以及经济效果。因此，正确确定注浆压力与合理运用注浆压力有着重要的意义。注浆压力与岩层裂隙发育程

7、度、浆液材料的粘度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定。本工程初压力取0.5-1.0Mpa，终压取2.0～2.5Mpa。　　4超前管棚注浆施工工艺　　管棚施工主要工序有掌子面封闭、施工管棚工作室、导拱施工、搭设钻孔平台、钻孔、安装管棚管、注浆。管棚施工工艺流程图如下。　　　　4.1掌子面封闭DK88996掌子面停止掘进，采用φ22mm砂浆锚杆(L=3.5m，1.1×1.1m)，φ8mm钢筋X（20×20cm），喷20cm厚C20砼的锚、X、喷临时防护使临空面稳定。　　4.2施工管棚工作室工作室应比设计断面大30～50cm，工作室长度应满