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，　鄭 俊 杰，　曾 燕 波

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

摘要：根據(jù)拉洛水利樞紐1#施工支洞開挖情況，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方式。介紹了管棚施工法施工工藝及其在隧洞進洞條件較差時采取的處理措施，對類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

德羅引水隧洞進水口布置在拉洛大壩軸線上游約6.2 km處，為塔式進水口，隧洞總長為 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，采用城門洞型斷面，凈斷面尺寸為4 m×4.2 m。施工支洞開挖及支護形式根據(jù)圍巖類別不同，分別采用以下兩種典型形式：

(1)Ⅴ類圍巖開挖及支護型式：開挖斷面為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類圍巖開挖及支護型式：開挖斷面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#施工支洞布置在進口段，與主洞交點為0+060，長158.2 m，2#施工支洞與主洞交點為2+407.12，長643.37 m，3#施工支洞與主洞交點為4+702.97，長341.48 m。

1.2地質(zhì)條件

1#施工支洞位于德羅隧洞進口西側(cè)，進洞口洞臉邊坡結(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)頁巖，含泥質(zhì)、炭質(zhì)，加薄層狀砂巖、極薄層狀板理化細晶灰?guī)r，強風(fēng)化巖體斜向坡。巖質(zhì)軟弱，穩(wěn)定性條件較差，屬Ⅴ類圍巖。

2進洞方法選擇

根據(jù)設(shè)計文件，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結(jié)構(gòu)上。在軟弱松散不良地質(zhì)地帶，通過管棚注漿固結(jié)土體，增強隧道上方土體的穩(wěn)定性，保證隧道進洞安全，滿足圍巖開挖穩(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20 m，采用熱軋無縫鋼管φ89，壁厚5 mm，節(jié)長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開1 m。

(6)管棚連接：采用焊接連接。

3.2管棚常規(guī)施工工藝

管棚施工工藝見圖2。根據(jù)管棚常規(guī)施工過程，可以分為以下幾個步驟：

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，需進行仰坡清理和測量放線，確保坡面坡度符合實際要求。根據(jù)測量放線，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度和剛度，采用型鋼混凝土制作而成?？v向長度為1.5 m，厚50 mm，套拱置于明洞之上。

施工時，首先在洞外明暗洞交界處架立三榀18b工字鋼，間距75 cm，用鋼筋焊接成一個整體。在鋼支撐上安裝φ121，長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厚封閉周圍仰坡面，作為注漿時的止?jié){墻(圖3)。

圖3　導(dǎo)向架安裝

套拱施工工序見圖4。

圖4　套拱施工工藝流程圖

(2)鉆孔。

鉆孔時間應(yīng)在套拱混凝土強度達到75%之上進行。鉆孔型號根據(jù)鉆孔深度選擇。因鉆孔深度為20 m，一般鉆機很難達到，宜采用錨固鉆機。鉆機就位時，搭設(shè)平臺所用的各種桿件應(yīng)連接牢固。

圖5　套拱混凝土澆筑完成

鉆機順序由高孔位向低孔位進行并間隔錯開。若由高到低連續(xù)鉆孔將因孔距過小，會造成前一個成型孔在未頂管時已出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。在鉆到一定深度時，應(yīng)用測斜儀檢查孔的傾角是否正確，以便及時進行糾正；深度達到要求后，應(yīng)邊退鉆、邊清孔。

在鉆孔過程中，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，應(yīng)及時退鉆，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)報提供一定的依據(jù)，因此，每一個孔在開鉆時，都必須有詳細記錄，包括開鉆時間、結(jié)束時間及遇到的問題等。

(3)頂管。

管棚鋼管一般采用無縫鋼管,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，頂管工作進行得越早越好,否則將因拖延時間太長而導(dǎo)致孔壁變形或孔內(nèi)塌方，給頂管造成困難。頂管由鉆機頂進，鋼管節(jié)段間用絲扣連接，頂進時，節(jié)長3 m和5 m的管節(jié)交替使用，以錯開接頭位置，這樣實施可以保證后期開挖時管棚有足夠的整體強度。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密，以防注漿冒出。

(4)注漿及封口。

注漿前，應(yīng)進行現(xiàn)場注漿試驗，根據(jù)實際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得管棚最佳注漿參數(shù)。漿液采用注漿機灌注。管棚封堵塞設(shè)有進漿孔和排氣孔，當排氣孔流出漿液后，關(guān)閉排氣孔,續(xù)灌注漿,待達到設(shè)計注漿量或注漿壓力時停止注漿。施工過程中，為防止注漿過程中發(fā)生串漿,每鉆完一個孔，隨即安設(shè)該孔的鋼管并注漿，然后進行下一孔的施工。注漿結(jié)束后，用C30水泥砂漿充實無縫鋼管，以增強管棚強度。注漿結(jié)束標準：注漿壓力逐步升高，達到設(shè)計終壓(0.8 MPa)并繼續(xù)注漿10 min以上；進漿量一般為20～30 L/min。

圖6　管棚施工完成

3.4管棚施工注意事項

(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)至少錯開1 m。

(2)鋼管尾端必須焊接于鋼拱腹部，以增強共同支護作用；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，在線檢索COCA語料庫，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的詞條進行分析，選定提取對象后整理數(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教授所編寫的程序腳本導(dǎo)入R，在R語言環(huán)境下進行運算，之后進行Fisher精確檢驗，統(tǒng)計出槽位中的動詞與目標構(gòu)式的關(guān)聯(lián)強度；第四，語義聚類分析；第五，不同語域搭配特征對比。

(3)認真作好管棚鉆孔過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質(zhì)判斷、描述，將其作為開挖洞身的地質(zhì)預(yù)探、預(yù)報。

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

(5)鋼管內(nèi)必須充滿水泥漿，注漿時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，從拱腳處起先注單號孔,后注雙號孔。

(7)為保證管棚注漿固結(jié)效果，每孔注漿量達到設(shè)計注漿量95%且注漿壓力達到0.8 MPa時方可結(jié)束注漿。

(8)做好注漿壓力、注漿量、注漿時間等各項內(nèi)容的原始記錄。

4質(zhì)量控制

(1)鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插腳，并對每個孔進行編號。

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

(4)經(jīng)常測量孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限時應(yīng)及時糾正，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，在鉆進過程中可以考慮增加套管壁厚，以確保鉆機順利鉆進和鋼管順利頂進。

5結(jié)語

管棚法施工其實質(zhì)是在擬開挖的隧道或結(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，起臨時超前支護作用，防止洞口坍塌或下沉，以確保進洞的安全。在管棚施工中應(yīng)注意，洞口開挖時應(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)驗可為同類情況提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1]許家華,吳峰．大管棚超前支護施工技術(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，四川開江人，工程師，學(xué)士，從事電力系統(tǒng)電能計量工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-07-10

文章編號:1001-2184(2015)04-0015-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV52;TV554+9

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