小管棚超前支护技术在二工河水库隧洞开挖的应用

小管棚超前支护技术在二工河水库隧洞开挖的应用

陈行友

中国葛洲坝集团第三工程有限公司 陕西西安 710000

摘要：

为了避免二工河水库导流引水隧洞因开挖带来的附加应力所引起的隧洞的连锁塌方，采用小管棚、砂浆锚杆，双层钢筋网，喷射混凝土等多个支护方法，并且通过实验决定了相关的技术参数和施工工艺。本文验证了长期监控量测变形、位移、受力状态的重要性。经验证明应用管棚支护的施工方法能够约束软岩的变形，加快施工进度并且能够确保施工质量与安全。

简介：

新疆吉木萨尔县二工河水库大坝及导流放水兼冲砂隧洞土建及金属设备采购安装工程，由砼面板堆石坝及导流放水隧洞组成。堆石坝最大坝高47.55m，坝顶长度为610.4m，导流放水隧洞全长257.18m，洞径6.5m。隧洞地质条件，隧洞岩性为褐红色、暗红色及浅绿色泥岩，岩石开挖边坡约1:0.5，两壁属顺高倾角裂隙面开挖，洞身属切层开挖，结构面及层面平直、光滑，泥岩为软岩，属强风化，遇水软化，暴露在空气中风化速度快，且左壁边坡有渗水点，边坡不能自稳，开挖后仍需要采用深锚杆、挂钢筋网喷护，为保证洞口洞脸开挖时稳定不垮塌，需要对洞脸上方采用深层锚杆或锚筋桩进行锚固，洞口采用管棚与钢拱架联合支撑。

在开挖隧洞前管棚超前支护技术是支撑地层的一种有效的辅助措施。然而，在不同的地质条件下，具体的技术措施、参数和施工工艺是完全不同的，所以所有的这些都必须根据实际情况设计。二工河水库导流放水隧洞位于IV、V类围岩地区,它不仅地质条件复杂并且水文跟气候条件也不利,这导致施工难度很大。结合二工河水库导流放水隧洞施工的实际，采用管棚超前支护技术控制了围岩的变形，加快了施工进度并且确保了施工质量跟安全。

1、管棚超前支护技术的分析

管棚技术是一种超前支护方法，用来防止掌子面的塌方和约束围岩变形。沿着隧洞开挖前的开挖轮廓线外边水平放置钢管，然后将水泥浆通过钢管注入围岩中从而提高钢管和围岩的强度。将管棚与部分钢骨架结合起来组成一个超前支护系统，这样就能够支撑开挖轮廓线外的围岩因应力破坏引起的沉降、塌方，以确保隧洞施工的安全、提高施工速度。比起隧洞施工中其它施工支护方案，管棚超前支护技术被认为是最有效最可取的辅助措施。

同时小管棚法施工具有施工操作简单、精度高、施工进度快、经济的特点，在复杂的不良的地质条件下这是一个很有效的加固办法，例如易风化岩、断层、高膨胀或流变性地层、散碎岩石、断层破裂带等。针对以上这些地质条件注浆小管棚技术是最有效的超前支护技术。

2、小管棚施工

2.1.支护参数.

小导管采用 Φ42×4mm热轧无缝钢管加工制成，长度为4.0~5。导管前部钻注浆孔，孔径为6～8mm，孔问距20cm左右，呈梅花形布置。前端加工成锥形，尾部留30 cm作为注浆段。设双排 42 X4mm注浆小导管(无缝钢管)，环向间距一般20～40Cm，排距50 Cm，长度5m／根，内外环各51根，两组导管纵向水平搭接长度不小于80 cm，并且桁架结构必须有更强的承载支护作用，桁架采用由Φ22钢筋与I 16工字钢支撑联合支护，形成的桁架受力结构。

通过实验得到水泥浆的配合比，水灰比为0.6：1，注浆初压为0.3~5Mpa,终压为0.5Mpa。在围岩裂隙较发育时。可采用水泥水玻璃双液注浆，水泥浆与水玻璃体积比为1：0．5。浆液扩散半径R，可根据经验按下式计算：

R=(0.6~0.7) L

L-导管中心间距（m）

导管注浆量Q可按下式计算：

R一浆液扩散半径m；

r一钢管半径（m）；

l一导管长度m；

η一围岩孔隙率(%);

α一有效充装系数；

β一灌浆损失系数；

2.2.施工机械及方法。钻孔采用普通YT一2 8凿眼机和 50“十”字钻头即可满足施工要求。当钻孔成型较好，孔壁不致坍塌时，采用直接撞击或用气腿钻冲击将导管安装到设计部位，当孔壁极易坍塌时，采用将钻杆与钻头一起打入岩石内， 导管安装偏差控制在5 C m以内。

图.1小管棚法的施工工艺流程

图.1的下一个循环是指有同样施工工艺过程的下一个管棚施做。然后相邻的两个管棚通过工字钢（I16）连结起来组成一个强支护体系来确保软岩的稳定性和隧洞施工的安全。

2.3.施工要点.安装管棚后再注浆目的是增强围岩的整体性，提高围岩与小管棚的承载支持能力。因此，在管棚施做过程中注浆是一个关键环节，注浆机械采用3sns型注浆泵即可满足施工要求。注浆压力满足设计要求后结束，注浆结束后钢管应该用水泥砂浆填充满使钢管的强度跟刚度更大。

另一个关键环节是钢拱架的安装，这个过程应严格按照隧洞设计尺安设钢拱架，不允许侵入二次衬砌断面，钢拱架问距控制在0．8～1.0m之问，同导管焊接并与岩壁固定，最后再喷射C20混凝土套拱，厚10cm。

3、监控测量

在隧洞的管棚施工中监控量测是十分重要的。量测项目包括变形、位移、围岩的受力状态，在这个基础上调整支护参数和施工工序、控制每个工序的时间，甚至变更设计和日常的施工管理。通过这些修正，支撑结构比以前更有效。此外，根据收敛值、围岩压力量测数据，由监控量测专门小组提出分析结果，采取有效措施，以确保进度和施工安全。

4、结束语

在应用管棚超前支护技术之前勘探地质情况弄清围岩类型是必要的。二工河水库引水隧洞的地质条件十分复杂，围岩属于III、IV、V级围岩并且穿越三个断层破裂带。此外，施工受到地下水和地表水的影响，塌方十分容易发生，严重影响施工。所以，采用小管棚超前支护技术。另外，由于围岩太软用锚喷支护不能控制变形所以在支护结构中加入钢拱架来很好的满足结构要求，确保施工的质量和安全。

加强监控测量。作为管棚施工中的一个重要部分，监控测量对变形、位移、受力状态的观察起了很大的作用。同时，根据监控测量的结构更改支护参数、施工工序和设计使起适用于支护结构。如果监控测量做的不好，塌方和大变形等事故就很容易发生并且施工进度就会慢下来。

通过二工河水库引水隧洞发现在复杂的地质、水文、气候条件下，用小管棚支护技术、锚喷支护、钢拱架、喷射混凝土的综合施工方案效果很好。变形、位移、受力状态的持续监控量测对施工的安全和效率起着很重要的作用。最终，我们达到了控制围岩变形、加快施工进度、确保施工质量和安全的目的。