高风险特长溶岩隧道自进式螺旋管棚施工技术研究

高风险特长溶岩隧道自进式螺旋管棚施工技术研究

作者：闫志华

来源：《科学与财富》2018年第20期

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摘要：本文以大独山隧道穿越泥质白云岩、泥灰岩段为工程实例，采用自带钻头的T76S自钻式高强度螺旋管棚技术，解决了传统管棚在软塑状断层破碎带段落施工成孔困难、工期较长的问题。

关键词：管棚；断层破碎带；钻头 1.引言

进入21世纪以来，我国在交通基础设施方面进行大规模的投资与建设。随着中东部地区的交通基础设施逐渐完备，公路与铁路的规划慢慢向西部和西南部拓展。然而西部与西南部地区地质条件复杂，尤其是在修建隧道时，极易遇岩溶、断层、泥质岩层等威胁施工安全的工况。为了确保施工安全、质量，合理制定隧道穿越不良地质区域的防治措施，优化隧道施工技术方案十分必要。

本文基于大量隧道注浆施工技术的研究和总结得到基础之上，结合大独山隧道泥质白云岩、泥灰岩段为工程实例，采用采用T76S自钻式高强度螺旋管棚技术来提高岩体稳定性，来确保施工的安全、质量并提高施工效率。 2.工程概况

大独山隧道位于关岭至普安区间，为双线单洞隧道，最大埋深380m，隧道设计纵坡为人字坡，隧道进口端接关岭站，进口里程DK852+772，出口里程DK864+654，全长11882m，大独山隧为岩溶隧道，可溶岩长度为9063m，占全隧长度的76%，洞身斷层破碎带发育。隧道最大涌水量为170000m3/d，另外溶蚀破碎带等不可见强富水体，涌水量会成倍增，甚至十倍的增加，地表村庄分布广泛，岩溶漏斗发育，隧道通过可溶岩段岩溶及岩溶水对隧道影响较大，遇到大型岩溶管道及溶洞可能性较大，极可能发生突水、突泥现象，地表局部地段发生塌陷，

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在断层破碎带、可溶岩与非可溶岩接触带多为地下水富集区，易发生突水、突泥、岩溶塌陷，隧道中段洞身埋深大，地应力相对较高，在高地应力下可能发生岩爆。

本隧道为Ⅰ级高风险特长隧道，本隧主要风险为：岩溶，暗河，塌方，突水突泥，岩爆，有毒有害气体等。其中关岭组一段（T2g1）为泥质白云岩、泥灰岩，为了确保施工安全、质量以及工期，需要在施工过程中加入一些防护处理，故而首次采用T76S自钻式高强度螺旋管棚技术。

3.高强度螺旋管棚技术

针对关岭组一段（T2g1）泥质白云岩、泥灰岩，设计院给的超前支护措施为φ108mm大管棚，但由于φ108mm大管棚施工周期长，必须有跟管设备，而我部的C6钻机没有配备跟管钻头，φ108mm大管棚无法施做。我部结合φ32mm自进式锚杆施工，若将φ32mm自进式锚杆直径加大，并用C6钻机作为.力装置，就能代替φ108mm大管棚，而且施工速度会加快。在此基础上我部成功研究出T76S自钻式高强度螺旋管棚超前支护技术。 3.1施工方案

T76S高强度自钻式螺旋管棚正面布置图见图1、图2。 3.2管棚施工参数 （1）材料

高强度全螺纹厚壁钢管T76S：极限抗拉力1200KN（120t），抗拉强度772N/mm2；屈服力1500KN（150t），屈服强度609N/mm2；壁厚15mm；连接套：97*220mm；钻头：T76/D115/EXX。 （2）管棚布置设计

T76S高强度自钻式螺旋管棚纵向每15m～30m一环，相邻两环搭接长度不小3m。外插角：1°～3°，环向间距：40cm，每环50根。 （3）采用的施工设备：

钻机：C6钻机（意大利进口卡萨格蓝迪钻机）；注浆机：M400NT干料连续拌合灰浆泵（奥地利进口）。

（4）施工工艺：（边钻进边注浆）

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高强度自钻式螺旋管棚带钻头，利用C6钻机配置旋转注浆头，采用水泥浆护壁钻进，钻进、安装、注浆一次完成，终孔进行二次高压注浆。 3.3 C6钻机改装

将钻机顶部高压水管卡钳器从顶部改到侧面，降低钻机工作室高度，减少扩挖面积，将钻机钳尾加长至66cm，减少管棚外露长度，节约资源。 3.4 施工工艺

高强度自钻式螺旋管棚带钻头，利用C6 钻机配置旋转注浆头，采用水泥浆护壁钻进，钻进、安装、注浆一次完成，终孔进行二次高压注浆。主要施工工艺流程见下图3所示： 3.5施工过程

（1）第一循环施工组织

施作定位钢架：首先先形成钻机工作室，然后施做定位钢架。工作室采用拱顶挑高，掌子面开挖轮廓线起向后6m范围，拱部管棚施作范围调高40cm，形成钻机工作室（此项工作在开挖过程中已经完成）。在管棚工作室完成后施做定位钢架。在开挖廓线以外拱部150°范围内架设一榀工字钢（I22a），工字钢上开φ160mm的孔，孔距40cm，在每个孔上焊接φ150 mm钢管，长度1m，作为导向钢管。 （2）钻机、注浆机准备

采用洞渣施工C6钻机作业平台，并将钻机定位。同时调配M400NT注浆泵一台，注浆泵与钻机接头连接，注浆材料采用P.O32.5普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.5（对应流量表在570ml/h）。并将高压水管接到现场随时准备洗孔。 （3）钻孔

开始施做第一根管棚。钻进采用带水泥浆钻进，钻进过程中注浆压力2～3MPa。 （4）终孔注浆

管棚注浆采用M400NT 注浆机进行作业，注浆机最大工作压力可达8Mpa，可以满足设计要求，螺纹管注浆采用奇偶数螺纹管间隔注浆由下到上、由左到右，即先按顺序注奇数管，奇数管注浆完成后，再开始按偶数管顺序同上顺序。

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注浆过程控制，注浆压力确定初压为2.0～3.0Mpa，终压为5.0Mpa。注浆时密切监视压力变化，如压力达到5.0Mpa并持续稳定恒压10min 后结束注浆。单根注浆量按Q=πR2KL·α进行估算。

RK—注浆扩散半径，考虑注浆叠加效应，按RK=（0.6～0.8）L0计算，L0为相邻钢管之间的距离；L—螺纹管长度；α—岩体孔隙率；注浆过程应认真做好记录，以便分析解决施工中出现的问题，注浆结束后及时清除管内浆液并用锚固用锚固剂及时填堵端头，以增强管棚的刚度及强度。

4 T76S管棚效果及施工效率 4.1 T76S管棚效果

目前，大独山隧道进口已经施做T76S管棚10循环，掌子面围岩揭示：围岩裂隙充满水泥浆，加固效果良好，掌子面不掉块，围岩有一定的自稳性，开挖轮廓线圆顺，施工安全。通过围岩监控量测显示该段初期支护完成后拱顶累积最大沉降7.8cm，远小于设计15cm的预留沉降量，表明管棚预支护取得了很好的效果。 4.2工效分析

管棚布设在隧道拱顶150°范围内、共50根，根据现场实际施做时间统计，施做一环30mT76S高强度自钻式螺旋管棚所需时间5天，平均每天开挖进尺2.0m，月进尺尺50～60m，工效达到业主Ⅴ级围岩指导性施组进度指标要求的120%～150%。而施做Φ108大管棚，根据经验施做一环30m长大管棚需15天，按平均每天开挖进尺2m，则月进尺20m，达不到Ⅴ级岩指导性施组进度指标。 5.结论

采用T76S自进式螺旋管棚施工技术，若管棚布置得当，能够很好的完成初期支护的拱顶位移沉降要求。其管棚施工技术解决了传统管棚在软塑状断层破碎带段落施工成孔困难、工期较长的弊端，可以较大提高施工效率，工效达到Ⅴ级围岩指导性施组进度指标要求的120%～150%。 参考文献：

[1]赵勇，田四明，孙毅.中国高速铁路隧道的发展及规划[J].隧道建设，2017，37（01）：11-17.

[2]刘巍.论采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术[J].中国标准化，2017（10）：220.

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