大管棚施工技術(shù)研究

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1工程概況

某段隧道位于某二級(jí)公路在兩縣交匯處，該地區(qū)以崇山峻嶺和喀斯特地貌著稱。隧道總長(zhǎng)度為700m，凈寬度為10.5m，斷面僅為一個(gè)單心圓，隧道的最大深度是67m，上1.8%下0.8%人字坡。該隧洞的入口位于山腳處的緩坡，緩坡巖層是弱風(fēng)化灰?guī)r（360°∠15°～30°），隧道出口在山谷的底部，方位和山谷線相吻合，山谷底部的巖層是弱風(fēng)化白云巖（335°∠12°），兩個(gè)巖層中間是一條斷層帶，經(jīng)勘測(cè)得知，這條斷層帶寬40m，隧洞的中軸線接近于垂直穿過(guò)這條帶。

2塌方情況及成因分析

該隧道的施工進(jìn)度在2010年4月下旬到達(dá)K14+770的時(shí)候，出現(xiàn)了規(guī)模較大的隧道塌方事故，破壞了兩段工字拱架，隧洞拱頂部塌陷高度為7。在塌陷事故發(fā)生后，有關(guān)方面采取封堵掌子面的方法，裝配混凝土導(dǎo)管，將拱頂區(qū)域用混凝土進(jìn)行填堵，在回填結(jié)束后，施工方繼續(xù)進(jìn)行施工作業(yè)，但在5月初，由于隧洞左邊顯露出灰?guī)r層，但隧洞右邊依然是泥夾石，因此在對(duì)左邊巖層進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，不幸引起大規(guī)模塌方，破壞4座拱架，塌方體整體高8m，總體積達(dá)到了120m3，在5月中旬，施工方在塌方上層地表發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑大約30m的陷坑，陷坑中部下陷0.5m，四周地表有7cm左右的裂紋。這一陷坑在隧道塌方右邊大約5m，施工方將這起事故定性為隧洞塌方冒頂[2]。2.1地質(zhì)原因。該隧洞的工程方案是從隧道入口出發(fā)，朝向出口的單方向操作，在掘進(jìn)到K14+750段時(shí)，巖層從弱風(fēng)化白云巖轉(zhuǎn)為泥夾石，泥夾石中的石頭大多是白云巖或者弱風(fēng)化灰?guī)r，其石質(zhì)較為堅(jiān)固，體積較大，大約在1～10m3的范圍內(nèi)，石頭之間是黃色的粉土和黏土，土質(zhì)擁有較豐富的水量，隧道巖層強(qiáng)度低，穩(wěn)定性不足，施工難度大，這是引發(fā)隧道塌陷的主因[3]。2.2施工原因。該處隧洞掘進(jìn)方法是上下臺(tái)階弧形導(dǎo)坑保留核心土質(zhì)的掘進(jìn)方法，上臺(tái)階的挖取寬度為12m，高6m，掘進(jìn)每一次循環(huán)加0.8m的進(jìn)尺。然而在掘進(jìn)過(guò)程中，因?yàn)槟鄪A石的體積比較大，并且石質(zhì)強(qiáng)度大，因此巖層爆破作業(yè)存在比較大的擾動(dòng)性，破壞一塊石頭往往會(huì)讓周邊數(shù)塊石頭掉落。隧洞左邊從底部到中部的巖層是白云巖，但右邊卻是泥夾石，致使隧道掌子面的巖層強(qiáng)度不一致，掘進(jìn)之后隧洞右邊的掌子面和隧道拱架間距比較大，增大了掌子面的高度，在進(jìn)行下一步掘進(jìn)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致拱頂部分的石頭掉落，破壞工程設(shè)備，這是此次事故的主因。2.3技術(shù)原因。首先是在出現(xiàn)隧道塌方之后，因?yàn)槭┕し饺狈ψ銐虻募夹g(shù)能力和處理經(jīng)驗(yàn)，前期治理方案不到位，再加上當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的影響，致使前期小塌方情況的發(fā)生，給此處的治理添加了難度；另一方面是前期地質(zhì)預(yù)警力量不足，方法較為單一，再加上施工現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)方面缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法為工程提供有效的地質(zhì)環(huán)境參考，尤其是發(fā)生事故的地段，因?yàn)榈刭|(zhì)巖層突變，讓施工方以為隧洞已完全穿過(guò)斷層帶，因此在施工過(guò)程中并未對(duì)此多加注意。除此以外，在事故發(fā)生段的拱頂存在嚴(yán)重的超挖現(xiàn)象，混凝土回填過(guò)程還留下了部分空洞，并且回填結(jié)果沒有達(dá)到預(yù)定效果[4。

3治理方案

在隧洞塌陷的初始階段，各部門人員在經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查之后覺得塌方體的體積并不大，決定封閉隧道的掌子面，在塌陷區(qū)域填充混凝土，直到塌方出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象后，施工方才認(rèn)識(shí)到問題的嚴(yán)重性。依據(jù)冒頂狀況制定新的處理方案。3.1地表排水措施。沿著塌陷坑的外部6m區(qū)域設(shè)立0.6m×0.6mM7.5漿砌片石截水溝，隨后用黏土填充進(jìn)塌陷坑地表的縫隙，將表面清理整齊，架設(shè)鋼架并敷設(shè)石棉瓦以阻止外部雨水進(jìn)入塌陷區(qū)域。3.2加固措施。為了阻止該塌陷段落的支護(hù)裝置被連環(huán)掉落的石頭壓壞，施工方計(jì)劃對(duì)這些裝置做好補(bǔ)強(qiáng)：拱架之間K15+760~K15+780遭到各種滾落的碎石壓塌掩埋，因此，支護(hù)地段需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)的方式如下：首先，在拱架之間，朝拱架內(nèi)側(cè)噴射混凝土，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步搭建工字鋼拱架，拱架搭建完成后，設(shè)置縱向鋼筋將拱架兩側(cè)進(jìn)行連接，連接的方式為雙面焊接，之后，在拱架兩側(cè)15cm的位置噴射混凝土，混凝土噴射厚度約為25cm。除此之外，在施工過(guò)程中，需要在錨桿部位搭建注漿小導(dǎo)管，導(dǎo)管的環(huán)向間距為0.8m，以此進(jìn)一步夯實(shí)拱體，避免再次出現(xiàn)塌陷事故[5]。3.3塌方體處理。3.3.1處理方案。建設(shè)混凝土封堵墻，將整個(gè)墻體面積進(jìn)行有效夯實(shí)，夯實(shí)面需要保持光滑平整，封堵墻建設(shè)完成后，繼續(xù)噴射混凝土，并且向內(nèi)部注漿，注漿采用小導(dǎo)管形式，漿體為水泥漿，以防止整個(gè)坡面出現(xiàn)坍塌情況，另一方面，設(shè)置大管棚，大管棚的設(shè)置面積為20mΦ108m×6mm大管棚，大管棚主要設(shè)置2排，其中一排的仰角度為15°，另外一排的大棚仰度為30°，管棚之間的相隔距離設(shè)置為36cm，且每排設(shè)置的管道安排36根管，在處理過(guò)程中，需要持續(xù)的向內(nèi)部管道注漿，同時(shí)，在注漿時(shí)，要保證管壁的完整性，控制管道破裂的情況出現(xiàn)。3.3.2大管棚制作。在本工程大管棚制作的過(guò)程中，主要采用的材料是一無(wú)縫鋼管進(jìn)行制作，管棚的長(zhǎng)度是2m、4m、6m，在安裝時(shí)，需要按照實(shí)際情況的不同，做好每個(gè)斷面接頭數(shù)量的控制，且在安裝階段中，需要使用梅花型布置的方法進(jìn)行。對(duì)于鋼筋籠內(nèi)側(cè)來(lái)說(shuō)，需要使用鋼管進(jìn)行支撐，鋼管的長(zhǎng)度需要控制在4cm左右，另外，在分布時(shí)需要按照中心對(duì)稱的方式進(jìn)行分布，制作鋼筋籠居中位置時(shí)，使用的材料需要以Φ12鋼筋制作，同時(shí)，在進(jìn)行鋼筋中心部位制作時(shí)，需要做好鋼管與鋼管中心的質(zhì)量控制，減少不一致的情況出現(xiàn)。3.3.3大管棚施工。當(dāng)前，塌方地段地質(zhì)條件較為惡劣，如果在塌方地段開挖管棚，可能存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，在大管棚安裝之前，需要做好工字鋼拱架的安裝，在安裝時(shí)需要使用支護(hù)管進(jìn)行拱架焊接，當(dāng)焊接的條件滿足工程需要后，在進(jìn)行鋼筋網(wǎng)焊接下到工藝，然后在進(jìn)行錨桿的設(shè)置，最后進(jìn)行混凝土噴射，保證管棚的質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

4結(jié)論

（1）當(dāng)前，在隧道施工過(guò)程中，需要重視地質(zhì)預(yù)報(bào)情況，對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)掌握圍巖地質(zhì)和開挖過(guò)程中圍巖、初期支付的穩(wěn)定情況，在安全得以保障的前提下進(jìn)行挖掘工作的開展。（2）在施工過(guò)程中，為了最大限度保障圍巖以及塌方體的穩(wěn)定情況，用不開挖的跟管鉆進(jìn)大管棚處治隧道塌方，可以有效增強(qiáng)施工質(zhì)量，確保施工在安全的基礎(chǔ)上順利進(jìn)行，減少人員傷亡的可能，保障安全施工進(jìn)展。（3）在實(shí)際施工過(guò)程中，拱頂必須根據(jù)實(shí)際使用的具體要求和工程設(shè)計(jì)圖嚴(yán)格進(jìn)行操作，回填密實(shí)，尤其是如果地質(zhì)情況較差，拱頂沒有夯實(shí)密集，可能導(dǎo)致空面較大等一系列情況，導(dǎo)致二次塌方的出現(xiàn)，危害人員安全，給隧道施工帶來(lái)更嚴(yán)重的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]李宗仁.大管棚施工技術(shù)在隧道塌方冒頂中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2013（18）：135.

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[3]郭夢(mèng)起.新武家莊隧道大管棚施工技術(shù)應(yīng)用與研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2016，43（12）：70-71.

[4]鄢澤紅.軟巖富水條件下隧道高精度大管棚施工技術(shù)[J].中外建筑，2013（5）：111-112.

[5]李偉.淺析某隧道施工大管棚施工技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2016（5）：119-121.

作者:常新忠 單位:山西路橋第二工程有限公司