大管棚施工技术研究

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1工程概况

某段隧道位于某二级公路在两县交汇处，该地区以崇山峻岭和喀斯特地貌著称。隧道总长度为700m，净宽度为10.5m，断面仅为一个单心圆，隧道的最大深度是67m，上1.8%下0.8%人字坡。该隧洞的入口位于山脚处的缓坡，缓坡岩层是弱风化灰岩（360°∠15°～30°），隧道出口在山谷的底部，方位和山谷线相吻合，山谷底部的岩层是弱风化白云岩（335°∠12°），两个岩层中间是一条断层带，经勘测得知，这条断层带宽40m，隧洞的中轴线接近于垂直穿过这条带。

2塌方情况及成因分析

该隧道的施工进度在2010年4月下旬到达K14+770的时候，出现了规模较大的隧道塌方事故，破坏了两段工字拱架，隧洞拱顶部塌陷高度为7。在塌陷事故发生后，有关方面采取封堵掌子面的方法，装配混凝土导管，将拱顶区域用混凝土进行填堵，在回填结束后，施工方继续进行施工作业，但在5月初，由于隧洞左边显露出灰岩层，但隧洞右边依然是泥夹石，因此在对左边岩层进行爆破作业时，不幸引起大规模塌方，破坏4座拱架，塌方体整体高8m，总体积达到了120m3，在5月中旬，施工方在塌方上层地表发现了一个直径大约30m的陷坑，陷坑中部下陷0.5m，四周地表有7cm左右的裂纹。这一陷坑在隧道塌方右边大约5m，施工方将这起事故定性为隧洞塌方冒顶[2]。2.1地质原因。该隧洞的工程方案是从隧道入口出发，朝向出口的单方向操作，在掘进到K14+750段时，岩层从弱风化白云岩转为泥夹石，泥夹石中的石头大多是白云岩或者弱风化灰岩，其石质较为坚固，体积较大，大约在1～10m3的范围内，石头之间是黄色的粉土和黏土，土质拥有较丰富的水量，隧道岩层强度低，稳定性不足，施工难度大，这是引发隧道塌陷的主因[3]。2.2施工原因。该处隧洞掘进方法是上下台阶弧形导坑保留核心土质的掘进方法，上台阶的挖取宽度为12m，高6m，掘进每一次循环加0.8m的进尺。然而在掘进过程中，因为泥夹石的体积比较大，并且石质强度大，因此岩层爆破作业存在比较大的扰动性，破坏一块石头往往会让周边数块石头掉落。隧洞左边从底部到中部的岩层是白云岩，但右边却是泥夹石，致使隧道掌子面的岩层强度不一致，掘进之后隧洞右边的掌子面和隧道拱架间距比较大，增大了掌子面的高度，在进行下一步掘进时，可能会导致拱顶部分的石头掉落，破坏工程设备，这是此次事故的主因。2.3技术原因。首先是在出现隧道塌方之后，因为施工方缺乏足够的技术能力和处理经验，前期治理方案不到位，再加上当地地质条件的影响，致使前期小塌方情况的发生，给此处的治理添加了难度；另一方面是前期地质预警力量不足，方法较为单一，再加上施工现场的有关方面缺乏相关经验，无法为工程提供有效的地质环境参考，尤其是发生事故的地段，因为地质岩层突变，让施工方以为隧洞已完全穿过断层带，因此在施工过程中并未对此多加注意。除此以外，在事故发生段的拱顶存在严重的超挖现象，混凝土回填过程还留下了部分空洞，并且回填结果没有达到预定效果[4。

3治理方案

在隧洞塌陷的初始阶段，各部门人员在经过现场调查之后觉得塌方体的体积并不大，决定封闭隧道的掌子面，在塌陷区域填充混凝土，直到塌方出现冒顶现象后，施工方才认识到问题的严重性。依据冒顶状况制定新的处理方案。3.1地表排水措施。沿着塌陷坑的外部6m区域设立0.6m×0.6mM7.5浆砌片石截水沟，随后用黏土填充进塌陷坑地表的缝隙，将表面清理整齐，架设钢架并敷设石棉瓦以阻止外部雨水进入塌陷区域。3.2加固措施。为了阻止该塌陷段落的支护装置被连环掉落的石头压坏，施工方计划对这些装置做好补强：拱架之间K15+760~K15+780遭到各种滚落的碎石压塌掩埋，因此，支护地段需要及时进行补强。补强的方式如下：首先，在拱架之间，朝拱架内侧喷射混凝土，然后在此基础上进一步搭建工字钢拱架，拱架搭建完成后，设置纵向钢筋将拱架两侧进行连接，连接的方式为双面焊接，之后，在拱架两侧15cm的位置喷射混凝土，混凝土喷射厚度约为25cm。除此之外，在施工过程中，需要在锚杆部位搭建注浆小导管，导管的环向间距为0.8m，以此进一步夯实拱体，避免再次出现塌陷事故[5]。3.3塌方体处理。3.3.1处理方案。建设混凝土封堵墙，将整个墙体面积进行有效夯实，夯实面需要保持光滑平整，封堵墙建设完成后，继续喷射混凝土，并且向内部注浆，注浆采用小导管形式，浆体为水泥浆，以防止整个坡面出现坍塌情况，另一方面，设置大管棚，大管棚的设置面积为20mΦ108m×6mm大管棚，大管棚主要设置2排，其中一排的仰角度为15°，另外一排的大棚仰度为30°，管棚之间的相隔距离设置为36cm，且每排设置的管道安排36根管，在处理过程中，需要持续的向内部管道注浆，同时，在注浆时，要保证管壁的完整性，控制管道破裂的情况出现。3.3.2大管棚制作。在本工程大管棚制作的过程中，主要采用的材料是一无缝钢管进行制作，管棚的长度是2m、4m、6m，在安装时，需要按照实际情况的不同，做好每个断面接头数量的控制，且在安装阶段中，需要使用梅花型布置的方法进行。对于钢筋笼内侧来说，需要使用钢管进行支撑，钢管的长度需要控制在4cm左右，另外，在分布时需要按照中心对称的方式进行分布，制作钢筋笼居中位置时，使用的材料需要以Φ12钢筋制作，同时，在进行钢筋中心部位制作时，需要做好钢管与钢管中心的质量控制，减少不一致的情况出现。3.3.3大管棚施工。当前，塌方地段地质条件较为恶劣，如果在塌方地段开挖管棚，可能存在严重的安全风险，因此，在大管棚安装之前，需要做好工字钢拱架的安装，在安装时需要使用支护管进行拱架焊接，当焊接的条件满足工程需要后，在进行钢筋网焊接下到工艺，然后在进行锚杆的设置，最后进行混凝土喷射，保证管棚的质量能够达到设计的要求。

4结论

（1）当前，在隧道施工过程中，需要重视地质预报情况，对各项监测数据进行实时监控，及时掌握围岩地质和开挖过程中围岩、初期支付的稳定情况，在安全得以保障的前提下进行挖掘工作的开展。（2）在施工过程中，为了最大限度保障围岩以及塌方体的稳定情况，用不开挖的跟管钻进大管棚处治隧道塌方，可以有效增强施工质量，确保施工在安全的基础上顺利进行，减少人员伤亡的可能，保障安全施工进展。（3）在实际施工过程中，拱顶必须根据实际使用的具体要求和工程设计图严格进行操作，回填密实，尤其是如果地质情况较差，拱顶没有夯实密集，可能导致空面较大等一系列情况，导致二次塌方的出现，危害人员安全，给隧道施工带来更严重的影响。

参考文献：

[1]李宗仁.大管棚施工技术在隧道塌方冒顶中的应用[J].科技风，2013（18）：135.

[2]伍勇.隧道大管棚施工技术在工程中的应用[J].建筑，2014（12）：61-63.

[3]郭梦起.新武家庄隧道大管棚施工技术应用与研究[J].建筑技术开发，2016，43（12）：70-71.

[4]鄢泽红.软岩富水条件下隧道高精度大管棚施工技术[J].中外建筑，2013（5）：111-112.

[5]李伟.浅析某隧道施工大管棚施工技术[J].工程建设与设计，2016（5）：119-121.

作者:常新忠 单位:山西路桥第二工程有限公司