浅谈岩溶地区隧道管棚跟管施工技术

浅谈岩溶地区隧道管棚跟管施工技术

陈赖酃

（中铁六局集团广州工程有限公司  广州  511400）

摘要：宜来高速3标长乐坪隧道施工过程中遇到直通地表的贯通性溶洞，溶洞内充填物突出。根据现场观察及探孔试钻过程显示，隧道溶腔内堆积体松散土质夹杂粘土，易塌孔，成孔困难。

在施工受阻的情况下，经对比分析决定采用管棚和管施工工艺，解决了溶洞、堆积体、突出等不良地质情况下成孔困难等问题，实现了隧道管棚支护在不良地质下顺利施工。为同类型不良地质处理提供参考。

关键词：隧道、喀斯特地区、不良地质处理、管棚及管道施工技术

1工程概况

宜都至来凤高速公路工程YLYCLX-3标长乐坪隧道位于湖北省五峰土家族自治县长乐坪镇洞口村，为一座分离式隧道。隧道洞轴线走向方位角为300°～292°。左幅起讫桩号为ZK29+454～ZK30+980，长1526米，最大埋深204米；右幅起讫桩号为YK29+396～YK30+954，长1558米，最大埋深217米。隧道净空：10.50m×5.0m。

本工程为Ⅱ级风险隧道，所经区域地质构造复杂，发育深大断裂，断裂规模大，分布密集。长乐隧道前段岩溶发育极强，岩体裂隙较发育并普遍有溶蚀现象，含水介质以溶隙、小型岩溶管道为主，隧道施工过程中遭遇到岩溶管道流和溶腔概率很大，突水、突泥风险高，对工程影响大；后段处于向斜的核部，为地下水的汇集区，岩溶发育十分强烈，岩溶含水介质以地下暗河-岩溶管道为主，发生大型突水、突泥的风险高。

以长乐坪隧道YK30+427-YK30+401段溶洞处治为例，采用跟管钻进法管棚施工。

地陷区航拍溶洞填充物涌出

2总体方案及工艺

隧道管棚跟管施工工艺流程图

2.1施工流程

溶洞反压回填→地表沉陷区处理→施工平台搭设→钻机就位→管位复测→钻具组装及导向系统连接→管棚施作→回转钻杆钻头→清孔、验孔→钢筋笼安装→注浆

2.2.1溶洞反压回填

由当前掌子面的位置采用洞渣与注浆加固的方法反压回填至里程ZK30+426。隧洞内逆压再填充使用5%的水泥稳定碎石土结合注浆加固，加固高度高于上台阶拱脚下不小于30cm，待回填水泥稳定碎石土稳定后，进行注浆，横向间距1.5m，梅花型布置，直径42×3.5mm小导管，长度4.5米，注42.5水泥浆注浆材料采用单液水泥浆，水灰比1:1，注浆压力初始0.5~1MPa，最终压2~3MPa，持压2min。

2.2.2地表沉陷区处治

（1）地表清理

清表应在天沟施工完成后进行，清除逆压回填范围内地面上的植被，清除松散土。植被、树根清除后，坡面修成阶梯状，台阶高30cm，宽1m。清洁表面后，采用小型硫化机对原地表面进行滚压，保证周围排水畅通。

（2）地表回填

清表轧制后，进行地表逆压回填，使用5%水泥稳定碎石土回填，结合深孔注入加固地层，加固宽度为隧道中线左、右侧各10m。注入范围为从逆压填充面到中台阶挖掘面以下1m以上回填压实后，采用φ42×3.5mm小导管注浆加固，各钢管长度4.0-10m，钢管前端呈尖细状，尾部焊接上Φ6胎圈箍、管壁周围打孔Φ6mm，为浆液挤出孔、尾部1m长度范围内不再打孔。

（3）碾压

由于施工范围小，填料铺装采用人工配合挖掘机进行铺装。采用小型夯机进行压实。填筑期间逐层进行压实度检测，松铺系数按照1．2～1．4控制，压实度需控制在90%以上。

2.2.3施工平台搭设

沉陷区处理完成后开始暗洞处治。施工平台主要为回填洞渣，局部利用10*10cm方木辅助搭建，搭建平台必须一次性搭建完成。钻头是从低孔位置到高孔位置对称进行的，不仅缩短了钻头和架设平台移动的时间，而且钻头的定位也变得容易。

施工平台的支撑必须到位，脚手架的连接必须牢固（特别是重要的受力部位），平台上应稳定配设，在钻进过程中不均匀下沉、摆动、应避免发生位移等影响成孔质量。

图二 施工平台大样图

2.2.4钻机就位

钻机采用ZGYX430-1潜孔钻，钻机应安设在平坦地基上，不得倾斜。钻孔位置应与设定的孔管方向平行。现场可利用全站仪、挂线、钻轴导向结合的方法反复调整，以确保钻机钻轴与孔管轴线一致。

2.2.5管位复测

在打开钻头之前，测量组重新测量管架的位置确保孔位准确无误。

5.2.6钻具组装及导向系统连接

钻头由套筒、减震器、偏心钻头、管靴构成。组成完成后逐一检查风动潜孔锤、偏心钻头、套管、套管靴。气压潜孔钻应正常工作，注入润滑机油。偏心钻头可灵活开启收缩，开启时偏心钻头大于套筒靴外径，连接销与锁紧机构牢固，钻杆与潜孔钻及潜孔钻与偏心钻头连接可靠套管和套管靴无裂纹，凡有影响强度的缺陷均不能使用。

根据设计图纸预设钻进轨迹。钻进轨迹应综合考虑地层条件，管棚长度等因素，正式钻孔前要做试验孔，确认地层，纠偏设计轨迹。

图三 钻具零件示意图 图四 钻具组装意图

2.2.7管棚施作

大管棚采用外径φ108mm，壁厚4.5mm钢管，由根管、接头管及管靴组成，单根长度根据现场实际动态调整（不低于9m），节长1.5m，采用φ108*6mm管接头联结，环向中对中间距30cm布置，管棚中心距离初支轮廓线为40cm，管棚搭接长度按2～3m控制。

图五 管棚大样图

图六 超前长管棚支护断面图

2.2.8跟管钻进

根据现场观察及探孔试钻过程显示，隧道堆积体松散土质夹杂粘土，易塌孔，成孔困难，因此现场施工采用“套管”工艺进行超前长管棚钻孔施工。

为了便于管棚和管道的安装，钻头的直径φ108mm偏心钻头。钻头与管系连接后，对准埋设的定位管，钻杆通过第一节钢管与钻头连接，启动钻头，使钻头偏斜，旋转钻孔，利用冲击器驱动钢管钻孔钻进，在开始时应保持低速低风压进行，钻进形成1.0m孔后可根据地质情况逐步调整钻进速度和风压。在第1节钢管到设计位置后，继续安装钻杆和跟管每节钢管长1.5m，钻至设计深度。

图七 跟管钻进

③技术操作要点

A.钻孔施工前机具的定位状况、方位、倾角情况进行检查，确定无误后方可进行钻进。

B.开孔保证钻孔位置、导向件和可动头三点一线，加长管道，随时用导向件保证铅直度，确保管棚设计转向趋势。

C.钻孔过程中，控制进尺速度不能过快，注意间歇性空钻渣，保证管道和钻杆之间的通道畅通避免卡钻并控制钻压。

D.操作过程中要特别注意，偏心钻头在管内，只能翻转，不能正转，须偏心钻头出浆后正转。

E.机具、套管在施工前必须反复检查，所有裂缝和螺纹滑移丝的钻杆和套管均不能使用。

F.在钻孔过程中，通过复杂区段需轻压、慢钻、反复吹扫再缓慢通过。发现突进或卡钻一定要查明原因，排除故障后才能施工。仔细检查钻杆、套管、管靴的外观，发现裂缝或其他异常后更换，防止钻杆、套管、管靴断裂无法开挖时的发生。

④特殊情况应对措施

1. 在钻头和管道过程中，如果出现渣排不畅、残渣滞留在管道内、抱死钻杆的现象，可以直接敲击管道，并稍微翻转一下，重复操作，可以帮助排渣，但是要注意可能会使钻具、管靴等反过来。如果钻杆被锁定，无法顺畅地清扫，则只能利用钻孔油压将所有管道拔出，重新安装管道。
2. 在开挖和管道过程中，如果排渣不畅，应回收偏心钻以辅助排渣。偏心钻再次进入孔底不能出管靴时，将偏心钻头下到孔底后，在管内旋转半圈，使偏心头与管内壁卡合，再次利用钻头油压轻轻拔出一部分管，然后翻转（控制一周360度旋转），使钻头掉到底进行冲击钻头，可确保偏心钻头走出管靴，继续钻探跟管。

C.如果在钻头和钻管过程中，钻头钻具仍有进尺，但管道跟不上，则不是靴子脱落或断裂，而是中部某管道脱落，只能拔出管道跟着管道。

D.如果围岩地质硬软不均匀，导管与钻杆不同心，钻进困难，以及钢管长度不足，可采用人工辅助来强制终孔，如果钢管长度还需要较长，必须拔出管重新连接。

2.2.9回转钻杆钻头

钻进达到设计深度时，钻机反向旋转即可退回钻头，退钻具时，动作一定要缓慢，以防操作力度过大，损坏偏心钻头和管靴。

2.2.10清孔、验孔

钻头退出时，用高压风从孔底向孔外清理钻头渣，确保孔内无残留物。采用全站仪等检查孔的深度、倾角、外推角。管棚不得侵入隧道轮廓线内，相邻钻孔不得碰撞或立交。检查钻孔的间距、深度、直径等，允许偏差为：方向角误差为1°，孔口间距±50mm，孔深±50mm。

2.2.11钢筋笼安装

钢筋笼采用φ22螺纹钢，根据管棚长度在钢构厂内集中加工，单根管棚内呈三角形均匀放置3根φ22钢筋组成的钢筋笼，用M30水泥砂浆紧密填充，增加强度和刚度。保证钢筋笼在钢管正中间措施：每隔2米位置交错布置一道耳筋，保证钢筋笼始终处于管棚中间。

图八 Φ108钢管内置钢筋笼大样图图九 钢筋笼安装

2.2.12注浆

钢筋笼安装验收合格后，对管口进行封堵，安装止浆阀后方可开始注入砂浆，砂浆采用地泵泵入钢管内。砂浆泵注完毕后，用锤敲击钢管，如果声响且脆，应说明灌浆未满，进行补灌。如果声音低哑，说明浆液已填充饱满。

图十一 安装止浆阀图十二 注浆

4安全注意事项

（1）进入施工现场必须戴安全帽。工作台的架设要牢固，连接扣件要紧扣。台架上需搭设木板并固定牢固。高空作业必须系安全绳。

（2）贯彻“安全第一、预防为主”方针坚持“管生产必须管安全”的原则，指挥领导不违反规章，操作工人不违反规章确保安全目标的实现。

（3）管棚施工时应选用检测合格材料，防止发生机械事故。

（4）施工作业平台应牢固搭建、平整。

（5）洞口导向墙施工为高空作业，作业条件差，要求所有施工人员系好安全带，配备必要的安全防护用品。

（6）注浆作业人员必须按要求配带防护用品，不得直接接触浆液。

（7）管棚施工各班组之间应建立完善的交接制度，并将施工、安全等情况记录在交接班组记录簿上。工地值班负责人认真检查了解交接情况。

（8）进入隧道施工现场的所有人员，应当按照规定配备安全帽等安全防护用品。遵章守纪，现场有专人指挥；非施工人员严禁入场。

5结语

作者简介：陈赖酃，男，助理工程师2017年毕业于湖南交通职业技术学院。联系电话：18688560175

参考文献

[1] 《公路隧道施工技术规范》（TJTG/T 3660-2020)；

[2] 《公路隧道加固技术规范》（TJG/T 5440-2018

）；

[3] 《公路隧道设计规范》第一册 土建工程（Q/CR9217-2015）；

[4] 《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015）；

[5]《隧道管棚跟管施工技术》（建筑技术第51卷第10期202年10月，王海波，张宏远，陈春宏，马超）