管棚法施工技术在拉洛水利枢纽工程中的应用

郭 俊 波，　郑 俊 杰，　曾 燕 波

(1.中国人民武装警察部队 水电第三总队，四川 成都　610036；2.国家电网四川省德阳供电公司，四川 德阳　618000)

管棚法施工技术在拉洛水利枢纽工程中的应用

郭 俊 波1，郑 俊 杰1，曾 燕 波2

(1.中国人民武装警察部队 水电第三总队，四川 成都610036；2.国家电网四川省德阳供电公司，四川 德阳618000)

摘要：根据拉洛水利枢纽1#施工支洞开挖情况，发现洞口地质条件较差，不易成洞。为确保洞脸开挖的稳定、安全和施工质量，决定在各施工支洞口采取超前管棚支护方式。介绍了管棚施工法施工工艺及其在隧洞进洞条件较差时采取的处理措施，对类似工程施工具有一定的借鉴意义。

关键词：拉洛水利枢纽；隧洞；管棚；施工技术

1概述

拉洛水利枢纽位于西藏日喀则地区萨迦县境内，枢纽建筑物由沥青混凝土心墙砂砾石坝、泄洪发电隧洞、溢洪道、拉洛电站、德罗电站引水隧洞等组成。

1.1德罗引水隧洞

德罗引水隧洞进水口布置在拉洛大坝轴线上游约6.2 km处，为塔式进水口，隧洞总长为 7 536.16 m。为引水隧洞施工需要，布置了1#、2#、3#三条施工支洞，采用城门洞型断面，净断面尺寸为4 m×4.2 m。施工支洞开挖及支护形式根据围岩类别不同，分别采用以下两种典型形式：

(1)Ⅴ类围岩开挖及支护型式：开挖断面为436 cm×458 cm，系统锚杆间排距1 m，钢拱架I18间距70 cm,排水孔入岩2 m，间排距2 m，梅花形布置，喷混凝土厚18 cm。

(2)Ⅳ-2类围岩开挖及支护型式：开挖断面432 cm×456 cm，系统锚杆间排距1 m,钢拱架I16间距80 cm，排水孔入岩2 m，间排距2 m，梅花形布置，喷混凝土厚16 cm。

1#施工支洞布置在进口段，与主洞交点为0+060，长158.2 m，2#施工支洞与主洞交点为2+407.12，长643.37 m，3#施工支洞与主洞交点为4+702.97，长341.48 m。

1.2地质条件

1#施工支洞位于德罗隧洞进口西侧，进洞口洞脸边坡结构：上部为第四系碎块石土，厚2～5 m，下部为侏罗系遮拉组(J2Z)钙质页岩，含泥质、炭质，加薄层状砂岩、极薄层状板理化细晶灰岩，强风化岩体斜向坡。岩质软弱，稳定性条件较差，属Ⅴ类围岩。

2进洞方法选择

根据设计文件，在洞口采取锁口锚杆法施工，但因洞口地质揭露条件较差，不易成洞，为确保质量和进洞安全，决定在三条施工支洞均采用管棚法施工。

3管棚法施工

管棚超前支护刚度大，可承受土体的垂直和侧向压力，管棚超前预支护具有棚架、锚固、固结地层三种功能，它将部分荷载有效地吸收和传递到已封闭的支护结构上。在软弱松散不良地质地带，通过管棚注浆固结土体，增强隧道上方土体的稳定性，保证隧道进洞安全，满足围岩开挖稳定的要求(图1)。

图1　管棚施工示意图

3.1管棚施工参数

(1)拱顶120°范围内设置单排管棚。

(2)钢管规格：长20 m，采用热轧无缝钢管φ89，壁厚5 mm，节长3 m和5 m。

(3)管距：环向间距40 cm。

(4)倾角：仰角10°(不包括路线纵坡)；方向：与隧洞轴线平行。

(5)钢管施工误差：径向不大于20 cm ,隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50% ，相邻钢管的接头至少需错开1 m。

(6)管棚连接：采用焊接连接。

3.2管棚常规施工工艺

管棚施工工艺见图2。根据管棚常规施工过程，可以分为以下几个步骤：

制作导向架(套拱)钻孔 →顶管→封口→注浆。

图2　管棚施工工艺流程图

3.3管棚施工方法

管棚施工前，需进行仰坡清理和测量放线，确保坡面坡度符合实际要求。根据测量放线，确定管棚的施工区域，保证管棚尺寸位置正确。

(1)导向架(套拱)。

导向架的作用是保证钻孔方向的正确，使其孔向不发生偏斜，要求自身要有足够的强度和刚度，采用型钢混凝土制作而成。纵向长度为1.5 m，厚50 mm，套拱置于明洞之上。

施工时，首先在洞外明暗洞交界处架立三榀18b工字钢，间距75 cm，用钢筋焊接成一个整体。在钢支撑上安装φ121，长1.5 m的导向钢管，与管棚方向一致，然后浇注50 cm厚的C30钢筋混凝土包裹钢支撑和导向管。套拱完成后，喷射C25混凝土15 cm厚封闭周围仰坡面，作为注浆时的止浆墙(图3)。

图3　导向架安装

套拱施工工序见图4。

图4　套拱施工工艺流程图

(2)钻孔。

钻孔时间应在套拱混凝土强度达到75%之上进行。钻孔型号根据钻孔深度选择。因钻孔深度为20 m，一般钻机很难达到，宜采用锚固钻机。钻机就位时，搭设平台所用的各种杆件应连接牢固。

图5　套拱混凝土浇筑完成

钻机顺序由高孔位向低孔位进行并间隔错开。若由高到低连续钻孔将因孔距过小，会造成前一个成型孔在未顶管时已出现塌孔现象。在钻到一定深度时，应用测斜仪检查孔的倾角是否正确，以便及时进行纠正；深度达到要求后，应边退钻、边清孔。

在钻孔过程中，如果出现卡钻、塌孔现象，可能是隧道地质情况发生了变化，此时，应及时退钻，然后采用往孔内压注浆液的方法，待浆液凝固后再行开钻；如果出现掉钻头、钻杆断裂的现象，可用打捞器取出。

钻孔亦可为超前地质预报提供一定的依据，因此，每一个孔在开钻时，都必须有详细记录，包括开钻时间、结束时间及遇到的问题等。

(3)顶管。

管棚钢管一般采用无缝钢管,第一节钢管应做成尖锥状,起导向和减小摩擦阻力的作用。在钻孔成型后，顶管工作进行得越早越好,否则将因拖延时间太长而导致孔壁变形或孔内塌方，给顶管造成困难。顶管由钻机顶进，钢管节段间用丝扣连接，顶进时，节长3 m和5 m的管节交替使用，以错开接头位置，这样实施可以保证后期开挖时管棚有足够的整体强度。管棚顶到位后，钢管与导向管间隙用速凝水泥或其它胶凝材料堵塞严密，以防注浆冒出。

(4)注浆及封口。

注浆前，应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚最佳注浆参数。浆液采用注浆机灌注。管棚封堵塞设有进浆孔和排气孔，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔,续灌注浆,待达到设计注浆量或注浆压力时停止注浆。施工过程中，为防止注浆过程中发生串浆,每钻完一个孔，随即安设该孔的钢管并注浆，然后进行下一孔的施工。注浆结束后，用C30水泥砂浆充实无缝钢管，以增强管棚强度。注浆结束标准：注浆压力逐步升高，达到设计终压(0.8 MPa)并继续注浆10 min以上；进浆量一般为20～30 L/min。

图6　管棚施工完成

3.4管棚施工注意事项

(1)钢管在隧道纵向同一横断面上的接头数不得大于50%，相临钢管的接头数至少错开1 m。

(2)钢管尾端必须焊接于钢拱腹部，以增强共同支护作用；注浆前检查注浆泵、管路及接头的牢固程度，防止浆液冲出伤人。

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(3)认真作好管棚钻孔过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，将其作为开挖洞身的地质预探、预报。

(4)注浆时密切监视压力变化，发现异常及时处理。

(5)钢管内必须充满水泥浆，注浆时注意防止串浆和跑浆，若发生串浆和跑浆需停止注浆，分析原因并予以解决。

(6)注浆时，从拱脚处起先注单号孔,后注双号孔。

(7)为保证管棚注浆固结效果，每孔注浆量达到设计注浆量95%且注浆压力达到0.8 MPa时方可结束注浆。

(8)做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项内容的原始记录。

4质量控制

(1)钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插脚，并对每个孔进行编号。

(3)严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线，相邻的钢管不得相撞和立交。

(4)经常测量孔的斜度，发现误差超限时应及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。

(5)遇到松散堆积层或破碎带时，在钻进过程中可以考虑增加套管壁厚，以确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。

5结语

管棚法施工其实质是在拟开挖的隧道或结构工程的衬砌拱圈隐埋弧线上预先钻孔安装并埋设惯性力矩较大的厚壁钢管，起临时超前支护作用，防止洞口坍塌或下沉，以确保进洞的安全。在管棚施工中应注意，洞口开挖时应预留核心土，待管棚形成后再予以挖除。管棚施工方法适用于穿越破碎带、松散带、软弱地层及洞口地层破碎不稳定之处，文中所述经验可为同类情况提供一定的借鉴。

参考文献：

[1]许家华,吴峰．大管棚超前支护施工技术[J]．铁道建筑技术，2007，24(5)：126-129．

郭俊波(1985-)，男，四川成都人，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

郑俊杰(1989-)，男，山西晋中人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

曾燕波(1971-)，女，四川开江人，工程师，学士，从事电力系统电能计量工作.

(责任编辑：李燕辉)

收稿日期:2015-07-10

文章编号:1001-2184(2015)04-0015-03

文献标识码:B

中图分类号:TV7;TV52;TV554+9

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