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1、隧洞塌方大管棚处理施工方案引洮15#隧洞及连接段工程平支洞上游段103+753103+523，在2010年年底甘肃省水利水电设计研究院对此段230米未开挖的隧洞，沿洞轴线进行了地质勘察，根据勘察报告所揭示的地质情况，此段围岩含水量高、砂石夹层含泥量高、结构疏松，隧洞地质情况十分复杂多变。鉴于目前隧洞围岩的实际情况，我项目部就针对此段特殊地质隧洞开挖上报施工方案，具体施工方法为，首先对洞内的淤泥进行清理，然后对掌子面的涌泥部位进行补强处理，待补强结束后，采用长度5米42的花管进行注浆固结围岩，然后采用常规的施工方法对此段进行隧洞掘进施工，如果在超前花管注浆和常规施工法无法进行隧洞掘进施工时，我项
2、目部就采用如下的长度20米超前大管棚（花管注浆）施工方法进行施工，超前大管棚具体施工方法如下：一、 编制依据1.1、水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T 5148-2001。1.2、中铁二十局【2009】009号报告关于引洮15#隧洞突水、涌泥、塌方处理方案报告及业主方、监理方、设计方三方的批复意见。1.3、中铁二十局【2010】016号报告引洮15#隧洞平支洞103+753103+713段塌方、冒顶处理施工方案。二、 编制目的 指导作业人员掌握对塌方处理及超长大管棚施工的基本方法，提高注浆固结的效果，很好的完成对塌方的处理。三、 工程概况3.1、塌方段原设计地质概况根据设计提供的地质资料，
3、引洮总干渠15#隧洞穿越大营梁，地处黄土丘陵区，冲沟发育，地形起伏大。表部多为coLQ马兰黄土，厚515m，局部段为al-plQ黄土状粉质壤土，厚38m；中部为al-plQ粉质壤土，厚1050m；下部为重粉质壤土，土质不均，夹粉质粘土和粉质壤土、砂壤土薄层或透镜体，重粉质壤土和粉质土结构密实，呈可塑硬塑状，而颗粒略粗、粘粒含量略低的粉质壤土、砂壤土土层相对持水，且土体呈软塑状，该段内洞底以上有多层不连续分布的持水土体，地下水位高于洞顶4-37m，隧洞围岩属极不稳定的类围岩，成洞条件差。苟家曲段分布有al-plQ4砂砾石，夹有两层2.8m厚的粉质壤土，总厚度24.4m，下为al-lQ2重粉质壤土
4、，夹粉质粘土；地下水位埋深5.35m；洞顶以上1.3m为砂砾石。3.2、塌方后施救过程及现状由我部施工的引洮15#隧洞平支洞，在2009年8月5日掌子面掘进至103+770处时,掌子面发生突水、涌泥事故,泥沙涌满洞子两百多米，并造成洞内塌方、地表冒顶。塌方后我部积极组织、邀请隧道方面的专家、教授到现场对塌方、冒顶情况进行查看，并精心研究处理塌方的措施与方案。2009年8月15日我部上报了“中铁二十局2009009号报告（关于引洮15#隧洞突水、涌泥、塌方处理方案的报告）”。9月16日，我方收到由业主与设计方批复的塌方处理意见，要求我部在地表对塌坑范围内进行双液注浆，注浆结束后再进行洞内清淤及掘
5、进工作。2009年10月6日，我部开始了塌陷区地表钻孔、注浆工作，双液浆采用配比为：水泥浆水灰比为1：1，水泥浆与水玻璃体积比为或1：0.5，水玻璃选用模数为2.4，35Be的浆液，注浆压力大于3.5MPa。到12月20日注浆工作全部结束，洞内开始清淤工作，2010年1月23日，洞内清淤至塌方前掌子面，由于掌子面依然流水较大，并伴有泥浆流出。根据掌子面实际情况，由于塌陷区主要由泥沙填充，所以注浆效果达不到我们预计的效果。因此，洞内施工不能正常进行。考虑到工期原因，向业主提出地表打降水井进行地下降水工作，待水位下降、洞内流水变小后再进行洞内开挖。经业主、设计方同意，2010年3月19，按业主要求
6、，我们在线路右侧、河道上游共打7口降水井，纵向方向每5m设置一口，井深为3545m，并于4月15日全部施工完毕，然后开始降水、排水工作，降水工作一直持续到6月初，洞内流水有明显减小；6月10日，我部组织人员、设备开始再次进行洞内清淤工作，想尽快恢复塌方段的正常施工，6月15日，再次清淤至掌子面，并用沙袋对掌子面进行防护时，在防护过程中掌子面突然又出现突泥现象，泥沙涌出掌子面20多米，地表再次出现塌陷。2010年12月2日超前大管棚注浆施工结束，开始了隧洞掘进施工，但是只向前掘进15米时，在2011年12月28日隧洞掘进至103+753再次发生塌方冒顶。四、 施工方案说明4.1、施工方案根据20
7、10年底设计院对此段（103+753103+523）地质做的补充地质勘探分析，此段103+753103+523隧洞围岩均为湿陷饱和黄土，围岩中部含有12米厚的砂砾石透水层，根据塌方的严重性及波及范围,我部再次聘请集团公司内外部专家现场研解决处理方案，通过现场调查分析，确定了专家研讨会决定使用双层大管棚超前支护施工方案进行此段的施工。大管棚内注水泥-水玻璃双液浆，固结双层管棚间空隙及周边砂砾层，形成帷幕注浆效果，并对透水层起封堵作用，同时填充大管棚，增加其强度。大管棚施工完成后进行开挖掘进。4.2、技术参数4.2.1、管棚处理范围：洞身边墙1m以上全环施作。4.2.2、超长大管棚：长度平均20m
8、花管，钢管大管棚采用108mm，壁厚6mm 的热轧无缝钢管，节长分别为3 m6m。洞身边墙1m以上全环施作双层108超前大管棚，管棚呈品字型布置，全环孔间距按20cm间距布置。外插角2 3，梅花型布置。4.2.3、注浆参数设计（1）注浆材料及配合比：注浆浆液采用双液浆，水泥采用42.5（R）普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比1：1，水泥浆与水玻璃体积比为1：1（或1：0.5），最终配比以现场试验决定。水玻璃选用模数为2.4，35Be的浆液。（2） 注浆压力：大于2.5MPa;（3）单根钢管注浆量：Q=r2L+R2L式中：r 为钢管半径，L 为钢管总长度，考虑与钻机连接，取20m；R 为浆液扩散半径，
9、取0.5m；为地层孔隙率，堆积体经测试为12%；为浆液有效充填率，取0.9；为浆液损耗系数，取1.15。经计算，单根钢管注浆量Q=2.13 m3五、 施工组织方案根据设计要求和现场特点，考虑原地表施工有钢管注浆管，为了提高管棚的一次成功性本次施工采用有线导向水平跟管钻进方法一次将钢管打进20m，钢管用丝扣连接。5.1 主要施工设备A、YG-50型水平定向钻机2台。全液压驱动，功率：55KW；顶进/回拖力：150KN；扭矩：6000NM。B、SE1型水平导向系统1套。包括探头和监视器，导线连接。可测钻头倾角及钻头斜面的面向角，探头发射的光束可监测左右偏斜。C、泥浆系统。包括BW250型泥浆泵2台
10、，泥浆搅拌器2台，2KW污水泵1台。D、BX1500型电焊机1台。E、移动式钻机工作台架1套。F、搅拌桶一套、FBR-双液注浆泵一台、YT28型风腿式气钻2台，风镐5台。5.2施工用材料A108x6无缝钢管及钻头；B注浆用水泥、水玻璃及缓凝剂等；5.3施工条件要求A、 施工场地应平整坚固，高度适中（地平面往上距最低孔位80-100cm），无积水，无影响钻机正常运行的障碍物，有工人进出场地的安全通道，不得有威胁施工安全的其他作业。B、有设备及钢管水泥进出场地的安全通道及适当的吊装工具。C、动力电100KW接至离掌子面30m以内。D、水源接至掌子面30m以内。E、有足够空间安装泥浆池。5.4施工人
11、员配备类别人数备注项目经理1人总负责人项目总工1人技术总负责人项目副经理1人负责现场施工的组织、调度、管理现场工程师2人现场技术测量工程师3人试验工程师1人工班长3人（白、夜班及掘进）工作室固结，扩大施工挖机、空压机，三轮车司机，风枪手、开挖、喷护22人大管棚前期施工工作室扩大、后期掘进钻工、机手、泵工、焊工10人含兼职,人数可适增加（白、夜班）合 计43人5.5 施工工期安排大管棚处理塌方施工工期安排为：洞内清淤及封闭掌子面： 2011年3月15日2011年4月5日，共计20天。洞内施工用电、用水、用风恢复：2011年4月6日2011年4月12日，共计7天。工作室注浆固结及开挖： 2011年
12、4月13日2011年5月12日，共计30天。108超前长大管棚施工： 2011年5月13日2011年6月13日，共计31天。5.6钻进工法由于采用跟管钻进法，钢管安装和钻机进尺是同一过程。钻头采用与钻管等径的楔型钻头，楔板回转半径略大于钻管半径，钻头前端有1215mm的水眼，当钻头正常回转钻进时钻管沿直线前进。当钻头由于某种原因偏离预定轨迹偏向某一方向时，就需要纠偏了。方法是把钻头楔面调至已经偏斜的方向，钻机停止回转加力顶进，钻头由于斜面的作用就会向相反的方向偏斜，以此调整钻进的方向。面向角的朝向和钻头的偏斜方位都是由装在钻头后部的导向探头监测的，通过穿过钻管的导线连接到位于钻机操作台的显示屏
13、，机手就可以方便的调整钻进方向了。这样终孔偏差可以控制在5以内。钻头示意图如下： 如图所示：钻头内装有特制的传感器，传感器直接由15V直流供电。显示屏显示钻头的倾角(水平角度)、面向角(导向板的方向： 导向板朝上即为12点，如同钟面)。打设角度如果偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。所以导向钻头是上下纠偏的关键。至于左右偏差根据传感器尾端的发光装置来定，通过仪器测量参数来纠偏。为了保
14、证质量，打设时采用跳打的施工顺序。终孔注浆，根据地质情况，本工程塌方体属于砂砾层，淤泥、塌方松散堆积体，终孔后需要跟踪注浆，从108钢管内注入，从钻头端由管外环状间隙到孔口反出水浆液，关闭排浆阀，压力0.5-3.5 mpa，注浆结束。57施工要点：（1）每个孔位都要仔细调整钻机方位，确保每根钢管以准确的方向钻进。（2）泥浆配比应根据现场土质和水质进行试用确定。（3）大管棚打设时必须跳孔打，终孔跟踪注浆，注浆必须保证管内外环状间隙注满填充实，跳打3-5个孔再回去补打。如果不跳打，接着再打下一个孔，地层软硬不均，钻进时钢管很难控制偏斜，无法保证大管棚质量。六、 施工方法及措施保证大管棚施工工艺流程
15、为：三通一平人员设备进场测量放线铺设H钢轨道设备组装调试埋设孔口管调试钻机（方位、倾角）钻具组装进孔冲洗液循环导向钻进回次加尺（接线、接口补焊）孔斜测量导向钻进直至设计深度终孔回取探头盒管内及环状间隙注浆移至下一孔位。6.1 大管棚施工前准备6.1.1 洞内清淤及封闭掌子面塌方后掌子面由泥沙填充，流水、涌泥、涌沙，直接在掌子面采用挂网喷砼等封闭方案施工困难，效果较差。建议对淤泥采用抛生石灰或水泥固结方案：目前淤泥长度约90m，先固结1020m然后开挖510m，保持10m长固结段阻隔淤泥。继续往前固结10m，再开挖10m，循环固结，循环开挖，止浆墙位置离掌子面距离尽量控制在10m以内。待清淤靠近掌子面时，采用沙袋对掌子面进行临时防护，沙袋背后采用I16工字钢与隧洞边墙拱架焊接加固，工字钢采取井字型焊接增加强度，并在沙袋临时防护墙后采用水泥砂浆砌砖墙，用灰土填满塌腔后网喷30cm厚混凝土封闭形成止浆墙。6.1.2 扩挖工作室 为较精准施工长大管棚，避免长大管棚施工下垂影响棚护效果，按长大管棚施工工艺要求扩挖工作室：在新加固初期支护末端，逐榀拆除原初期支护喷混凝土、钢筋网片、16拱架、小导管
