【摘 要】管棚施工技术多应用于地下洞室工程开挖支护当中，在云南苗尾水电站灌溉取水交通洞进洞管棚施工中对传统施工技术进行了综合改良，使得传统管棚施工技术的施工复杂性得到有效改善，笔者针对该施工技术进行了系统的阐述。
【关键词】强风化砂板岩；管棚施工；苗尾水电站；技术改良
1 引言
对于覆盖层薄，围岩稳定性差，破碎带松散带发育的Ⅳ、Ⅴ类围岩为主的软弱地层条件下的地下洞室工程在进洞处理时，较为普遍的采用管棚施工技术，在施工过程中由于受地质条件限制，辅助准备工作时间长、工效低，进度缓慢，导致施工成本加大，而且质量、安全问题不能得到有效的保证。本施工技术通过对传统管棚施工综合改进而形成了一套经济合理、优质快速、安全可靠的施工技术，且在云南苗尾水电站灌溉取水交通洞进口开挖支护施工过程中得以成功应用。
2 工程概况
云南苗尾水电站灌溉取水交通洞位于回石山梁右侧与大坝相接的部位，洞轴线与引水上平段垂直相交，施工期主要作为引水上平段施工的通道，后期工程运行期作为灌溉取水建筑物的检修和交通通道。交通洞断面为9.6m×14.0m城门洞形，顶拱及边墙衬砌厚度0.8m，底板衬砌厚度0.3m，衬砌后交通洞断面为8m×12.9m；洞口高程EL.1365.0m。灌溉取水交通洞进口地表坡度40～60°，山顶高程EL.1450.0m～EL.1500.0m，其覆岩体厚度约30～70m，灌溉取水交通洞表层覆盖层较薄，层内错动带及岩层走向与洞轴线夹角约20°。进口边坡主要为强风化岩石，洞口主要为砂岩和板岩，缓倾裂隙发育且岩体破碎。洞室围岩主要以Ⅳ类、Ⅴ类围岩为主，部分围岩稳定性差，在洞口采取了管棚的工程处理措施。
3 主要施工工艺流程
主要施工工艺流程见图3-1。
4 施工方法及技术特点
4.1施工方法
进洞口两侧边坡支护完成后，洞口顶拱120°范围的开口轮廓外0.5m处布置一排注浆管棚（Ф102×8@50，L=9m，外倾10）、1.0m处布置一排锁口锚筋束（3Ф25@50，L=9m，外倾10°）。管棚施工允许偏差详见表1。
4.1.1 导向墙施工
考虑到洞口围岩较差，为加强管棚在洞口处的整体性，为确保洞口段洞身开挖稳定，在洞口对注浆管棚增设一导向墙。详见图3-2、3-3。
（1）导向钢架施工
①根据隧洞纵断面设计线、隧洞洞轴线及明暗洞开挖轮廓线，放出隧洞开挖轮廓线。管棚施工前，在管棚设计位置安放至少3榀用工字钢组拼的管棚导向拱架，导向拱架内设置孔口管作为管棚的导向管，要求在钻机作业工程中导向管不变形、不移位。
洞口管棚一般采用套拱定位，套拱部位开挖应视现场地质条件及配套设备确定，要做到套拱底脚坚实、孔口管位置准确。
②孔口管采用φ133×5mm普通焊接钢管作为管棚的导向管，用全站仪或经纬仪、水平仪将长2m的导向管精确定位，并用连接钢筋与工字钢牢固焊接。
（2）导向墙浇筑
①导向墙混凝土浇筑前，导向管管口采用塑料布进行封堵，防止混凝土进入导向管。
②按照图纸浇筑尺寸进行立模浇筑，混凝土标号要求不低于C20。
4.1.2 钻机就位
（1）钻机平台可利用现场石渣等回填夯实形成施工平台，确保钻机在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。
（2）钻杆定位：钻杆要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法进行调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
4.1.3 钻孔
（1）钻孔前精确测定孔德平面位置、外插角，并对每个孔进行编号。
（2）岩质较好的可以一次成孔。钻进时产生坍孔、卡钻时，需补注浆后再钻进。
（3）钻机开钻时，应低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
（4）钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。
（5）认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。
4.1.4 管棚钢管的制作与安装
（1）钢花管制作
钢花管采用φ102mm（外径），δ=8mm的热轧无缝钢管加工而成，单段长3 m、4.5 m、6m，钢花管总长9m，尾部焊套箍，管壁按梅花型布钻小孔，孔眼直径φ15mm，间距为10cm梅花形布置，管头焊成圆锥形，便于入孔。尾部为不钻孔的止浆段110cm。钢花管现场用φ115mm套管连接，接头采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于150mm，接头在横断面上错开。
（2）钢花管安装
①棚管顶进采用装载机和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后用装载机在人工配合下顶进钢管。
②接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
③管棚安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙，连接压浆管及三通接头。
④钢花管施工误差：径向不大于20cm，相邻钢花管之间环向不大于5cm。
4.1.5 注浆
（1）管棚注浆前，向开挖工作面、拱圈及孔口管周围岩面喷射5～10cm厚的混凝土形成止水墙，以防钢管注浆时岩面缝隙回流影响注浆效果。
（2）安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆，浆液由高速制浆机拌制。注浆压力为0.5～1.0MPa。
（3）注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。注浆时按照“由低到高、先两侧后中间、先单后双”的原则进行施灌。
（4）若单孔耗浆量很大时，及时降低压力或间歇注浆；若耗浆量很大，或孔口及岩壁冒浆，经降压后仍不能止住时，及时采用水泥水玻璃注浆，水玻璃掺入量根据现场耗浆量大小，冒浆部位、注浆压力等具体情况现场确定；单孔耗浆量接近设计值，且耗浆量减少时，及时将压力调至设计值，并正常结束。单孔注浆结束后，及时关闭孔口闸阀，以免浆液流出；施工中设专人观察洞脸岩层变化情况，若有异常变化，及时通知停机，等采取处理措施后，再恢复施工。
4.2技术特点
（1）在强风化砂板岩，缓倾裂隙发育等岩体破碎，围岩稳定性差的地下洞室洞口采用大管棚超前支护技术，改善洞口顶拱的受力条件，以达到确保施工安全及洞型控制的目的。
（2）在破碎岩体中成孔更加容易，利用导向管在钻孔时钻机就位后可直接进入较完整的岩体中进行造孔。
（3）大大缩短施工周期，造孔精度满足规范要求，不需因传统工艺中搭设钻机平台及调整钻机占用大量时间，充分利用导向管（L≥1.0m）与钻杆的间隙（20～30mm）可控制管棚安装方位角精度不大于1°。
（4）施工设备不受限制，避免了因传统工艺所使用的管棚钻机的设备局限性，可有效利用工程现有设备进行施工。
（5）使得管棚周边更加简单有效，充分利用导向管与管棚的间隙采用麻丝或砂浆等封堵，消除了灌浆过程中跑浆、漏浆问题。
5 工程应用情况
云南苗尾水电站灌溉取水交通洞洞口加固处理施工于2013年3月1日开始，至2013年3月30日完成，施工工期1.0个月，较计划工期提前0.5个月。施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态。通过对传统管棚施工技术的成果改进，为苗尾电站特殊地质条件下的洞室施工提供了可靠的施工经验，亦可为类似工程提供借鉴。
结语
本施工技术通过对传统管棚施工综合改进后施工程序更简单、作业环境安全，适应性强，施工速度快，工效大幅提高。可有效避免在软弱、破碎岩层条件下成孔难、造孔方位角难控制的问题，解决了管棚与松散岩壁之间封堵难的问题，消除了灌浆过程中跑浆、漏浆问题。使得传统管棚施工技术的施工复杂性得到有效改善，为埋深浅、砂板岩等软弱、破碎地质条件下地下洞室工程施工提供了可靠的技术支撑和手段，具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。
【作者简介】王永祥(1980—)，男，甘肃陇西县人，工程师，主要从事水电工程施工技术管理。
论文作者:王永祥1,肖志宏2,赵献忠2
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第17期
论文发表时间:2016/11/8
标签：钻机论文; 导向论文; 洞口论文; 注浆论文; 围岩论文; 钢花论文; 施工技术论文; 《低碳地产》2016年9月第17期论文;