湿陷性黄土隧道管棚施工调研.doc

黄土隧道管棚施工调研 中铁十九局集团公司 郑云雷 摘要：胡麻岭隧道弱富水黄土隧道，隧道开挖后出现大面积渗水，局部有水流，底板有冒水，暴露时间超过两个小时后裸露岩面出现松动，底板出现严重反弹，掌子面裸露后围岩不断松动最终变为散装砂土混合物，与渗水后形成流沙流泥。 关键词：黄土 隧道 管棚 施工 引言 黄土隧道掌子面出现渗水每天水量超过50m3后，积水位置围岩受水浸泡会出现大面积淤泥，裸露底面受渗水影响造成底板出现严重反弹无法行车，初支背后水位升高造成围岩松动对初支产生挤压，从而导致初支变形以致局部开裂甚至发生坍塌。 掌子面受地质影响，一般小导管超前支护由于超前长度较小不能满足施工需要，必须进行大管棚施工。目前歇地山斜井和东古路斜井均出现不同程度的渗水，现场量测每天出水量超过20方，并根据设计数据以后渗水会逐渐加大。 1 工程概况 胡麻岭隧道为弱富水黄土隧道，隧道围岩为成岩极差的老三系砂岩夹泥岩（NMs+Ss）：砂岩棕红色，成分以石英、长石为主，泥质胶结，局部夹有砾岩薄层，成岩作用差；泥岩棕红色为主，泥质结构，泥质胶结，节理裂隙发育，成岩作用差，属极软岩，具膨胀性；老三系砂岩夹泥岩岩层产状近似水平。围岩设计正常涌水量292.1m3/d·km，斜井设计总长666.05米和766米，设计坡度8.4％和7.5％，斜井入口至正洞高差为50.34米和57.45米，进洞300米后斜井底面出现渗水，此后随隧道向前推进掌子面渗水量逐渐增大，出现水囊受地下水影响围岩开挖后稳定性很差，不断有水从裸露岩面大面积渗出，局部有水流，底板有冒水，暴露时间超过两个小时后裸露岩面出现松动，底板出现严重反弹。受围岩地质影响，超前支护与锚喷支护结合的支护形式自稳性很差，必须与二次衬砌结合才能达到隧道的稳定。如采用小导管超前支护后形成的初期支护由于小导管一般只有4米或6米，整体性较差，不能与二次衬砌直接搭接。形成的初期支护稳定性较差，下沉较大并且容易出现坍塌。目前所出设计管棚为外径90mm，深度20米，但由于是变更内容无法估算实际需要施工延米数。但根据设计文件，有3000米左右设计围岩与目前揭示围岩相同。 2　管棚施工 2.1管棚施工机械选型 2.1.1日本矿研全液压旋转冲击式钻。 日本矿研目前提供三种机型，分别为RPD-180CBR、RPD-150C和RPD-75SL-H2型。其中RPD-180CBR为电动和柴油双动力机型，并配有悬臂机构，机身定位一次可完成较其它机型更大的作业范围；RPD-150C为柴油动力机型；RPD-75SL-H2为电动机型，无履带，但可步履式行走。以上三种机型具备以几种功能：MWD快速超前地质预报（RPD-75SL-H2未配MWD系统）、钢丝绳取芯、钻杆孔底注浆、套管和跟管管棚施工。MWD超前地质预报系统即利用机身上安装的十余种传感器采集施工数据，并通过数据处理中心将数据及数据曲线显示在操作手前方的显示屏上并存储于记忆卡上，根据这些数据的变化即可判知前所钻区域的地质性质、位置和规模，为规避地质灾害提供直观的依据；钢丝绳取芯的特点是不需拔出钻杆，通过取芯器取得岩芯后由打捞器实现循环往复的取芯过程，保障了现场快速取芯特别是难以成孔区域的取芯需要；钻杆孔底注浆即在钻进到预定位置后利用钻杆直接注浆，改良孔底地质情况，防止涌水、固化围岩；套管施工即内外钻杆和内外钻头同时钻进后，撤出内钻杆和内钻头，插入管棚管后再撤出外钻杆和外钻头的施工工艺，适合于难以成孔的软弱地层施工。 2.1.2国内外潜孔钻机。 国内潜孔钻机主要有高风压低风压两种，主要以宣化名达正宇钻孔机械及设备公司HTYM808多功能全液压钻机Z-GP150管棚钻机CM351履带式高风压潜孔钻机。属自行式气动凿岩设备，它装有大功率气动马达。它主要用于露天矿山开采，建筑基础 开挖，水利、电站、交通及国防建设等多种工程中的凿岩钻孔作业，还可以钻锚固孔、地质压力测 孔和排水孔等特殊用途的岩石孔。钻机关键部件采用原装进口，有可靠的质量保证。当进野外施工 时，钻机拖带空压机，机动灵活，爬坡能力强，适于崎岖场地作业，转场移机方便。参考价格：286000 2.2 施工工艺与施工要点 由于胡麻岭隧道围岩地质较差，钻孔时非常容易塌孔，成孔难度较大，以下就不容易成孔的围岩情况进行分析。 2.2.1 日本矿研全液压旋转冲击式钻机施工工艺。 当围岩软弱、破碎不易成孔时，该钻机可采用套管施工。套管施工的核心是采用双钻杆和双钻头施工，排碴采用内钻杆喷高压水，由高压水将钻碴从内外钻杆之间冲出，内外钻头之间的间距、间隙可调，一般将内钻头低于外钻头，估计存在由于内外钻杆间隙问题造成高压水在外观壁流出从而量管壁之间排碴空难最后形成外观壁堆碴形成夹钻。在钻孔完成后将内钻杆拔出并利用外钻杆作为护壁，管棚插入后再拔出外钻