摘要：本文根据工程实践情况，从隧道洞内的固定、钻孔以及施工安全措施方面进行详细的分析，并全面阐述了管棚施工工艺的流程。通过工程实际的运用，证明了洞内管棚穿越断层破碎带的科学性。总结了管棚施工，为重载隧道的洞内管棚施工积累了宝贵的施工经验。

关键词：洞内管棚施工；钻孔；施工工艺；注浆

　　一、工程概况

黑河宝瓶水电站地处甘肃省肃南裕固族自治县和青海省祁连县之间的黑河（界河）上的潘家河沟至夹道沟河段内，左岸属甘肃省肃南裕固族自治县，右岸属青海省祁连县，坝址距上游青海省黄藏寺水电站8.6km。工程采用引水式开发方式，主要任务是发电，总库容2050万m3，电站额定水头132.00m，电站总装机容量为123MW，单机容量2×50＋23MW，多年平均发电量4.1375亿Kwh，年利用小时数33h。区内山高坡陡，海拔高程均在2475m以上。坝址距发电厂房（左岸）8.0km，距张掖市约165km，距祁连县约27km。枢纽经厂房至张掖有正式公路相通，张掖市有312国道及兰新铁路通过，交通条件较为便利。

二、地质概况

压力管道平管段岩性分布桩号7+114.47～7+375m为蛇纹岩，桩号7+375～7+459m古河床砂卵砾石，桩号7+459～7+474.19m（出口段）为蛇纹岩。

桩号7+375～7+459m古河床砂卵砾石中，含漂石砂卵砾石颗粒岩性为蛇纹岩、石英岩、变质砂岩、花岗岩、长石石英砂岩等坚硬岩石，磨园度一般，分选性较差，结构紧密，呈密实状态。存在渗透变形破坏等问题，在天然状态下不具备成洞条件，在开挖中顶拱常出现坍塌，影响正常施工，因此采用管棚超前支护，开挖结合拱架施工。

压力管在古河床含漂石砂卵砾石层中通过，该层承载力高，抗变形能力强，可作为管道地基，但存在渗透变形破坏的问题，未胶结含漂石砂卵砾石地下水活动较强烈，表现为线状水流或大量突水。桩号7+380～7+474m管道在古河床含漂石砂卵砾石中通过，隧洞位于地下水位以下，地下水与河水基本持平，水位高出管道约15m，含漂石砂卵砾石结构松散，含漂石砂卵砾石颗粒岩性为蛇纹岩、石英岩、变质砂岩、花岗岩、长石石英砂岩等坚硬岩石，磨园度一般，分选性较差，结构紧密，呈密实状态。存在渗透变形破坏等问题，在天然状态下不具备成洞条件，在施工开挖中顶拱常出现坍塌，影响正常施工，施工安全无法保障，因此采用管棚施工。在平管段砂砾石层采用管棚法施工，桩号7+387.13至7+447.13为砂砾石层段。

三、洞内管棚施工工艺流程

（一）、准备工作

管棚施作之前首先要安排钢筋厂人员加工制作钢花管，钢花管规格为外径φmm，壁厚5mm，钢花管上钻注浆孔，孔径10~16mm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm，钢花管见示意（图1）如下，并且每节钢管两端均预加工外车丝扣，丝扣长15cm，以便管棚顶进时与接头钢管更好的进行连接，满足连接强度。其次所选用的钻机要求平稳灵活，能够在水平方向360°范围内钻孔。经过市场调查，市面上有两种类型的钻机，分别为冲击钻和潜孔钻，根据以往经验，冲击钻成孔后易塌孔，钢管送人困难，需用挖掘机顶进，而挖掘机在洞内因施工面狭小顶进管棚比较困难。潜孔钻以电动机作为动力，成孔后不易塌孔，管棚利用丝扣连接，用钻机就能送人（入）钢管，在进行综合比较后，在甘河（宝瓶水电站引水）隧道施工中采用了潜孔钻。

图1钢花管及钢花管展开图

（二）、造孔

焊接3×0.9×4.6m高的工字钢框架2个，在洞两侧墙各安装1个框架，中间采用工字钢链接固定，距施工掌子面1.5～2m，

在侧墙造孔时，在工字钢框架内各施入一台MD-60A钻机1台，固定并调整钻机仰角为0.10～20，在移动孔位时，在框架柱子上用钢卷尺前后量好距离使所造孔平行，有利于洞身段开挖。

在顶拱处造孔时，在此框架顶部安装一个活动平台，平台规格为3×4.5×1.5m，安装2台MD-60A钻机固定，同时造孔。

孔深均为10～15m，根据实际情况适当调整。

钻具采用ø91同心浅孔锤跟管钻进，跟管为钢制ø108、壁厚8㎜的花管，长为1.5～1.8m，螺纹链接。

（三）、施工工艺

在松散、破碎的Ⅴ类围岩及层间剪切破碎带等部位，采用超前管棚注浆固结岩体，形成超前棚状受力结构，开挖短进尺过程，利用钢支撑和前方岩体形成简支结构，防止大面积掉块坍塌，主要解决临时稳定。后期管棚、钢支撑、系统锚杆、喷浆等手段形成联合受力拱形结构，达到支撑的目的。

该管棚施工的顺序为：打封堵墙→钻孔并同步跟入无缝钢花管→在钢管内安放2φ28钢筋→压力注入水泥浆→开挖。

（四）、设备及配套机具

(1)钻机：采用MD-60A钻机、英格索兰空压机825，由于全孔用空气潜孔锤跟管钻进，能实现孔口近距离钻进，加接钻杆方便；具有液压升降机构，能方便地对正孔位。

(2)DP102跟管钻进的钻具结构：DP102单偏心钻具由偏心钻头、中心钻头、限位销及防脱销组成，钻具与钻杆柱套管、潜孔锤冲击器等共同形成跟管钻进系统。

(3)跟管钻头：采用I127mm单偏心跟管钻头和I127mm同心式环状钻头以及I135mm潜孔锤单偏心扩底钻头，潜孔锤用J100B型。

(4)跟管套管：采用DZ40高频淬火的无缝钢管，壁厚4.5mm，反丝套管用接箍连接，丝扣长60mm，牙型采用标准地质套管螺纹。

(5)开孔：开孔前以孔口导管为准调正钻机，套管从导管中穿过，依导管的方位角为准，尽量调正接近施工设计所需的方位角。套管穿过导管后一头放在需钻进的地表，用水平尺或连通管调平套管，然后将套管调为上倾2°左右的角度，然后开风，不回转钻具将管子打入土层1m后回转钻具跟管，在开孔时发现套管偏斜等情况时应及时调整，保证以后的跟管精度。

（五）、钻进

由于所钻地层为松散的滑坡碎石土地层，采用常规钻进方法容易造成钻孔坍塌埋钻，探头石卡钻等复杂的孔内事故，采用空气潜孔锤跟管钻进和潜孔锤超前扩底，套管扩孔双回旋钻进技术。以压缩空气作为潜孔锤动力，同时冷却钻头，排除岩屑。当钻孔钻进到设计深度后，取出中心钻具，套管留在孔内，钻孔一径成孔。

（六）、管棚注浆施工

1)注浆配合比。注浆配合比采用纯水泥浆，浆液配比为水泥B水=1B1(重量比)，并在施工前做压浆试验，最终确定合理的注浆参数，据以施工。2)注浆。注浆前对钢管管口进行封闭处理。注浆时从拱顶向下对称进行注浆，注浆过程中如遇见邻孔跑浆，可间隔进行注浆。注浆完毕后在从拱顶开始进行二次注浆施工，保证管棚钢管内密实，增强管棚的刚度。3)注浆压力。注浆时不可用注浆时间判断钢管注浆结束，必须要以注浆的时间和注浆量进行判定，当在注浆过程中，注浆压力慢慢上升到设计压力的时候才可停止注浆，终压压力一般控制在0.8MPa~1.0MPa。单液注水泥浆压力突然升高，可能发生堵管，应停机检查。注浆压力达到1.0MPa，并持续稳定5min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。4)注浆效果检查。注浆终孔压力达到1.0MPa，持续稳定5min以上，视为该注浆孔已满足要求。注浆完毕用铁锤敲击钢管，如响声清脆，则说明浆液未填充满钢管，需采取补注或重注;如响声低哑，则说明浆液已填充满钢管。开挖后及时观察岩壁面，钢管周围20cm范围岩隙应被基本填密实，并作好记录。

结束语

在洞内管棚施工过程中，特别是在穿越破碎带的隧道内施工时，钻机的选择尤其重要，首先考虑选用潜孔钻，能取芯最好，这样成孔效果较好，同时也减少了卡钻的情况。洞内管棚钻孔时钻孔角度的控制是管棚施工成果的重要环节，安装套管是控制好角度的有效手段，套管越长起钻角度越好控制。管棚施工在宝瓶水电站工程实际的运用，证明了洞内管棚穿越断层破碎带的科学性和实用性。下载本文