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谢 灿 (湖南宏禹工程集团有限公司,长沙 410007) 摘 要：某引水隧洞出口段向上游方向开挖至790 m时，发现掌子面及右侧边墙及洞顶出现塌方现象，掌子面顶部可见溶蚀带，隧洞开挖顶部，溶洞洞口有风。溶蚀带主要充填物以块石为主，夹黄泥，初期渗漏浑水，一段时间后转变为清水。掌子面岩体受岩溶影响，岩体破碎，经判断，属稳定性差的Ⅴ类围岩，围岩稳定性极差-差。隧洞掘进时一旦打破平衡状态，就将引起洞顶塌方，严重危及工程施工安全。采用跟管钻进管棚施工工艺，确保了施工安全，且提高了工作效率。 关键词：引水隧洞；洞顶塌方；潜孔锤；跟管钻进；管棚支护;溶蚀带 0 前 言随着中国的水工隧洞建设将登上新的台阶，一个一个的技术难题被攻克，致使在不同地层施工机会增多。当遇到在复杂地质条件下施工时，由于该类地层岩石变化大，洞挖过程中会破坏原来相对稳定或平衡的状态，岩层失去约束而不稳定，出现很多不可预计的情况。现如今在这种地质条件进行隧洞开挖，常采用管棚预支护方式进行洞挖，常规管棚钻孔方式容易导致出现孔壁坍塌、掉块、卡钻、漏风、埋钻等现象，若处理不当，会造成钻进工作的困难，从而引起孔内各种事故，影响工程质量及工程进度[1-4]。潜孔锤跟管钻进技术可以很好地解决复杂地层钻进中护壁难的问题，是针对复杂地层中钻进顺利成孔的有效方法[5-7]。本文主要阐述隧洞溶蚀带采用潜孔锤跟管钻进管棚支护的施工过程。 1 工程概况某引水隧洞塌方位置掌子面为浅灰色～灰白色灰岩，强风化，受岩溶溶蚀影响，岩体破碎。层面间局部夹泥。主要发育2组节理，节理间距一般30～50 cm，闭合，面平直、光滑，与洞轴线近直交；缓倾角层面受构造挤压影响呈揉皱状；洞成型一般，起伏差30～50 cm；洞壁潮湿，溶蚀现象强烈。洞内岩溶调查及地表岩溶调查情况表明：该部位岩溶发育，地表主要表现为落水洞形式，与隧洞以构造溶蚀带形式串接，规模范围难以准确确定。 通过揭穿第一个溶蚀段溶洞，洞内被黄泥、石块完全充填，并有渗水，充填物完全没有自稳能力[8]，在进行掌子面清理过程中充填物发生坍塌，为保证后续施工安全及施工进度，本次支护工程采用跟管钻进管棚支护方式进行施工。 2 施工准备(1) 将隧洞掌子面两侧扩大60 cm，隧洞开挖时已实现了“三通一平”，即水通、电通、风通、场地平整。 (2) 根据设计布孔位置，搭设脚手架施工作业平台。 3 管棚施工参数(1) 套管规格：无缝钢管Ø75 mm、壁厚4.5 mm。 (2) 管距：环向间距20 cm。 (3) 倾角：仰角15°。 (4) 方向：与隧洞轴线平行。 (5) 钢管施工误差：径向不大于20 cm,隧洞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) 钢拱架：间距1 m。 4 施工工艺4.1 工艺说明 跟管钻进法是利用偏心钻旋转扩孔原理，结合气动冲击装置的特点，将钻具和管棚钢管通过钻杆连为一体，再通过偏心钻头研磨、冲击、挤密岩体成孔[9]。 空气潜孔锤[10]跟管钻进，特点是扭矩及顶升压力大，钻具配套适应性强，成孔深且质量高。其工作原理是通过潜孔锤锤击连接在套管上的管靴，将套管与管靴同步跟进。套管的主要作用是护壁，防止在成孔过程中对岩体扰动掉块，另一个作用是套管直径较钻杆大，刚度较好，防止钻杆弯曲，提高成孔质量。 4.2 跟管钻进管棚工艺流程 跟管钻进管棚工艺流程见图1。 4.3 测放孔位 拱部管棚施工钻孔时注意钻孔方向的控制，拱顶范围钢花管以隧洞中心线为基础上仰15°，用全站仪测定中线，水准仪配合垂球吊线的方法测定仰角，准确定位。 4.4 造 孔  图1 跟管钻进管棚施工工艺图 根据地质条件和施工条件，采用1台J100B型潜孔锤进行施工，施工顺序从拱顶开始，两侧对称进行施工，钻孔时钻机距工作面一般情况下不少于2 m。 跟管钻进的设备及配套机具： (1) 钻机。考虑隧洞施工条件及管棚长度，本次采用J100B型潜孔锤钻机。 (2) 跟管钻头。采用Ø76 mm单偏心跟管钻头和Ø76 mm同心式环状钻头，并配带Ø91 mm潜孔锤单偏心扩底钻头。 (3) 跟管套管。采用无缝钢管，壁厚4.5 mm，管径75 mm，灌浆孔通过加工套管成钢花管。 4.5 注 浆 管棚按设计位置施工，根据实际施工地质条件，采用一次全钻孔注浆\跟管钻进，本次采用后退式注浆，即一次钻孔到注浆孔终深，再从孔底利用止浆塞分段压浆后退至孔口，采用水灰比1∶1的纯水泥浆，注浆压力0.5～1.0 MPa[11]，根据实际情况调整注浆压力，管棚注浆达到浆液扩散半径不小于0.5 m，注浆后再打无孔钢花管。 5 钢拱架支撑及开挖待管棚施工结束后进行钢拱架支撑，边洞挖边支撑直到通过溶蚀带。 6 与传统管棚对比与传统管棚施工对比，跟管钻进管棚是利用潜孔锤锤击连接在套管上的管脚，同步跟进，在钻进过程中不会发现垮孔、漏风、埋钻现象，钻孔、顶管一次完成，不需要退出钻具后再进行顶管，节约工期。 在进行钻孔过程中，跟管钻进会增加钻孔的导向作用，有效地减少了因钻头钻进中出现的孔位偏差。 7 结 语在隧洞开挖过程中，由于遇到溶蚀带导致洞顶垮塌、且结构松散、夹黄泥、渗水的地层中，利用潜孔锤跟管钻进技术是快速完成管棚最有效的方法，其钻进效率快，成孔率高，不会发生孔内事故，同时减少孔位偏差，提高施工效率，节约施工成本。 参考文献: [1] 刁常海,王成.导向跟管钻进法超长大管棚施工技术[G]//中国土木工程学会第十五届年会暨隧道及地下工程分会第十七届年会论文集,2012:72 . [2] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.水工隧洞设计规范:DL/T 5195-2004[S].北京：中国电力出版社,2010. [3] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003. [4] 黄海.跟管钻进大管棚在松散多水坡积层隧道进洞施工中的应用[J].中国水运月刊,2015,15(05):247-249. [5] 中华人民共和国水利部.水利水电工程钻探规程:SL291-2003[S].北京:中国水利水电出版社,2003. [6] 刘勇，梁政. 潜孔锤跟进管钻进法管棚施工技术[J].中国企业家,2011(10):144-146. [7] 韩永昌.复杂地层潜孔锤跟管钻进工艺问题研究 [D].成都:成都理工大学,2009. [8] 潘铮荣，钱勇，余波.隧洞管棚跟管钻进工艺实践[J].现代物业旬刊,2012,11(08):93-95. [9] 欧阳天武. 跟管钻进大管棚施工技术[J].科技视界，2016(6)：137-138. [10] 赵建勤,李子章,石绍云,王勇,罗宏保.空气潜孔锤跟管钻进技术与应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2008,35(07):55-59. [11] 陈楼,舒涛.浅谈隧道大管棚支护施工技术应用[J].大科技,2014(07)：185-186. Application of DTH Drilling with Casing in Pipeshed Construction in Tunneling XIE Can (Hunan Hongyu Engineering Group Co., Ltd., Changsha 410007, China) Abstract:The front, right side wall and crown collapsed when a tunnel was excavated at chainage of 790 m toward upstream of the tunnel outlet section. The corrosion zone was revealed in the front crown. In the crown where was excavated, air occurred at the karst cave entrance. The corrosion zone is filled with block stones mainly as well as yellow mud is mixed. At the beginning, muddy water seeps and it becomes clear later. The front rockmass, impacted by the karst, is fractured. It is defined the surrounding rock of Class V which is very weak - weak in stability. Once balance is broken while excavation is performed, the tunnel crown collapse will be triggered, which will endanger seriously the construction safety. Application of the pipeshed construction by drilling with casing secures the construction safety and improves work efficiency as well.Key words:headrace tunnel; tunnel crown collapse; DTH; drilling with casing; pipeshed support; corrosion zone 文章编号：1006-2610(2017)04-0105-02 收稿日期：2017-07-15 作者简介：谢灿(1988- )，男,湖南省宁乡县人，工程师,主要从事水利水电工程项目施工管理工作. 中图分类号：P634.5 文献标志码：A |
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