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[摘 要]本文结合工程实例详细地介绍了大管棚在高速公路隧道塌方施工中的设计及施工方法，该施工技术作为在不良地质情况下隧道塌方处治的支护措施，具有广泛的应用前景。
[关键词]大管棚；塌方处理；施工
中图分类号：TU584.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0265-02
前言：随着我国公路建设的发展，将会面临越来越多的公路隧道项目，公路隧道具有跨度大，结构受力复杂，施工难度大的特点。尤其公路隧道经常遇到松散软弱层及破碎围岩带等不良地质段，由于围岩自稳能力差，加之施工对围岩的破坏扰动，极易造成塌方事故，加大了施工难度。通常采用的塌方处理措施是“超前长管棚+注浆”支护措施。大管棚支护能有效的加固围岩，起到良好的支护效果。
兰州～海口高速公路杨家山隧道塌方采用管棚法处理，其施工技术要求高，施工难度大，具有典型性，本文介绍了该隧道的管棚法处理塌方的施工实践及采取的施工技术措施进行了简单的探讨。
一、工程概况及地质描述
兰州～海口高速公路是国家高速公路网中由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成的“7918网”中第8纵，是新疆、西藏、甘肃、四川、重庆、贵州等西部地区进入南海的主要通道。
本标段为四川广甘高速公路G7合同段，合同段位于四川省广元市青川县骑马乡境内，路线起讫桩号为K20+215～K23+600，长度为3.385公里。
其中杨家山隧道隧址区处于四川盆地西部龙门山挤压断裂带的核心部位，属于后龙门山推覆构造带瓦砾～骑马岩片，北有平武-青川大断裂，即龙门山后山断裂，南有北川映秀大断裂，即龙门山中央大断裂，卷入地层从志留系到震旦系，但出露不全，缺失奥陶系地层。区内构造轴线方向以北东-东为主，构造性质主要是压性褶皱及逆冲推覆断层，后期改造中有近南北向的压扭性构造切断前期的构造线发育。
线路由北西-南东穿越，隧道主要穿过区域上的大竹园倒转背斜、尖山子倒转向斜、马鞍山倒转背斜三大褶皱及F6-6～F6-7（骑马场断层南段）、F7（贾壳山断层）、F7-1、F7-2、F7-3、F7-4等断裂，隧道穿越之杨家山构造发育，构造形式复杂，隧道轴线与主要构造轴线大角度相交，据调查，隧址区发育14条（包括F6-6～F6-7、F7为区域断层）断层及多条韧性剪切带，断层皆为压性逆断层，规模不一，表现也不尽相同，杨家山隧道穿越的构造带示意图（图1）。
二、坍塌情况概述
2011年02月10日早上10点，杨家山隧道右线K22+624～K22+625段开挖出渣完成，支护班工人进洞准备开始施工，现场值班技术人员发现掌子面拱顶左侧部位有零星掉块，立即组织人员采用8cm厚的C20喷射砼初喷并封闭掌子面，随后掉块现象更加明显，伴随点滴状、线状出水；中午12时左右，拱顶掌子面有30-40立方米掉块掉落，掌子面向轴线方向靠左侧塌成一斜向上60-70度塌腔，塌腔宽3m左右，高2米，长度约5.5米左右，掉块现象继续扩大，伴有大面积淋雨状、局部股状出水。为确保人员安全，立即撤离人员、设备，暂未对塌方进行处理。
2011年02月11日早上4：30时，塌腔继续扩大，形成拱顶靠左侧斜向上70-80度、宽8米、高5米、长6米左右的空腔，掉块继续剥落；且靠近钢拱架拱顶部分大面积开始掉块，10時左右，形成以高2米，宽8米，长2.5米塌腔，前后两个塌腔之间存在一块20方左右孤石悬空，施工难度及其大，拱顶掉块继续掉落，掉块呈粉末状夹杂块状岩石，拱顶右侧有明显股状水流出。2011年02月12日上午9点，两个空腔夹层之间的孤石掉落，整个拱顶形成一个倾斜“倒漏斗”形，下口宽8～10m，长12m，塌腔顶部尺寸约1.5m×2.5m，塌腔高度自拱顶以上超过20m左右，腔体与隧道轴线方向约70-80度左右，塌落巖体以粉末状为主，夹杂块状岩石，为石英千枚岩、凝灰千枚岩，拱顶多处有股状水流出，水流浑浊，为有压水。
三、坍塌原因分析
该段围岩为震旦系胡家寨组中风化石英千枚岩夹凝灰千枚岩夹杂绢云千枚岩，石英千枚岩整体性较好，片理不甚发育，岩质较硬；凝灰千枚岩整体性较差，片理极发育，岩质极软，绢云千枚岩遇水软化极快，多种岩性夹层或互层；岩体褶皱发育，受构造影响强烈～极强烈，结构面发育，产状杂乱，岩质较软，局部呈土状。由于构造挤压，千枚岩遇水软化严重、以及大地震影响使原来本比较破碎的凝灰千枚岩，更加破碎，拱顶极其容易塌方、掉块。
四、拟现场处理方案
根据千枚岩遇水软化的特点及塌方情况，确定处理隧道塌方的总体指导思想是：”管超前，预注浆，多循环，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”。
五、施工难点分析
（1）管棚洞内施工难度大、耗时多、角度难控制、卡钻、坍孔、退钻与顶管等是本次塌方处理的最大难度之一。
（2）长管棚与注浆加固圈在拱顶形成了稳固可靠的固结壳，作为支承长达10m高约20m的松散坍方体超前支护体系（保护壳），是保证开挖安全和防止坍方的进一步扩大的关键技术。其中20m灌满砂浆的管棚直接棚架在已施作完成的二次衬砌结构和支护体系上，是承受坍方体土体压力的主体，而注浆固结圈则起到对其的进一步加固作用，同时坍方体大部分为粉末状，又可防止粉末坍渣体从管间缝中涌出而引起新的坍方。管棚与超前注浆构成了超前支护的主体，是坍方处理的关键技术。
六、具体处理技术措施
因坍塌高度过高，且时而还有掉块，故利用挖掘机对坍塌体内部分围岩和掌子面围岩进行封闭作业，具体操作为：将喷浆管头固定在挖掘机大臂前段，后方预留足够长的喷浆管，足以让挖掘机自由活动，挖掘机操作人员在驾驶室操作挖掘机对塌腔进行C25早强喷射混凝土作业，厚度不小于5cm。
1）导向墙及套管跟进施钻 通过对现场情况进行调查，坍方体坍碴情况比较复杂，坍孔、卡鉆在所难免，导向墙洞内模筑砼难度大、耗时多，为保证Ф108管棚的顺利施作，采用I30工字钢作为导向墙，且采用套管跟进施钻，在套管保护下顶进管棚钢管。采用Ф127钢管作为导向管，焊接在I30工字钢导向墙上，控制管棚角度。后来施工事实证明，工字钢导向墙及导向管为管棚角度控制创造了有利条件；套管跟进避免了坍孔、卡钻的施工难度。
2）带钻头顶管
采用套管跟进施钻只能有效地解决前15m坍孔、卡钻等技术难题，因为套管跟进越长孔壁周坍碴、碎石与管壁的摩阻力就越大，钻进负荷扭矩也越大，致使钻进困难，同时也容易产生管接头因扭矩大而损耗断管等严重事故，一旦发生断管现象，则整个孔将被废弃。根据以往经验与现场试钻情况，前15m采Ф108套管跟進施钻，后5m采用Ф90钻头钻进，钻到设计里程后，在管棚钢管前端安装上Ф90钻头，前15m套管保护下顶进，后5m则钻进下管，待下管到设计里程后再取出套管。
3）注浆施工的技术措施
（1）改变浆液材料
前期进行工作面预注浆时，根据其注浆目的是填充坍方体空洞，对固结体强度要求不高，同时由于原开挖的小导坑留下的空洞较大，采用较高强度的注浆材料不仅造成浪费，也为后来的开挖带来了困难。原设计注浆材料采用纯水泥浆（w/c=1.0），该段渗水较大，采用水泥-水玻璃浆，其参数为：水泥浆/水玻璃=1：0.8（体积比），水泥浆w/c=1.0，水玻璃模数m=2.6.浓度35～40Be？，注浆压力0.5～1.0MPa，注浆完成后，采用水泥砂浆（w/c=0.5～0.8），以充填管棚孔，注浆水泥的强度等级为42.5。
（2）采用间隔注浆获得注浆加固效果
在进行管棚注浆时关键是获得管棚内外形成约2m厚（管棚注浆扩散半径为2m左右）的注浆加固圈，但由于坍体内有许多块石相互棚架，致使坍体内空洞大而多，这些空洞有的直接与坍空区相连，注浆时浆液在压力作用下通过这些空洞泄流至坍空区，而不能在管棚附近均匀扩散，从而使注浆加固圈无法形成。为此，根据经验采用间歇注浆法，即当长时间注浆压力上不来时，说明浆液顺空隙泄流至坍空区，这时将浆液凝结时间调整至30～50s，注浆1～5min，停40s，待原注入浆液初凝变稠后再注，如此反复，则原先的泄浆通道逐渐变小并最终堵塞，浆液即在管棚周围达到均匀扩散的目的。
七、加强监控量测
施工期间，为了加强现场支护变形量测，分别在K22+624、K22+627、K22+631处布置拱顶下沉点和收敛点，随时掌握支护变形情况，同时抓紧时间进行下台阶、仰拱和二次衬砌的施工。
八、结束语
（1）管棚施工完成后，仅用了不足40天时间即完成了该坍方段开挖施工，整个开挖过程安全顺利，最大变形量仅有43mm。这进一步验证了大管棚在长大坍方处理中的重要作用。
（2）根据开挖中揭示的情况，注浆固结体与管棚的共同棚架护拱作用是确保开挖顺利，防止坍方继续发展的重要因素，在管棚施工中必须重视注浆对地层的改良作用。
（3）在坍碴与破碎岩体中，套管跟进是确保管棚施工质量与精度的重要方法之一。
（4）针对千枚岩出水滞后性及遇水软化性，要做好超前探孔及排水工作，要尽快将裂隙水排出，防止千枚岩软化致使塌方扩大，千枚岩隧道大中型塌方要及时、快速渡过，即能保证施工进度，又能保证施工安全质量。
参考文献
[1] 张职志，陈伟，陈贺山岭隧道塌方处理加固措施及FLAC3D模拟对比分析[J].湖南工业大学学报，2013.27（13）：36—40.
[2] 李志厚.公路隧道特大塌方病害处治方法研究[D]长安大学，2004.
[关键词]大管棚；塌方处理；施工
中图分类号：TU584.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0265-02
前言：随着我国公路建设的发展，将会面临越来越多的公路隧道项目，公路隧道具有跨度大，结构受力复杂，施工难度大的特点。尤其公路隧道经常遇到松散软弱层及破碎围岩带等不良地质段，由于围岩自稳能力差，加之施工对围岩的破坏扰动，极易造成塌方事故，加大了施工难度。通常采用的塌方处理措施是“超前长管棚+注浆”支护措施。大管棚支护能有效的加固围岩，起到良好的支护效果。
兰州～海口高速公路杨家山隧道塌方采用管棚法处理，其施工技术要求高，施工难度大，具有典型性，本文介绍了该隧道的管棚法处理塌方的施工实践及采取的施工技术措施进行了简单的探讨。
一、工程概况及地质描述
兰州～海口高速公路是国家高速公路网中由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成的“7918网”中第8纵，是新疆、西藏、甘肃、四川、重庆、贵州等西部地区进入南海的主要通道。
本标段为四川广甘高速公路G7合同段，合同段位于四川省广元市青川县骑马乡境内，路线起讫桩号为K20+215～K23+600，长度为3.385公里。
其中杨家山隧道隧址区处于四川盆地西部龙门山挤压断裂带的核心部位，属于后龙门山推覆构造带瓦砾～骑马岩片，北有平武-青川大断裂，即龙门山后山断裂，南有北川映秀大断裂，即龙门山中央大断裂，卷入地层从志留系到震旦系，但出露不全，缺失奥陶系地层。区内构造轴线方向以北东-东为主，构造性质主要是压性褶皱及逆冲推覆断层，后期改造中有近南北向的压扭性构造切断前期的构造线发育。
线路由北西-南东穿越，隧道主要穿过区域上的大竹园倒转背斜、尖山子倒转向斜、马鞍山倒转背斜三大褶皱及F6-6～F6-7（骑马场断层南段）、F7（贾壳山断层）、F7-1、F7-2、F7-3、F7-4等断裂，隧道穿越之杨家山构造发育，构造形式复杂，隧道轴线与主要构造轴线大角度相交，据调查，隧址区发育14条（包括F6-6～F6-7、F7为区域断层）断层及多条韧性剪切带，断层皆为压性逆断层，规模不一，表现也不尽相同，杨家山隧道穿越的构造带示意图（图1）。
二、坍塌情况概述
2011年02月10日早上10点，杨家山隧道右线K22+624～K22+625段开挖出渣完成，支护班工人进洞准备开始施工，现场值班技术人员发现掌子面拱顶左侧部位有零星掉块，立即组织人员采用8cm厚的C20喷射砼初喷并封闭掌子面，随后掉块现象更加明显，伴随点滴状、线状出水；中午12时左右，拱顶掌子面有30-40立方米掉块掉落，掌子面向轴线方向靠左侧塌成一斜向上60-70度塌腔，塌腔宽3m左右，高2米，长度约5.5米左右，掉块现象继续扩大，伴有大面积淋雨状、局部股状出水。为确保人员安全，立即撤离人员、设备，暂未对塌方进行处理。
2011年02月11日早上4：30时，塌腔继续扩大，形成拱顶靠左侧斜向上70-80度、宽8米、高5米、长6米左右的空腔，掉块继续剥落；且靠近钢拱架拱顶部分大面积开始掉块，10時左右，形成以高2米，宽8米，长2.5米塌腔，前后两个塌腔之间存在一块20方左右孤石悬空，施工难度及其大，拱顶掉块继续掉落，掉块呈粉末状夹杂块状岩石，拱顶右侧有明显股状水流出。2011年02月12日上午9点，两个空腔夹层之间的孤石掉落，整个拱顶形成一个倾斜“倒漏斗”形，下口宽8～10m，长12m，塌腔顶部尺寸约1.5m×2.5m，塌腔高度自拱顶以上超过20m左右，腔体与隧道轴线方向约70-80度左右，塌落巖体以粉末状为主，夹杂块状岩石，为石英千枚岩、凝灰千枚岩，拱顶多处有股状水流出，水流浑浊，为有压水。
三、坍塌原因分析
该段围岩为震旦系胡家寨组中风化石英千枚岩夹凝灰千枚岩夹杂绢云千枚岩，石英千枚岩整体性较好，片理不甚发育，岩质较硬；凝灰千枚岩整体性较差，片理极发育，岩质极软，绢云千枚岩遇水软化极快，多种岩性夹层或互层；岩体褶皱发育，受构造影响强烈～极强烈，结构面发育，产状杂乱，岩质较软，局部呈土状。由于构造挤压，千枚岩遇水软化严重、以及大地震影响使原来本比较破碎的凝灰千枚岩，更加破碎，拱顶极其容易塌方、掉块。
四、拟现场处理方案
根据千枚岩遇水软化的特点及塌方情况，确定处理隧道塌方的总体指导思想是：”管超前，预注浆，多循环，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”。
五、施工难点分析
（1）管棚洞内施工难度大、耗时多、角度难控制、卡钻、坍孔、退钻与顶管等是本次塌方处理的最大难度之一。
（2）长管棚与注浆加固圈在拱顶形成了稳固可靠的固结壳，作为支承长达10m高约20m的松散坍方体超前支护体系（保护壳），是保证开挖安全和防止坍方的进一步扩大的关键技术。其中20m灌满砂浆的管棚直接棚架在已施作完成的二次衬砌结构和支护体系上，是承受坍方体土体压力的主体，而注浆固结圈则起到对其的进一步加固作用，同时坍方体大部分为粉末状，又可防止粉末坍渣体从管间缝中涌出而引起新的坍方。管棚与超前注浆构成了超前支护的主体，是坍方处理的关键技术。
六、具体处理技术措施
因坍塌高度过高，且时而还有掉块，故利用挖掘机对坍塌体内部分围岩和掌子面围岩进行封闭作业，具体操作为：将喷浆管头固定在挖掘机大臂前段，后方预留足够长的喷浆管，足以让挖掘机自由活动，挖掘机操作人员在驾驶室操作挖掘机对塌腔进行C25早强喷射混凝土作业，厚度不小于5cm。
1）导向墙及套管跟进施钻 通过对现场情况进行调查，坍方体坍碴情况比较复杂，坍孔、卡鉆在所难免，导向墙洞内模筑砼难度大、耗时多，为保证Ф108管棚的顺利施作，采用I30工字钢作为导向墙，且采用套管跟进施钻，在套管保护下顶进管棚钢管。采用Ф127钢管作为导向管，焊接在I30工字钢导向墙上，控制管棚角度。后来施工事实证明，工字钢导向墙及导向管为管棚角度控制创造了有利条件；套管跟进避免了坍孔、卡钻的施工难度。
2）带钻头顶管
采用套管跟进施钻只能有效地解决前15m坍孔、卡钻等技术难题，因为套管跟进越长孔壁周坍碴、碎石与管壁的摩阻力就越大，钻进负荷扭矩也越大，致使钻进困难，同时也容易产生管接头因扭矩大而损耗断管等严重事故，一旦发生断管现象，则整个孔将被废弃。根据以往经验与现场试钻情况，前15m采Ф108套管跟進施钻，后5m采用Ф90钻头钻进，钻到设计里程后，在管棚钢管前端安装上Ф90钻头，前15m套管保护下顶进，后5m则钻进下管，待下管到设计里程后再取出套管。
3）注浆施工的技术措施
（1）改变浆液材料
前期进行工作面预注浆时，根据其注浆目的是填充坍方体空洞，对固结体强度要求不高，同时由于原开挖的小导坑留下的空洞较大，采用较高强度的注浆材料不仅造成浪费，也为后来的开挖带来了困难。原设计注浆材料采用纯水泥浆（w/c=1.0），该段渗水较大，采用水泥-水玻璃浆，其参数为：水泥浆/水玻璃=1：0.8（体积比），水泥浆w/c=1.0，水玻璃模数m=2.6.浓度35～40Be？，注浆压力0.5～1.0MPa，注浆完成后，采用水泥砂浆（w/c=0.5～0.8），以充填管棚孔，注浆水泥的强度等级为42.5。
（2）采用间隔注浆获得注浆加固效果
在进行管棚注浆时关键是获得管棚内外形成约2m厚（管棚注浆扩散半径为2m左右）的注浆加固圈，但由于坍体内有许多块石相互棚架，致使坍体内空洞大而多，这些空洞有的直接与坍空区相连，注浆时浆液在压力作用下通过这些空洞泄流至坍空区，而不能在管棚附近均匀扩散，从而使注浆加固圈无法形成。为此，根据经验采用间歇注浆法，即当长时间注浆压力上不来时，说明浆液顺空隙泄流至坍空区，这时将浆液凝结时间调整至30～50s，注浆1～5min，停40s，待原注入浆液初凝变稠后再注，如此反复，则原先的泄浆通道逐渐变小并最终堵塞，浆液即在管棚周围达到均匀扩散的目的。
七、加强监控量测
施工期间，为了加强现场支护变形量测，分别在K22+624、K22+627、K22+631处布置拱顶下沉点和收敛点，随时掌握支护变形情况，同时抓紧时间进行下台阶、仰拱和二次衬砌的施工。
八、结束语
（1）管棚施工完成后，仅用了不足40天时间即完成了该坍方段开挖施工，整个开挖过程安全顺利，最大变形量仅有43mm。这进一步验证了大管棚在长大坍方处理中的重要作用。
（2）根据开挖中揭示的情况，注浆固结体与管棚的共同棚架护拱作用是确保开挖顺利，防止坍方继续发展的重要因素，在管棚施工中必须重视注浆对地层的改良作用。
（3）在坍碴与破碎岩体中，套管跟进是确保管棚施工质量与精度的重要方法之一。
（4）针对千枚岩出水滞后性及遇水软化性，要做好超前探孔及排水工作，要尽快将裂隙水排出，防止千枚岩软化致使塌方扩大，千枚岩隧道大中型塌方要及时、快速渡过，即能保证施工进度，又能保证施工安全质量。
参考文献
[1] 张职志，陈伟，陈贺山岭隧道塌方处理加固措施及FLAC3D模拟对比分析[J].湖南工业大学学报，2013.27（13）：36—40.
[2] 李志厚.公路隧道特大塌方病害处治方法研究[D]长安大学，2004.