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摘要：断层强富水段防止塌方是隧道施工中的重点和难点，而采用洞身段跟管施工超前长管棚是预防塌方最有效的措施。结合工程实践，通过对长管棚施工中成孔方法和施工机具的改进，经济有效的解决了断层强富水段条件下施工洞身大管棚时钻机易扎头、孔壁易坍塌不易成孔、围岩不能稳定等多种难题。
关键词：断层强富水段；管棚；隧道施工
1、工程概况：
杜家山特长隧道位于改建铁路阳平关至安康增建二线工程大岭铺至安康东直通线的南秦岭越岭段，进口位于安康市旬阳县境内，旬河直流痳坪河河谷区；出口位于安康市汉滨区，汉江支流丁家河河谷区，隧道呈NE-SW向穿越南秦岭低中山区，地形崎岖，地势险要，山高够深，植被茂密，地质构造复杂，地层岩性多变，山体相对高差500～800米，隧道起止里程XDK217+880～XDK228+466，长10586米，为单洞双线隧道。
隧道进口段XDK218+810～XDK219+090（280米）为断层强富水段，穿越F12宋家垭断层，断层上盘为志留系下统梅子垭组千枚岩，下盘为泥盆系分布。在线路部位破碎带宽度250～280米，隧道通过长度280米，破碎带由断层角砾、断层泥、压碎岩组成，较松散。该断层断距在千米以上。受断层影响，两侧岩体比较破碎，挤压揉皱明显，产状多变。该段位于强富水段，单位长度正常涌水量为6687m/d•km。
2、超前支护注浆技术分析
洞身管棚施工前对该断层富水段进行注浆处理，坚持“探查现行，量测紧跟；先固后挖，稳步推进；堵排结合，深部泄压”的原则。其工作原理为：
2.1探查现行，量测紧跟：首先需要掌握断层破碎带和致灾途径的基本信息。针对性的提出防控对策，信息获取方法主要通过物探和现场检测获得。
2.2先固后挖，稳步推进：由于前方围岩松散软弱，自承能力差且位于强富水段，必须预先加固围岩的措施，根据具体地质和围岩条件，采用φ89超前洞内长管棚结合φ42径向小导管超前注浆加固。长管棚每环长15m，搭接长度不小于5m。采用三台阶七步预留核心土法开挖，以保证施工安全。
2.3堵排结合，深部泄压：软弱围岩条件下的围岩稳定性控制，特别是易发生突水突泥灾害的断层破碎带，采用深部引流泄压，浅层系统加固的灾害防控措施，对于水害的治理，采用堵排结合，浅层封堵加固。深部引流泄压的控制方式，可有效降低围岩荷载，避免塌方或涌水涌泥等共生灾害。
3、超前管棚支护的受力原理
超前长管棚通过注浆填充围岩裂隙，提高围岩的强度和刚度，从而提高围岩的整体承载能力，其工作原理如下：
3.1通过管棚注浆，使拱顶先形成加固的保护环。而加固环发挥“承载拱”的作用，承受拱上部的岩层重量，使拱内部围岩仅承受拱部围岩的变形压力，减少了工作面上覆的围岩压力，从而避免岩体坍塌。
3.2超前支护沿开挖轮廓面周边布置，加固环的变形变小，传递给隧道支护结构的上部荷载大大减小，同时通过上部加固层和超前支护的共同作用，将拱部围岩的变形应力传递给钢支撑，由于钢支撑的相互连接，形成整体支护，有效的保证了隧道开挖掘进的安全。
4、断层强富水段洞内长管棚施工的难点和对策
4.1施工平台稳定
（1）隧道采用三台阶开挖方法，施工管棚前将上台阶整平，作为管棚施工平台。洞内长管棚施工空间狭小，施工难度大，为确保管棚施工不侵限入衬砌需对施工平台拱部扩挖，纵向长度5m，环向扩大80cm。按照设计要求对扩挖部分架设Ⅰ20钢架支撑岩体，每个拱脚处设置4根φ42锁脚钢管，每根长3.5m与钢架焊接牢固，以减少围岩的沉降与收敛变形。
（2）导向管安装
距隧道开挖掌子面1m处设置2榀钢架。按照外插角1.5度，将长度1m的φ120钢管环向间距40cm与钢架焊接。φ120钢管作为管棚施工的导线管，其定位是否准确会直接影响管棚施工质量。所以安装时必须严格控制其平面位置，倾角，外插角的准确度。
4.2成孔困难
管棚钻孔施工时，本断层强富水段为富水千枚岩，岩体遇水后自稳能力差，易造成塌孔，成孔困难。应对措施如下：
（1）超前注浆，固结岩体
对强富水难以成孔段采用φ42超前小导管注浆固结岩体，径向注浆采用5m长φ42小导管，环相间距50cm，设置范围为拱部150度范围，采用双液注浆，水泥浆水灰比1:1，加5%的水玻璃。小导管前端做成尖锥形，管壁上每隔15cm梅花形钻眼，眼孔直径为8mm,管口段100cm范围内不开孔。注浆加固岩体，并对岩土内的裂隙水进行引排降低水压，确保管棚成孔。
（2）跟管施工
钻进施工中，如果岩土稳定性差，成孔困难时，无法采用先成孔后安装导管的施工工艺。跟管施工可有效的解决断层破碎带成孔困难的难题。钻孔过程中钢管随钻头进行跟进。跟管为直径φ89镉钢无缝钢管，每节长1.5m，采用螺旋套丝连接，钻进过程中禁止回转，防止钻头与跟管脱节，钻进至设计深度时钻头收缩后从钢管内退出。
5、施工注意事项
5.1外插角选择。外插角设计为1～3度，施工中以1.5度为易并确保不侵入隧道开挖轮廓线，根据管棚长度范围内路线纵坡、钻头自重下垂等因素，外插角进行调整。外插角过大将使管棚与洞身开挖轮廓线坚固加大，管棚对其下部土体支护效果降低形成支护盲区，开挖时易出现超挖并造成安全隐患。
5.2钻机平台稳定、钻机定位
（1）钻机平台可采用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭设完成，钻孔由2台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台的时间，便于钻机定位。平台支撑要基础稳定，连接牢固。防止在钻孔过程中钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等而影响钻孔质量。
（2）钻机定位，钻机要求于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、挂线相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
（3）洞身段长管棚采用跟管施工，跟管钻头钻进施工中，进行接管作业前需对每节段钢管进行检查，确保套丝完好，管内无泥浆及石块等杂物。钢管套丝连接时要按照设计要求保证套丝连接长度，确保钢管钻进过程中无脱落现象。
6、结束语
断层强富水段作为特殊地质的代表，因其自粘结程度差、易发生较大变形并引起坍塌、初期支护沉降变形量过大、围岩稳定拖延时间较长衬砌不能及时施工等问题日益成为国内外专家瞩目的焦点。如何在断层强富水段施工中，寻求一套科学、安全、快捷的施工方法成为目前亟待解决的问题。本文结合阳安二线直通线杜家山隧道洞身断层强富水段洞内长管棚施工控制技术，经过施工现场精细实施取得了良好效果，安全优质通过断层富水段的施工任务。
参考文献
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