谭保伟 王永刚
摘 要：管棚法是一种广泛应用于水库工程的施工工艺，通过在工作面打入厚壁钢管，以此防止水库在排沙、泄洪过程中造成泄洪洞塌方，为工程建设提供增强地层承载力的支护方法。本文以水库为例，探讨其在排沙泄洪洞发生塌方时，采用管棚法的方式进行补救，具体工序包括回填和固结灌浆、管棚加固等。本文分为三个部分，首先简要介绍水库的工程概况，其次塌方后水库处理方案，最后是管棚法施工工艺以及应用措施。希望本文的研究能够为读者提供有益参考。
关键词：管棚法 水库 塌方处理 超前注浆
中图分类号：TV512 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（c）-0013-02
管棚法工艺适用于底层较为软弱且施工条件困难的底端，如塌方体、砂土质地层等，容易在工程建设中出现地层变形情况的场地。施工所用的基本材料有钢管、水泥砂浆，其应用强度取决于钢管的直径、壁厚，以及水泥砂浆的配置原料等。
1 水库概况
该水库的用途主要供农业灌溉、工业和防洪泄洪，是大型的水利枢纽工程。水库总容量、泄洪洞内径、开挖直径、洞长分别为10665万m3、8m、10m、300.3m。
排沙泄洪洞位于倾伏倒转背斜的倒转翼上，岩层结构较为脆弱，并且岩类较为复杂，以Ⅲ、Ⅳ类为主，针对其断层进行切割，发现岩层走向、洞轴线呈现平行的状态，这些因素互相影响下，使得排沙泄洪洞的围岩结构不稳定。同时经过分析发现，该部位的岩体在施工阶段没有采取必要的支护措施，从而出现了冒顶大塌方的情况，最长的塌方段达到85m，涌渣范围达到105m，冒顶40m处出现的塌方呈现倒漏斗形，总体塌方量为1.5万m3。针对水库面临的塌方情况，采取回填砂浆、固结灌浆、管棚法施工等处理方案[1]。
2 水库处理方案
2.1 塌方抢险
当塌方出现后，针对上下游的塌方渣体进行封堵，材料使用2m厚的浆砌砖，通过这一方式实现临时支护的作用，然后采用C15混凝土浇筑拱圈，宽度在3.2～6.4m，厚度为60cm，使得拱圈能夠从下游向上游推进，以涌出的渣体共同组成新的应力承载圈，以此降低塌方区的应力，从而发挥抢险施工部分的临时支撑作用。
2.2 回填砂浆以及固结砂浆
在水库塌方处的上游，采用C20的混凝土浇筑拱圈，塌落度范围控制在18～22cm之间。冒顶处浇筑混凝土，应确保混凝土为一级配，塌落度为22cm。根据标记好的浇筑桩号，在相应位置钻5处150mm孔，采用C15一级配混凝土回填钻孔，塌落度为22cm，此过程的回填量为1378m3。
为了保证涌出渣体有效固结，在相应部位采取灌浆的方式解决，在泄洪洞上游和下游相应位置，以及检修闸竖井平台处，在这3个工作面填入水泥砂浆。灌浆由浆砌砖墙向塌方渣体的顺序进行，首先安排辐射孔，为灌浆提供操作基础。高程为2004.8m采用垂直孔的灌浆方式，自下而上10m范围进行灌浆[2]。
塌方体外部，灌浆孔应采用梅花形进行布设，孔排距为3m，然后在其边缘处钻7.5m的垂直孔。灌浆顺序采用自上而下的方式分段进行，当灌浆操作在3m范围内，那么应选用压力为0.1MPa;当灌浆范围在3～5m之间，那么压力应提升至0.6MPa。中间钻孔深度可以钻至隧洞腰线，壁孔钻探可以灌至洞底。同时要考虑塌方体上部剧烈蠕动引起的变形问题，以及岩体不慎不够脆弱，采用水、水泥、砂同等比例的配置方案，配成水泥砂浆灌浆，上述操作完成后再钻孔内插入两根28mm的螺纹钢筋，为了提升插入钢筋的抗压强度，还要在钻孔处进行焊接。
为了确认灌浆的效果，在此工序完成后进行压水和声波探测试验。试验结果要满足以下要求：压水试验透水率<3Lu，岩体纵波速度<500m/s，洞顶10m以下的最高速度应达到3190m/s。
3 管棚法施工
3.1 钻具工作室
为了确保棚管安装符合施工要求，操作空间在原基础上要向外扩大50cm，然后在相应位置挂网锚喷支护。锚杆长度、直径、间距、网筋间距、混凝土厚度分别为4m、25mm、1.5m、15cm、15cm。
开挖钻具工作时，在靠近混凝土的部位采取光面爆破的方式，工作室的开挖量应在60m3，比起洞径为10m的开挖方量，超挖18.3m3;比起钢管棚架的超挖方量为7.9m3。开挖渣体应将其放置在洞轴线下部，然后利用装载机均匀摊铺在混凝土底拱上。第二次开发钻具工作室，支护棚管的钢管壁厚、径向孔斜、间距、孔深、排距深分别为6mm、25°、40cm、5～6m、1m，采用I25b工字钢，钢管间距应保持在0.5m，完成上述操作后再在相应位置挂网喷混凝土。
在装载机上安装钻机，然后共同运至工作室，采用两台对称布置的形式，分别采用自上而下、自下而上的顺序，确保工作平台可以分为3层，并且保证层高为2m[3]。
做好上述准备后，进行钻孔操作，共布设7钢拱架29个孔，孔距为50cm。在钢管棚架的两端安装棚管，搭接长度保持在5m左右，钻孔位置布置由内向外呈环状错开。为了保证较好的灌浆效果，要配备2种钻头，根据实际灌浆效果来选用，若是灌浆保持良好的灌浆效果，那么采用130mm的钻头，若为否则采用110mm的钻头。需要特别注意的是，钻孔径向偏移的角度应控制在1°左右。
3.2 安装钢拱架
钢拱架所使用过的棚管，要求壁厚在4.5～6mm之间，同时确保各钢管的间距维持在40cm，单根钢管长度保持在50～200cm范围内，钢管之间采用焊接的方法连接。安装方法分为后装法、跟管法以及二次工作时棚管安装。
首先是后装法，这种方法应用在灌浆效果好的区段，钻孔操作完毕后再钻入钢管，每节钢管至少4m，并且插入钻孔后外露的部分达到1.5m。若是每节钢管设置为26.5m，那么钢管节数应设置为7节，采用不同长度的钢管互相搭配。长度为4m的钢管配5节，长度为3m、3.5m的钢管各配一节。确认安装材料后，将管节对准接口，要求在第一节钢管焊上接管帽，以此为基础布设4个25mm的排气孔。
其次是跟管法，这一方法主要应用在灌浆效果不理想的情况，采用的钢管壁厚为5mm，每一管节必须达到2m的长度，在管节出厂阶段就需要配置好套丝扣，以此方便管节之间灌浆。
最后是二次工作时棚管安装，采用壁厚为6mm的无缝钢管，同样在前端布设接管帽，并钻入3个25mm的孔，然后利用铁楔固定，首先使用速凝砂浆将管子、岩壁之间的缝隙进行封堵，当砂浆达到一定强度后再进行灌浆处理。
4 结语
综合上述，当水库排沙泄洪洞发生塌方的情况，采用管棚法在事故发生时，采取积极的封堵措施，避免涌出的渣体过多造成更大损坏。做好临时的支护处理后，再采用钻孔、灌浆等措施进行补救，避免塌方情况扩大化。
参考文献
[1] 赵杰斐，赵亚彬.管棚法超前支护技术在施工中的应用[J].建材与装饰，2018（8）：289-290.
[2] 肖松飞.水库分层取水工程出口隧洞塌方处理及注浆管棚支护施工方案分析[J].黑龙江水利科技，2016，44（9）：109-112.
[3] 胡进文，朱发祥，许健，等.管棚法施工在引大东一干2～#隧洞塌方加固工程中的应用[J].甘肃农业，2014（12）：79-80.
