管棚施工工艺工法

管内，并沿梅花孔溢出，渗入破碎岩隙中，这样在浆液凝结硬化后，将 钢管周围的岩层与钢管固结成整体，使开挖面上方形成了具有一定强度 的薄壳结构。
2 顶入施工 钢管顶入时，一般采用人工，也可借助于挖掘机、手动液压千斤 顶、凿岩机、液压钻的冲击力等机具辅助进行顶入施工。采用机具顶入 时，应缓慢，稳妥，并随时掌握好方向，防止硬顶，将管顶弯，至使施 工中断。 3 连接 采用焊接连管时，应将第二根管固定在施工台架上，并保证两根管 中心在同一直线上，接口处应严密，并检查钢管仰角与设计是否相同。 管棚节间采用丝扣连接时，管棚单、双序孔的连接丝扣错开半个节 长。 接管完毕后，外露钢管口应用钢板焊接封堵。钢板中间焊接注浆用 的八分管，并安装球形止水阀门或其它形式的阀门。 6.2.4 注浆施工工艺 1 注浆顺序 管棚注浆顺序遵循“先两侧后中间、由稀到浓”的原则。注浆施工 由两端开始施工，向隧道拱顶方向推进，开始时注浆的浆液浓度要低一 些，逐渐加浓至设计浓度。 2 浆液拌制 浆液的拌制要均匀，具有良好的流动性和粘稠度。如要求掺入水玻 璃时，应先浆水泥浆拌制好，按配比称量出水玻璃的质量，徐徐加入， 并随加入随搅拌，搅拌工作不能停止，一直至注浆完毕为止。 3 注浆压力与注浆量控制 有设计要求时应按设计压力施工，无说明时应根据现场试验来确 定。实际注浆量应大于理论计算的注浆量。为防止注浆时跑浆，在掌子 面应喷射20cm厚混凝土，孔口管与钢管端部应用较粘的素水泥浆封堵严
注浆效果分析 管尾与钢架焊接
调整注浆参数 不 符
合
结束
图5 管棚跟管钻进工艺流程图
6.2管棚施工序操作要点
6.2.1 开挖管棚工作室
1 工作室确定
工作室应选择设置在围岩稳定地段，尽量接近加固地段，以缩短管
棚长度；在软弱围岩中开挖工作室，要加强支护，必要时进行混凝士衬
砌。 2 工作室尺寸 为便于架设钻机，安设钢管，工作室断面应挖至隧道开挖线以外1
管棚施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-SD-0302-2011 第五工程有限公司 陶赞旭
1 前言 1.1 工艺工法概况
管棚超前支护法是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进 的新技术。管棚法作为隧道施工的一种辅助方法，在软岩隧道施工中穿 越破碎带、松散带、软弱地层，涌水、涌砂层发挥了重要作用。管棚是 利用钢管作为纵向支撑，钢拱架作为横向环形支撑，构成纵、横向整 体，不仅沿隧道纵向具有梁结构的作用，在横断方向还具有拱形结构支 护效果。由于其刚度较大，因此能够很好的阻止和限制围岩变形，并能 提前承受早期围岩压力。
密，待其凝结硬化后方可开始注浆。注浆时应徐徐加压，达到压力后， 表示已注满，注满后，浆液有时会从封口处均匀溢出，有时也会从周围 的岩隙裂缝处溢出。注浆完毕后，应把注浆量与理论数值相比较，当注 浆量小于理论数值时，说明管内未注满，此时应停止注浆查明原因后再 进行压注。
4 注浆结束标准 1）单孔注浆结束标准:注浆过程中只要满足以下三个条件之一，即 可认为单孔注浆达到设计的要求并可结束注浆。第一，注浆压力逐步升 高，达到设计终压(一般为1.0～2.0MPa)稳定10min；第二，注浆量不小 于设计注浆量的80%；第三，进浆速度为开始进浆速度的1/4。 根据新建铁路云桂线参考图《云桂隧参08-02》 注浆量的公式计算如下：Q=A×β=π×R×L×β 式中：Q—总注浆量，m3；
4.1《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204）、《铁路隧道施工规 范》（TB10204）、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417）、 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753）。
4.2相关设计图纸、合同文件。
图1 管棚棚管构造示意图
图2 管棚封口示意图 图3 内放置钢筋骨架示意图
测量放样 安装导向管、浇筑套拱
钻孔验收
搭设工作平台、钻机就位 钻孔 补孔 清孔
合格 不合格 管棚加工 原材料进场检验 顶入管棚、安装止浆塞 喷射混凝土封闭工作面 初选浆液配合比 连接注浆管路、调试 初配浆液试验注浆 确定浆液配合比 压水试验 浆液制备
注浆效果分析 结束
注浆作业 不合格
调整注浆参数 合格
5 施工方法 管棚施工方法主要有：管棚引孔顶入法、管棚跟管钻进法。 每循环管棚施工前，应开挖管棚工作室，工作室大小根据钻机要求
确定。管棚施工前，在长管棚设计位置安放至少三榀用工字钢组拼的管 棚导向架，导向拱架设置孔口管作为长管棚的导向墙，要求在钻机过程 中导向拱架不变形、不移位。管棚节间采用焊接或丝扣连接，管棚单序 孔第一节长6(9)m，双序孔第一节长3(4.5)m、，其余管节长度均为 6(9)m，管棚安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙，连 接压浆管及三通接头；管棚注浆前，应向开挖工作面、拱圈及孔口管周 围岩面喷射10cm厚的C25混凝土，以防钢管注浆时岩面缝隙跑浆。 6 工艺流程及操作要点 6.1 施工工艺流程 施工准备
A—注浆范围岩层体积，m3； β—填充率，根据图纸及围岩情况而定； R—注浆半径，m； L—注浆长度，m； 2）全段结束条件：所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件、无漏 注浆的情况。 6.2.5 钻进中遇到的问题及解决措施 1 排碴困难 由于岩层比较松散潮湿，所钻钻孔排出的岩碴多为泥团, 当钻孔较 深时, 泥团容易堵塞管孔, 排碴十分困难, 当钻进至设计孔深, 开始退 出钻头时, 发现管内岩碴严重卡钻。因此在钻进过程中, 须严格控制进 尺, 勤吹孔,必要时从钻杆内向钻杆与套管的环状间隙内送水洗孔, 然 后退钻。 2 钻头脱落 在钻进过程中经常发生偏心钻头脱落事故, 经分析主要原因是偏心
钻头横销材质较差,易断。当事故发生后,先拔出套管,然后用筒状岩芯 管取芯钻进取出钻头。重新钻进时再重新选用轴承钢加工横销。
3 管靴脱落 在跟管过程中,主要是通过跟管钻头在钻进的同时,利用管靴与钻头 上的台阶拖着套管同步跟进。因此套管靴是主要受冲击振动的部位。当 钻孔加深后,套管增长,摩擦力增大或后部套管被岩碴卡死后,套管管靴 便很容易被打。当管靴被打掉时,在拔出套管后,立即采用公锥取出管 靴,更换管靴后再继续跟管钻进。防止管靴脱落有如下两种方法：一是 在管靴与套管之间实行铆焊、点焊连接牢固；二是在动力头与套管之间 另外增加一个同步给进装置。 4 跟管钻进蹩钻 在跟管钻进过程中，当钻头遇地下隐埋物,如硬质石英砂岩或土石 软硬不均时，钻进过程会发生严重蹩钻,导致钻具无法正反转，遇到此 种情况需及时拔出套管，取芯钻进后再跟管钻进。 6.3 跟管钻机管棚施工 6.3.1跟管钻机管棚施工与常规钻机管棚施工区别 1 施工原理区别: 常规钻机管棚施工为先用钻机钻进成孔后, 再将 钢管推进形成管棚; 跟管钻机管棚施工为钻头推进时套管直接跟进, 管 棚一次成型。 2 钻头区别: 常规钻机钻头直接用常规冲击钻头, 跟管钻机选用单 偏心跟管钻头。 3 套管区别: 常规钻机套管采用普通无缝钢管, 每节5 m～6 m 长 度成孔后推进; 跟管钻机套管采用DZ40高频淬火的无缝钢管, 每节长度 1.5m 随孔跟进。 6.3.2钻机型号及配套设备 双帆YG-80型锚固工程钻机, 钻头采用φ110 mm 单偏心跟管钻头和 φ 115 mm 潜孔锤单偏心扩底钻头, 潜孔锤用J100B 型。跟管套管采用 DZ40高频淬火的无缝钢管, 壁厚4.5 mm, 反丝套管用接箍连接, 丝扣长
2.1 在管棚超前预支护的作用下开挖，可以防止地表下沉和围岩坍 塌，以保证施工过程中的安全。
2.2 管棚一次超前量较大，支护过程中搭接较少，节省材料。亦可 减少安装钢管次数，并减少与开挖作业之间的干扰。
2.3 施工速度快，支护效果好。 3 适用范围
管棚适用于特殊困难地段，如在极破碎岩体、断层破碎岩体、塌方 体、岩锥地段、砂土质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育 岩体、浅埋大偏压等围岩的隧道施工中。 4 主要引用标准
表2 施工机具配备表
序号 设备名称
型号（参 考）
单位
数量
备注
适用范围
1 管棚钻机 Z-GP150
台
1
备用1台 QZ100K
主要用于石质地 层
2 水平钻机
YG-80
台
1
主要用于土质地 层
3 高压空压机
台
1
4
注浆机
台
1
5
电焊机
台
2
9 质量控制
9.1 钻孔质量控制 9.1.1 保证钻机就位及施工过程中，地面沉降量不大于10mm。 9.1.2 钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确，钻进
目前，管棚在隧道工程中较常采用，尤其是洞口位置处，围岩多风 化破碎，岩质较差，为保证其进洞安全，常采用管棚作为超前支护。对 于一些松散破碎的软弱围岩，采取常规的管棚施工工艺，成孔困难，套 管推进不到位，管棚施工质量无法保证，可采取跟管钻机对于软弱围岩 管棚施工。
管棚的成孔方式主要有两种：一是管棚引孔顶入法，当钻进地层易 成孔时，一般采用先钻孔、后插管得方法，即钻孔完成经查合格后，将 管棚连续接长，由钻机旋转顶进将其装入孔内；二是管棚跟管钻进法， 当地质状况复杂，遇有砂卵石、岩堆、漂石或破碎带不易成孔时，可采 用跟管钻进工艺，即将套管及钻杆同时钻入，成孔后取出钻杆，顶入管 棚，拔出外套管。 1.2工艺原理
中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求， 及时纠正。
9.1.3 钻杆晃动时，应适当降低钻速，防止因扩孔而改变仰角。 9.1.4 钻进结束后应对孔深进行量测。 9.1.5 孔口距偏差不超过±30mm，孔深偏差不超过±50mm。 9.2 顶、接管质量控制 9.2.1 隧道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1.5m。 9.2.2 接管时，两钢管断面应相吻合，并保证中心线在同一轴线 上。 9.2.3 钢管接头采用焊接时，应确保焊接质量，焊缝饱满，无露 洞。丝扣连接钢管单、双序孔的连接丝扣宜错开半个节长，丝扣连接钢 管必须做到各丝扣连接必须拧死。 9.2.4 钢管插入孔内的长度不得短于设计长度的95％。 9.2.5 钢管型号、质量和规格等应符合设计和规范要求。 9.2.6 钢管插入后，应外露孔口管0.1m。 9.3 注浆质量控制 9.3.1 孔内灌入细石混凝土时，钢管可不加工成花管。 9.3.2 严格按照设计配合比配制浆液。 9.3.3 如需加入水玻璃时，应调整好各工序，尽量缩短注浆的时 间。并在灌入前，进行孔外的凝结时间试验。 9.3.4 搅拌浆液应随施工不间断进行。 9.3.5 严格保证持压时间。 9.3.6 注浆应连进行，中途不得间断，如被迫中止时，应用清水将 孔内浆液冲净。
工种
数量
工作内容
1
施工负责人
1
全面负责管棚作业工作
2
技术员
2
施工组织与质量控制
3
安全员
2
观察施工作业附近围岩变化情况
4
试验员
1
浆液配置
5
空压机司机
2
负责给管棚钻机供高压风
6
管棚钻机司机
2
每台管棚钻机配备2名操作手
7
压浆机司机
1
负责管棚注浆，记录
8
普工
6
负责钢管运输，浆Biblioteka Baidu拌制
8 主要机具设备
主要机具设备需求表
封孔、连接钢架结构
图4 管棚引孔顶入法施工工艺流程图
棚管制备
施工准备 测量定位 导向管定位、套拱施工 钻机就位 跟管钻进作业 注水清洗内杆 退内杆
下棚管 退套管 安装止浆塞 喷混凝土封闭工作面 安装、调试注浆管路 压水实验 注浆作业
原材料进场检验 初选浆液配合比 初配浆液实验注浆 确定浆液配合比
浆液制备
60 mm, 牙型采用标准地质套管螺纹。
7 劳力组织
管棚施工的人员可视作业面情况而定，一般一台管棚钻机应为一个
作业工班。施工的质量和进度很大程度上取决于钻孔的质量和进度。所
以，必须有几个技术熟练的钻工和机长作为钻孔作业的骨干。钻孔人员
分成两班，24小时进行施工。
表1 管棚作业人员配备表（供参考）
序号
管棚支护结构，一般按松弛荷载理论进行设计。根据围岩地质条件 和施工条件进行力学计算。钢管直径多选用80～180mm，钢管中心距离 一般为30～50cm。钢管长度视软弱破碎围岩的厚度而定，一般为10～ 45m。钢管以较小的仰角沿岩面打入，形成了一个梁结构来承担围岩的
压力。钢管采用内注水泥浆、化学浆液或细石混凝土、劲性骨架来增加 钢管刚度。 2 工艺工法特点
～1.5m，最低钻孔以下1m。工作室长度应满足设备施工需要。 6.2.2 钻孔施工工艺 1 准备工作 首先，在开挖轮廓线以外施作混凝土套拱作为长管棚导向墙。浇注
前，应在套拱内按设计仰角安设孔口管起导向、固定作用。孔口管的直 径应大于长管棚直径。导向管由定位筋焊接固定在钢拱架上。
2 钻机就位 钻机就位处的土层应进行夯实，确保在钻进过程中，钻机不发生倾 斜或滑动。钻机的底坐应用水平尺或水准仪将其调平。钻臂的仰角与设 计仰角相同。 3 钻进 1）施钻时，钻机大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动，提 高施钻精度。 2）钻机开孔时钻速宜低，钻深20cm后转入正常钻速。 3）换钻杆时，要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是 否畅通等，不符合要求的应更换以确保正常作业。 4）由于软弱围岩的厚度，无法准确的判定，有时达到了设计深 度，可岩质仍然比较差。因此，在钻进过程中应注意对石粉的收集分 析，根据钻进深度对石粉取样，作好记录。 6.2.3 顶管施工工艺 1 准备工作 顶管前，应根据管棚长度，对钢管进行下料，保证钢管接入后接头 不在同一断面上。为接管施工方便，应搭设施工台架。 根据设计的要求，管内填充水泥浆液、化学浆液或细石混凝土时应 在探入围岩内部的钢管周围钻成梅花式的小孔，浆液以一定的压力压入