浅谈高速公路隧道洞内管棚工作室施工方案优化

浅谈高速公路隧道洞内管棚工作室施工

方案优化

摘要：目前，我国交通网络不断完善，公路、铁路里程逐年增加。在高速公

路隧道施工中往往会遇到线路下穿既有公路、铁路、洞内特殊地质，或短隧道出

洞端地形限制等需要在洞内施工管棚。本文结合作者洞内管棚施工经验，阐述管

棚工作室施工的优化方案，旨在为洞内管棚施工提供参考。

关键词：隧道工程，管棚工作室，施工方案；

引言：随着我国交通网络不断完善，公路、铁路、地铁等里程不断增多，在

高速公路施工中，线路与既有公路、铁路、轨道交通等交叉的情况较为普遍。在

新建高速隧道工程下穿既有线或特殊地质情况下，或在短隧道单向掘进出洞时需

要在洞内施工管棚。其中管棚施工工艺较为成熟，但管棚工作在现场施工方案中

仍有一定的优化空间。下面结合以往施工经验，在本文中阐述几点管棚工作室的

方案优化建议。

1.洞内管棚工作室的常规设计方案

隧道超前管棚一般是在隧道拱顶范围内设置，常规设计加固范围约为拱顶120°角范围内均匀设置。为保证管棚施工外插角度与设计相符、钻孔时围岩稳定，设置有导向墙及导向钢管。管棚工作室为管棚施工提供工作面及作业空间，

一般根据管棚钻机、送管等要求，在既有开挖断面上加大开挖轮廓半径，一般在

设计采用全断面加大80cm左右，长度约为600cm，形成管棚工作室。如图1所示：

总结以往施工经验，常规管棚工作室方案存在以下几点问题：

（1）开挖全断面增大，管棚施工完成后，后续采用二衬混凝土一次性浇筑，开挖、支护及二衬混凝土的工程量增加较多。

（2）二衬施工中二衬混凝土较多，增加台车压力，存在一定的安全隐患。

（3）导向墙混凝土施工模板安装固定较为不便。

1.管棚工作室方案优化

2.1采用纵向变截面设计管棚工作室

在设计中，管棚轴线与衬砌外缘纵向轴线之间存在一定的外插角度，一般为1°～3°。管棚工作室在常规隧道断面上加大的空间主要是为钻杆部分提供的空间，因为有外插角的存在，在实际施工中，钻机钻杆部分肯定是沿管棚轴线平行

运动的，所以我们可以将工作室纵向设置成与管棚轴线平行，与隧道衬砌外缘纵

向斜交的变截面。

在方案制定时，我们首先应当了解实际使用的钻机的尺寸，尤其是需要了解钻机平行推进时需要外沿空间尺寸。按照管棚轴线，确定工作室的变截面尺寸，这样就将管棚工作室后端断面尺寸大幅减少，从而减少工作室开挖、支护及后期二衬混凝土的工程数量。如图2所示。

采用变截面设置工作室，可以大大减少开挖净空尺寸，减少支护及二衬的工程数量，但需要施工单位针对工作室内每榀钢架进行单独设计，对于技术及现场施工精确度控制要求有所提高。

2.3洞内导向墙施工方案优化

为了控制管棚施工的角度、间距及钻孔时稳定掌子面，不管是洞外还是洞内施工管棚，导向墙是必不可少的构筑物。洞内导向墙模板加固较为困难，施工中存在变形、孔口管移位及漏浆的可惜性也增大。

洞内导向墙施工时采用钢架作为固定模板及孔口管的支撑体系，为了将导向墙固定钢架与隧道初支钢架结合起来，应将导向墙的固定钢筋位置设置在初支钢筋的位置上，间距不大于初支钢架间距，导向墙的内侧为设计初支轮廓线，这样在洞内管棚施工完毕后，钢架不必拆除，中下台阶顺接导向墙固定钢架即可按常规隧道施工方法继续隧道施工。

此外，在导向墙范围内的隧道开挖部分，可以采用预留核心土的方式，为施工提供操作平台的同时，也可以方便导向墙的模板的固定，加强导向墙固定钢架的稳定性。管棚施工完成后，只需要挖除核心土，方可继续隧道开挖施工。

采用上述方法布置导向墙钢架及预留核心土后，一方面避免了钢架二

次拆除安装。另一方面，在核心土上合理的设置导向墙底模支撑系统，钢架固定

系统，能极大程度上的方便模板施工，保证导向墙施工质量。但要注意核心土预

留的高度，预留过高，后续导向墙固定钢架立架、底模安装等作业空间狭小；预

留高度过低，后期模板加固、钢架固定不便。

2.3中、下台阶开挖断面优化

大管棚加固一般在V级围岩段内，通常设置在拱顶隧道中心线两侧各60°左

右的范围内，在隧道上台阶范围内施工完成，中、下台阶范围内无管棚。因此，

管棚工作室范围内的中、下台阶开挖时，可以对开挖断面进行优化，通过调整中、下台阶半径及圆心位置使两侧开挖轮廓线向隧道中心线适当靠拢的目的，从而减

少中、下台阶的开挖、支护及二衬混凝土工程量。

以某高速公里断面为例，是二衬厚度为50cm，隧道初支钢架设计为：在通过

隧道断面中心的水平线以上设计为半径为620cm的圆弧。拱顶120°范围内为上

台阶施工范围，在软弱地质情况下该范围内设计有洞内管棚超前支护。中台阶施

工范围内，钢架设计半径为620cm，夹角为30°。下台阶钢架设计半径为970cm，夹角为18.21°。为施工洞内管棚，将隧道上台阶的钢架半径加大50cm，形成管

棚工作室，增加后上台阶钢架半径为670cm。如图4所示，若按全断面加宽施工，整个二衬厚度将达到100cm，工程量增加较多。

为使减少中、下台阶范围内开挖、支护及二衬混凝土的工程数量，可以将中、下台阶的半径从670cm缩短到630cm，中台阶钢架的圆心位置设置在沿上台阶端

头半径轴线缩短40cm处。这样就可以使中下台阶钢架向隧道中心移动，从而减

少隧道开挖面积、支护及二衬混凝土工程数量，达到节约施工成本的目的。

3.效益分析

3.1 经济效益

通过方案优化，每个管棚工作室的开挖、支护及二衬混凝土的工程数量均减少。以某高速公路为例，通过该方案优化，双向四车道左右幅隧道管棚工作室共

节约30万元左右。

3.2 降低施工风险

通过优化方案，减少二衬浇筑时的混凝土厚度，一方面可以加大台

车安全性，另一方面在完成施工后，减少了二衬开裂、漏水等的风险。

1.结语

隧道洞内管棚施工较为常见，尤其是目前高速公路隧道较多，在某些短隧道

出洞时，洞外管棚施工不具备条件或进场施工成本较高时，采用其他超前支护方

式不能满足要求是，可以采取洞内管棚施工方案。隧道穿越特殊地质或塌方等情况，也需要在洞内施工管棚，保证隧道施工安全。以上对于洞内管棚工作室施工

方案优化的，一是通过精细化管理，以管棚施工空间需求出发，优化管棚工作室

设置形式，减少工程数量，对施工单位控制成本极为有利。二是，减少了隧道二