长大管棚超前支护施工工法)

长大管棚超前支护施工工法

尹泽君、程鹏、姜长峰

1 前言

沿江高路公路古树岩隧道，洞口浅埋岩体破碎等滑塌。采用水平40m长大管棚超前支护加固技术，有效控制了地表沉降，经过对该工艺不断总结完善，形成该施工工法。其成功经验值得类似工程借鉴。

2 工法特点

1.浅埋暗挖隧道采用Φ159大管棚预支护，刚度大，能形成有效承载拱。

2.一次性施做40m以上的水平管棚，洞内不需作工作室，效率高。

3.设备简单，操作方便安全。

3 适用范围

1.适用于软弱围岩地层浅埋暗挖的地下工程超前支护。

2.适用于地下工程的不良地质灾害的处理，如富水断层、隧道

塌方、高应力大变形围岩。

4 施工工艺

4.1 工艺原理

长大管棚是一种隧道及地下工程的超前支护技术，即按隧道开

挖轮廓线外侧向前分层按一定间距打入钢管，并通过钢管的出浆孔

对土层进行注浆加固，钢管与地层形成承载拱，起到超前支护的作

用，以控制洞石变形。

4.2 施工流程（见图1）

4.3 施工要点

4.3.1 施工准备

当隧道掘进到预打管棚的位置后，适当扩大洞石30～50mm（拱部）并加强支护，作为管棚施工的工作室；当采用端头井作为工作井时，可以利用土层台阶作工作平台，

或者用支架搭设钻孔平台。图1 长大管棚工艺流程

4.3.2 管棚布置

管棚布置应根据地质条件、设计要求、扩散孔径、施工方法等因素综合确定，由测量人员用红漆在初期支护外侧准确标出钢管位置。

4.3.3 导向护拱施工

为确保打管棚施工的施工精度，使钻头、钻管钻进时始终保持同一钻进角度、方向。在管棚钻进前，先在隧道洞门口浇筑管棚施工导向混凝土护供。导向护供内安设导向管（Φ180X6，长2m），导向管根据管棚进出口坐标，焊接定位固定于护供内钢筋格栅钢架上，焊接前对每一根导向管道的位置进行坐标测量定位，施工时注意调整导向坐标时考虑由于钻机沉落或其他因素而产生的各种偏差，取调整误差1°，导向管调整3.5cm，用于角度控制，防止由于各种因素造成管棚下垂而导致侵入隧道限界。

4.3.4 Φ159大管棚加工及连接

为了使浆液充分渗入地层，使得隧道拱部围岩形成加固壳，管棚采用花管，即在钢管上布置Φ15mm 的注浆孔，孔眼排列呈梅花形，间距15cmX15cm。

每一根管棚在安装最后一节时，在钢管上预留1.5m长不钻注浆孔，以起到止浆作用。

钢管的连接采用焊接连接法或套管丝扣连接法（见图2）。

4.3.5 钻孔

钻孔采用0~360°的地质钻井，采取隔一钻一方式。钻孔前应调整钻机位置，使钻杆能平顺地置于导向管内，开孔时低速慢进，保持钻杆顺直，钻进过程中一般采取中压慢进，中等钻速及中量循环液，防止钻速过快使孔道偏斜。

在钻孔过程中及时检查钻孔方向的准确性，经常用测斜仪测量钢管钻进的偏斜度，同事要把钻心取出来，做好岩性记录，用于对隧道开挖提供超前地质预报。

4.3.6 顶进钢管

使用钻机自身的伸缩进行顶管，一旦出现顶进困难时，采用手动葫芦固定于护供上辅助顶进，下管时4m及6m钢管交叉使用。

4.3.7 注浆

1）注浆参数的选定

注浆参数水泥浆：水玻璃=1：0.5（体积比）

水灰比 1:1

水玻璃 35′玻美度

装将压力 0.5~1MPa

缓浆剂根据试验确定掺量

2）注浆施工

注浆前先用浆液把空中水压出管外，待浆液流出并且流出浆液浓度与浆池中相同时，再密封孔口钢板，加压并要稳定压力在0.5~1MPa之间，每根管棚要连续注浆，以设计注浆量和注浆终压作为注浆结

果标准，设专人做好注浆记录。注浆结束后用M10水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。

4.3.8 体会

1）浅埋隧道洞室开挖时，围岩的应力场和位移场将发生调整，使隧道发生收敛变形，并波及地表，引起地表的沉降，根据开挖理论分析计算，及地下工程现场检测数据表明，开挖导致的瞬是位移在施加初期支护形成受力之前，洞室的收敛位移增长很快，约占总位移的60%以上，因此浅埋暗挖隧道超前大管棚预支护是控制地表沉降关键措施，对防止隧道塌方十分有效。

2）管棚在成孔过程中会产生一定程度的“超挖”，设计采用Φ159管棚，孔直径将比钢管直径大15mm 左右，此部分空间将由管棚注浆进行填充；本工程管棚穿越土层为粉质粘土和混合土，在注浆之前存在塌孔的危险，会产生一定的地表沉降，根据国内大管棚施工经验和数据分析，从最不利角度考虑，管棚塌孔引起的沉降在9mm左右，实测最大沉降量为6.3mm（此部分沉降渐变累计形成），可通过轨道的日常养护进行弥补，对行车安全没有影响。

5 劳动力组成（见表 1）

表1 劳动力组织

序

作业班主主要工作内容人数

号

1 现场管理人员现场组织、指挥和协调 1

2 技术人员施工方案的编制及实施 2

3 测量员现场测量控制及监控量测 3

各种原材的检测，注浆参数的选定，现场试件的制作及强

4 实验员

3

度试验等

5 钢筋班钢筋加工，顶进及焊接10

6 钻孔班负责引孔 16

7 注浆班管棚注浆 10

6 机具设备（见表 2）

表2 机械设备

序号机具名称规格型号单位数量

1 钻机 TXU-200 台 4

2 注浆机 BW-250 台 2

3 电焊机 BX-400 台 2

4 水泥搅拌机350型台 2

5 手动葫芦台 4

6 潜水泵 XQY-15 台 4

7 质量控制

1.导向管的定位误差应<10mm，倾角<1°，每钻进4~6m校正一次方位，及时纠偏。

2.钻机工作平台要牢固，保证钻机处于稳定的工作状态。

3.清空后及时下管，防止坍孔，若遇孔内涌水涌泥，立即停钻，注浆封孔。

4.钢管接头应错开，同一截面接头数不超过50%。

5.为防止地表变形，应严格控制注浆压力和注浆量，及时调整注浆参数，同时进行地面变形监测。

6.为提高管棚刚度，钢管内下钢筋笼或套管，管内注水泥浆。

7.施工过程中，认真记录钻进、钻渣、注浆情况，原始记录应作到全面、正确、及时。

8 效益分析

浅埋暗挖隧道采用水平长大管棚超前支护，有效控制洞石变形和地表沉降，确保了沿江高速公路的行车安全，综合效益显著，并形成一套成熟的施工方法，对类似工程具有指导意义。

9 工程实例

沿江高路公路后续开工的6015m的新屋基隧道，2000m长的佛儿岩隧道和砂磨石隧道以及垭口隧道，300至600m的塘垭口、晒顶堡隧道等均作为洞口浅埋式隧道进行推广，采用32-40m大管棚超前支护施工工法，效果显著。地表下沉均在18mm以内，施工安全得以保证。