管棚施工工艺流程设计

隧道管棚施工工艺流程设计

管棚超前支护刚度大，可承受土体的垂直和侧向压力，管棚超前预支护具有棚架、锚固、固结地层的三种功能，它将部分荷载有效地吸收和传递到已封闭的支护结构上。在软弱松散不良地质地带，通过管棚注浆补充固结土体，增强隧道上方土体的稳定性，保证隧道进洞安全，满足围岩开挖稳定的要求。

1、管棚施工原理

管棚一般是在地质较差的情况下，按开挖轮廓线，采用在地层中打入数根钢管的方法形成支护体系。一般要求钢管入土深度必须穿过该类围岩,并要有一定的超前长度。如果地质条件极差且裂隙水较大，则采用在管内注入化学浆液的方法，使该段软弱地层形成一个整体，可以有效地稳定开挖面。在隧道施工中，管棚支护主要适用于以下几种情况：围岩破碎，裂隙较多，洞口开挖难以成形时；隧道处于浅埋段，开挖易使地表失稳时；隧道内遇到断层需要穿过时；隧道洞口位于滑坡体而线路又无法避开时。

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超前管棚示意图

2、管棚基本设计参数

五尖大山隧道施工图设计（送审图）在进、出口两端均采用了长

20m的长管棚。长管棚采用φ108×5的无缝钢管，入土深度18.5m，由3m、5m两种长度管节由丝扣连接组成，丝扣搭接长度15cm。长管棚环向间距33.3cm，在开挖轮廓线外25cm处，拱部140°范围布置。外插角1°，与隧道中线方相一致。施工采用地质钻水平钻孔，风钻配合顶入，注浆泵注浆。隧道必须在管棚施工以后才能进洞开挖。

五尖大山隧道超前管棚施工示意图

3、管棚常规施工工艺和施工方法

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对于节理发育但较完整、容易成孔的围岩地段一般采用常规先钻

孔、后插入的安设方法，其施工工艺如上页图所示。

注浆施工工艺流程图

根据管棚常规施工的过程，可以分为以下几个步骤：

制作导向架（套拱）钻孔顶管封口注浆。

3.1导向架（套拱）

导向架的作用是保证钻孔方向的正确，使其孔向不发生偏斜，要求自身要有足够的强度和刚度，可用型钢或混凝土制作而成。五尖大山隧

道设计采用钢筋混凝土套拱作为导向架，纵向长度1.5m，套拱置于明洞之上。

施工时首先在洞外明暗洞的交界处架立两榀20b工字钢，间距

60cm，用钢筋焊接成一个整体。在钢支撑上安装Φ150mm，长2～3m的导向钢管，与管棚位置方向一致，然后浇注150cm厚的C30钢筋混凝土包裹钢支撑和导向管。套拱完成后，喷射C25砼15cm厚封闭周围仰坡面，作为注浆时的止浆墙。

套拱施工工艺流程详见下图。

测量放样

开挖套拱环形槽

套拱基础开挖

按设计安装固定套拱内钢架套拱内钢架加工

孔口管加工

施工钢架加工

加工套拱模板将孔口管定位固定在钢架上

立套拱砼施工支撑钢架

安装套拱模板

浇注套拱砼

养生、拆模

套拱施工工艺流程图

砼生产、运输

3.2钻孔

钻孔时间应在套拱混凝土强度达到75%之后，方可进行。钻孔型号根据钻孔深度来选择。因钻孔深度为20m，一般钻机很难达到，宜采用超前水平地质钻机。钻机就位时，搭设平台所用的各种杆件应连接牢固，

保证钻机稳定。钻机顺序由高孔位向低孔位进行，并间隔错开。若由高到低连续钻孔，则因孔距过小，会造成前一个成型孔在未顶管时已

出现塌孔现象。在钻到一定深度时，要用测斜仪检查孔的倾角是否正确，以便及时进行纠正，深度达到要求后，应边退钻边清孔。

在钻孔过程中，如果出现卡钻、塌孔现象，可能是隧道地质发生了变化，此时应及时退钻，然后采用往孔内压注浆液的方法，待浆液凝固后，再行开钻；如果出现掉钻头、钻杆断裂的现象，可用打捞器取出。

钻孔也可为超前地质预报提供一定的依据，因此每一个孔在开钻时，都必须有详细记录，包括开钻时间、结束时间及遇到的问题等。

3.3顶管

管棚钢管一般采用的是无缝钢管,每一节钢管应做成尖锥状,起导向和减小摩擦阻力的作用。在钻孔成型后，顶管工作进行得越早越好,否则因拖延时间太长，则导致孔壁变形或孔内塌方，给顶管造成困难。顶管由钻机顶进，钢管节段间用丝扣连接，顶进时，节长3m和5m管节交替使用以错开接头位置，这样可以保证后期开挖时管棚有足够整体强度。管棚顶到位后，钢管与导向管间隙用速凝水泥或其它堵塞严密，以防注浆冒出。

3.4注浆及封口

注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚最佳注浆参数。浆液采用注浆机灌注。管棚封堵塞设有进浆孔和排气孔，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔,续灌注浆,达到设计注浆量或注浆压力时,方可停止注浆。施工过程中，为了防止注浆过程中发生串浆,每钻完一个孔，随即就安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工。注浆结束后用C30水泥砂浆充实无缝钢管，以增强管棚强度。注浆结束标准：注浆压力逐步升高，达到设计终压(0.8Mpa)并继续注浆10min以上；进浆量，一般为20～30L/min。

4、管棚跟管钻进施工工艺和施工方法

当地质状况复杂，遇有卵石、漂石或破碎带不易成孔时，可采用顶驱动力头的跟管钻进工艺，首先将套管及钻杆同时钻入孔内，成孔后，取出内钻杆，放进管棚，最后取出外套管即可。当围岩结构软硬不均时应采用潜孔锤配同心钻孔系统。跟管钻进程序及跟管钻进图解说明如下图所示。

施工准备钻

机

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跟

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注

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孔

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密

封

注

浆

加

固

下

一

孔

跟管钻进程序

1、采用顶驱双作用(冲击及回转)液动锤，

把套管及钻具同时冲击+回转方式钻入岩

土层内（采用套管跟进提供临时护孔，可

避免内钻杆在提出后产生塌孔或涌水，方

便插管注浆）。

2、穿孔完结后，先把套管内孔注水清洗

洁净后，才把内钻杆取出，套管仍保留在

孔内供护孔作用。

3、将注浆钢管插进入套管内。钢管可用

丝扣或电焊联接。钢管终端要密封。

4、钢管插进后，取出套管继续下一孔眼

的钻进。钢管口端与孔口周壁用水泥浆、

CS胶泥加麻丝或其他密封材料密封。

5、接上浆液管，用一定压力将浆液压注

入钢管内，浆液会通过钢管的孔眼压注入

孔壁的缝隙内，固结附近的岩土层。