长大管棚超前支护在铁路隧道洞口施工中的应用

长大管棚超前支护在铁路隧道洞口施工中的应用

摘要：随着我国社会经济的发展，我国的交通行业遇到了发展机遇，无论是公

路建设还是铁路建设都很是发达，而铁路建设相较于公路建设要更加的繁琐，铁

路建设需要经过很多的山丘，而这些山丘就只能采用隧道的形式才能够通路，隧

道的建设是很危险的，需要在隧道洞口进行长大管棚超前支护工作，才能够确保

铁路隧道洞口施工安全。本文主要以新凤凰二号隧道进出口洞口段长大管棚超前

支护施工作为例子，详细的讲述了该管棚超前支护的作用。

关键词：长大管棚；超前支护；隧道

前言：

本文主要以新凤凰二号隧道洞口的长大管棚超前支护建设为例，该隧道主要

长805米，主要是在海南省的三亚市凤凰镇，是客货共线的双线铁路隧道，在该

隧道中行使的车辆要保持时速是在200千米一小时，而线路的纵坡则是人字坡行使。隧道的内轮轮廓的拱顶净高是在8.15米，净宽是在11.5米，内部的净空面

积是在81.37平方米。该隧道的进出洞口都属于浅埋型，埋深较浅，而且有很多

部分要通过强风化层，距离比较长，存在着风化现象，进行挖掘施工的时候稳定

性很差，结构面很容易被软化，然后发送坍塌和岩块脱落的现象。因此，要想保

证隧道洞口施工安全，就需要利用长度为60米Φ159大超前大管棚进行支护和注浆工作，然后进行加固处理。

一、管棚受力原理和计算模型

（一）受力原理

为了让隧道洞口的施工更加的安全，一般都会在隧道的洞口段施工的时候利

用大管棚超前支护的方法进行加固处理，而这种方法可以有效的对洞口进行支撑

工作，还能够对周围的岩石进行加固处理，很有效的防止出现软弱围岩下沉和坍

塌以及松弛的现象。给管棚超前支护工作的原理有两个，其一就是，可以通过在

管棚中注浆然后是管棚的拱顶形成加固的保护环。这个保护环可以很好的为隧道

的施工创造出良好的挖掘条件，因为该保护环能够很好的发挥出承载拱的作用，

减少了拱内部围岩承载的压力。其二就是当在隧道的开挖轮廓周边布满了超前管

棚的时候，可以将环进行加固，防止其出现变形变小，同时还会让隧道支护结构

承担的荷载压力变小，然后将拱部围岩承担的压力传递给支撑拱架。由于这些相

互连接的支撑拱架可以形成一个整体的支护架，然后就可以很好的保证隧道的挖

掘工作的安全。

（二）计算模型

当进行挖掘隧道的施工的时候，会先将下部的土体挖出来，然后将管棚的端

部进行悬空处理。而这个时候因为大部分的管棚钢管的长度都是在已经预加的固

定层中，并且还会受到地层固定的约束，这个时候的管棚悬空段就会起到的支撑

洞口上部分荷载的作用。在进行隧道洞口施工的时候，钢管的前后两部分作用的

地方是不同的，中间悬空的钢管可以变成受到固定约束的简支梁，管棚承受到上

部土体的荷载例和路面荷载的压力。对相关的资料进行研究后会发现，计算洞口

段和洞内段的开挖进尺尺度的时候利用悬臂梁和简支梁的计算模型是科学合理的。

二、大管棚施工设计

（一）大管棚设计参数

不同的隧道设计采用的管棚参数是不同的，在新凤凰二号的隧道洞口采用的

管棚具体的参数是：导管采用热轧无缝的钢管，外径是在159毫米，而壁厚是在

8毫米，环向的管距是在40厘米，而倾角则是以外插角为1°更加的适合。大管棚每环的施作长度是60厘米，钢管的前端部分是呈锥形。导向管的规格采用的热

轧无缝钢管，外径是在194毫米，壁厚是在5毫米。在钢管的内部要设置专门的

钢筋笼，而钢筋笼是主要有三根主筋和固定环组成的，其中主筋的直径是在18

厘米，而钢筋之间要每隔35厘米的间距就要利用3厘米长的Φ50钢管进行连接。钢管的上面要有钻注浆的孔，而孔径是在16毫米，孔的纵向间距是在20厘米，

并且是呈梅花的形状进行布置的，而在尾部还要留≥100厘米的不钻孔的止浆段。

（二）注浆参数设计

在钢管里面灌注的浆液一般都是水泥浆液，有时也会采用水泥玻璃的双液浆。而注浆的参数要严格的控制在水泥浆和水灰比是1：1范围中，而注浆的压力则

是要在2.0MPa~2.5MPa，注浆的扩散半径要是大于等于0.5米，为了能够积累更

多的钢管注浆施工经验和将注浆的参数更加的合理化，就需要不断地在注浆之前

进行现场的注浆实验。

三、大管棚施工

（一）施工准备

在施工之前一定要先做好准备，防止正式施工的时候手忙脚乱。首先施工之

前要做好孔口的定位工作，为了确保管棚的施工质量，可以先试着钻几个孔之后

在正式的钻孔，尤其是对于较为复杂的地层就更要多钻几个孔了。其次就是为了

对注浆效果和管棚的施工质量产生不了多大的影响，要先进行高压注浆之前，要

将各孔口做好封堵的工作。最后就是在进行正式的挖掘工作时，为了防止出现钢

管脱节而导致出现坍塌的现象，就一定要保证钢管之间的连接是完美的。

（二）大管棚导向墙工字钢支撑施工

隧道洞口的前端要采用1米的导向墙，而截面则是在1m×1m，导向墙必须是

在洞口的衬砌外部轮廓以外的地方进行施工，显示施作3排的20a工字钢，然后

间距是在50厘米，要在工字钢的拱部144°的范围内部均匀的布置40个导向管，

导管的长度是在1米，环间的距离是在40厘米，而导向管的外插角不能够小于1°。对导向管和三榀工要利用焊接的方式进行支撑，同时还要利用钢筋将大管棚

的导向管在工字钢的导向墙上进行焊接工装。

（三）钻孔

在钻孔的时候导向管一定要对导向墙中预埋的钢套管进行考虑，为了确保掌

子面在压力的作用下注浆的时候不会出现漏浆和坍塌的现象，就一定要在掌子面

上先是喷一层的素混凝土才行，然后在作为止浆墙。在进行钻孔工作的时候，一

定要先确保钻孔的机械式能够正常运作的，然后才可以进行钻孔工作，而在钻孔

的过程中，需不需要加入泥浆和水泥浆等是要根据实际的情况进行的。为了在钻

孔过程中防止出现加钻的现象，一定要对钻孔的速度做好把握，最好是匀速前进，尤其是在钻头遇到了夹泥的时候。

（四）注浆施工

大管棚进行注浆施工的方法具体的如下：首先就是要保证管路和机械设备是

正常的，能够正常运行后才能够正式的开始进行压浆实验工作，因为这个时候获

得的注浆参数才是合理的。其次就是在注浆的过程中，要不断的进行检查，看是

否出现了什么异常的情况，如果真的出现了就一定要及时的做好防治措施，比如

立即停止注浆或是封堵串浆口等。然后注浆的压力一定要持续的保持在每5分钟