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摘要：超前管棚支護是隧洞施工中穿越軟弱巖和破碎圍巖的一種有效的加固技術。本文主要結合某工程實例，論述了超前管棚支護施工原理、管棚設計以及施工控制要點，希望能夠為同類工程借鑒和參考。

關鍵詞：隧洞；超前；管棚支護；鉆孔；注漿

1工程概況

某隧洞埋深為6~9m，揭露圍巖為泥加石，隧洞多處滲水，為含水地層，隧洞開挖施工過程中洞內多次垮塌，地表連續塌陷嚴重，洞室極不穩定，影響民房及道路安全；對此建議對該段特殊地段隧洞加強超前支護措施，從而形成復合穩定的固結體，使周圍地層的力學性質得到改變，穩定性能得到加強，可以防止土層坍塌和地表下沉，且確保工程順利進行和施工及周邊環境安全。結合以往隧洞施工經驗，加強超前支護措施采用超前支護體系能夠有效地限制地面沉降，并全面地保持自然地層在穩定狀態下開挖隧洞；超前支護體系管棚超前支護施工技術，管棚超前支護技術加固地層、穩定拱頂及掌子面，對抑制地面沉降有非常重要的作用。

2管棚超前支護施工原理

管棚超前支護技術指的是將一組鋼管沿著開挖輪廓已經鉆好的孔中打入地層中，并與鋼拱架組合形成強大的棚架預支護加固體系，對來自于管棚上部的荷載進行支撐和承受，通過鋼管的梅花形布置的注漿孔加壓向地層中注漿，起到對軟弱破碎的地層進行加固，進而對地層的自穩能力進行提高。管棚超前支護技術適合用于掌子面不能自穩、含水的地層，控制地具有較好的防滲止水的效果。管棚超前支護施工原理如下：（1）梁拱效應：先行施設的管棚，將掌子面和后方支撐作為支點，從而形成一個梁式結構，兩者能夠形成環繞隧洞輪廓的殼狀結構，能夠對圍巖松動和垮塌進行有效的抑制。（2）加固效應：注漿漿液經過管壁孔壓入到圍巖孔隙中，能夠使得原本松散的巖土固結，進而對軟弱圍巖的物理力學性質進行改善，對圍巖的自承能力進行增強，起到對鋼管周邊軟弱圍巖進行加固的目的。（3）環槽效應：掌子面爆破產生的爆炸沖擊波傳播和爆生氣體擴展遇管棚密集環形孔槽后被反射、吸收或繞射，大大降低了反向拉伸波所造成的圍巖破壞程度及擾動范圍。

3管棚超前支護的設計

3.1管徑的選擇

大管棚管徑介于準89~準159mm，工程中多用準108mm的鋼管，環向間距以不大于3~5倍管徑為宜。管棚鋼管的選擇根據計算結果和技術經濟因素分析，如果松軟土層支護要求比較高，應當選擇準127mm鋼管，對于土體凝聚力比較高的粘性土，可以選擇準89mm鋼管，通常情況下會選擇，本工程結合實際情況最終確定一般土層選擇準108mm鋼管。

3.2管棚鋼管環向間距的確定

針對不同情況合理設計，鋼支撐布置間距根據塌方體的松散與開挖難易程度及施工效果，可在40~80cm范圍內調整選擇，特殊情況下需加密，本段確定為40cm間距。根據對實際的地質條件、工程斷面尺寸、埋深等影響因素的對比分析，大管棚管徑準108mm，管長不超過40m為宜，本次設置為10m一循環，單節鋼管長1.5m，以絲扣連接，絲扣長150mm；環向間距一般不大于3~5倍管徑為宜，本段設置為35m，特殊情況下需加密。

3.3管棚布置形式

采用門形布置，隧洞除底部外，布置成半圓、側壁的門形。用于隧洞基礎是穩定的，斷面內地層及上部地層不穩定的場合，如圖1。

4超前管棚支護施工要點

4.1總體施工工藝

首先施作套拱混凝土，用套拱作為長管棚的導向墻，套拱在明洞外廓線以外施作，套拱內埋設4榀I20b工字型鋼支撐，拱架間用準22鋼筋連接，連接鋼筋環向間距1.0m；鋼支撐與管棚導向鋼管焊成整體。導向鋼管采用準150×4鋼管，施工中嚴格控制導向鋼管安設的平面位置、傾角、外插角的準確度值。施工前用全站儀在工字鋼架上定出其平面位置；用水準尺配合坡度板設定導向鋼管的傾角；用前后差距法設定孔口管的外插角。確保導向鋼管牢固焊接在工字鋼上，防止澆筑混凝土時產生位移。隧道洞口長管棚均采用準108、壁厚6mm無縫鋼管，以公母絲扣連接，施工中分段安裝，同一斷面接頭不大于50％，相臨接頭距離大于1m，其仰角為1~3°。鋼管環向間距為50cm。利用管棚鉆機鉆孔，注漿孔采用干鉆法成孔，利用高壓水將孔內余碴清洗干凈，以防塞管時卡管；鋼管連接采用準102，15cm長內絲聯接。考慮到冬季施工，在明洞開挖及防護完畢后在明暗交界處搭建保溫棚，保證管棚注漿質量。長管棚預注漿采用水泥漿（30MPa），注漿壓力為0.5～1.0MPa，水泥漿水灰比1：1，水泥標號為425。用注漿泵將漿液壓入孔內，通過鋼管壁注漿孔來加固地層并緊密填充管棚，增強管棚的剛度和強度。注漿過程采用雙指標控制即注漿量和注漿壓力。必須同時滿足注漿總量達到鉆孔體積的1.5倍，注漿壓力達到1.0MPa時才符合要求。

4.2施工控制要點

4.2.1鉆孔

鉆孔之前用全站儀準確定方向和角度，鉆孔過程中經常進行校核檢查。鉆孔順序為由高孔位向低孔位間隔進行，鉆孔深度24m，一次鉆到位。鉆孔采用直徑準130mm鉆頭，孔深大于管長0.5m以上。鉆機開孔時鉆速宜低，鉆深100cm后轉入正常鉆速。若出現卡鉆或塌孔時，應拔出重鉆或更換鉆頭。必要時可采取先注漿后補鉆的方法。鉆進過程中要注意鉆桿的方向和角度，防止相鄰孔位發生對穿現象。同時在鉆進過程中要注意圍巖地質的變化，并適時記錄，為以后的洞身開挖提供第一手資料。鉆孔達到要求深度后，按照同樣方法拆卸鉆桿，鉆機退回準備進行下一個孔的鉆進。鑒于洞口地質破碎，應每鉆一個孔即安裝一根管棚鋼管，并進行注漿，防止塌孔。

4.2.2安裝管棚

奇數鋼管每節長為6m，管棚長度24m，接長3次；偶數鋼管兩個端頭每節長為3m，管棚長度24m，中間接長3次6m鋼管即可。管棚接長時先將第一節鋼管頂入鉆好的孔內，再逐根聯接。第一根鋼管前端要焊接成錐狀，以防止管頭頂彎或劈裂。當第一根鋼管推進孔內，孔外剩余30～40cm時，人工裝上第二節鋼管。人工持鏈鉗進行鋼管聯結，使兩節鋼管聯成一體。根據管棚的設計長度，按同樣方法繼續接長鋼管。

4.2.3注漿

管棚注漿是管棚施工的關鍵環節之一，注漿效果的優劣同樣影響著整個管棚體系的施工質量。因此，注漿要根據地質情況選用合適的漿液、壓力和合理的流量，在注漿過程中壓力小則注不進，壓力過大則會造成地面外鼓、崩裂，在淺埋地段對地面建筑物造成影響。注漿前平整注漿所需場地，檢查機具設備，并準備注漿材料。注漿材料嚴格按照實驗室提供的配料單進行，且準備要足夠充分。注漿要嚴格按照實驗室提供的配合比進行，且注漿前必須向監理工程師報檢。注漿初壓力為0.5～1.0MPa。灌漿采用純壓式單孔灌漿法，全孔一次性灌漿，根據經驗值灌漿壓力為0.5～3.0MPa，壓力表安裝在孔口處進漿管上；漿液水灰比按1、0.8、0.6三個比級進行。灌漿泵為揚程YC系列雙液注漿泵。注漿時，一般采用先低壓、中流量注入，注漿過程壓力逐漸升高，注漿流量逐漸減少；當壓力升至終壓時，繼續壓注5min，再結束注漿。注漿結束后，利用止漿塞保持孔內壓力，直至漿液完全凝固。漿液的濃度、膠凝時間符合設計要求，不得隨意變更。

5結語

超前管棚支護技術具有足夠的可靠性，對于各類特殊以及困難地段具有較好的適用性，能夠對圍巖變形進行阻止和變形，并能夠提前對早期圍巖壓力進行承受。在實際工程應用中，要結合實際情況合理的設計管棚，并采取合理的施工方案，做好施工工藝控制，進而確保超前支護效果。

參考文獻

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作者:董三明 單位:中國水利水電第四工程局有限公司