隘门界隧道超前大管棚支护施工工艺
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（广西路佳道桥勘察设计有限公司，541000）
摘要：以隘门界隧道为例，从管棚法支护的相关概述、大管棚施工设计参数、大管棚施工及施工注意事项对软弱地质条件下大管棚超前支护施工工艺进行了详细介绍，以供参考。
关键词：软弱围岩；大管棚；施工工艺
管棚技术，即水平订厢钻进技术，属非开挖技术，是从原始的钻探技术衍生并逐渐发展起来的一种新兴技术，是在不破坏地表的情况下铺设各种地下管线的技术，在城市地铁、市政管线等地下工程施工中有着广泛的应用前景。在隘门界隧道中成功应用了这一技术，取得了成功。
1 工程概况
隘门界隧道位于梅溪经资源至龙胜公路（资源至河口段）№2标段，是一座单洞双向两车道隧道，隧道起止桩号为K12+970～K13+880，总长910米，属中隧道。洞身平面位于直线段上，纵向坡度为0.85％的单向坡。本隧道地处中低山地貌，山体总体走势近南北向，隧道大致以走向258°穿越山体。隧道区场地地形起伏变化大，山高坡陡，地面高程介于942.779～1094.210m之间。本区段地下水类型主要为基岩裂隙潜水，第四系覆盖层中孔隙潜水一般较贫乏。孔隙潜水主要赋存在第四系覆盖层中，第四系覆盖层透水性一般较弱，其中碎石质土结构较松散，但碎石间多充填粘性土，其透水性一般较弱。基岩裂隙水主要赋存在基岩节理裂隙及岩层破碎带中。由于基岩裂隙仅在浅部微张，在深部多呈闭合状，其透水性和富水性弱，水量一般不大，与上部孔隙潜水连通较弱。本区段的地表水系不发育。
围岩级别：进口段地质情况为表层分布较厚的碎石土，厚度达3～6m，下伏岩石为燕山早期侵入花岗岩，花岗岩风化强烈，且不均匀，全～强风化厚度达10～24m，节理裂隙很发育。围岩稳定性差，已基本风化成土，局部夹强风化碎石，遇水易软化，施工时处理不当会出现大坍塌。设计围岩级别为Ⅴ级。进口段30m设计采用拱墙Ⅰ20b型钢拱架及拱部超前大管棚加强支护，Ⅰ20b型钢拱架纵向间距0.5m，超前大管棚环向间距0.4m。
2 管棚法支护的相关概述
2.1 管棚法的定义
管棚法是沿开挖轮廓线，钻设与隧道轴线平行的钻孔，而后插入不同直径的钢管，并向管内注浆，固结管周边的围岩，并在预定的范围内形成棚架的支护体系。管棚支护将管周围岩的抗剪强度提高，能有效提高围岩的承载力及自稳能力，减小围岩的变形；同时，隧道开挖后与钢架一起共同组成刚度较大的支护结构，以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。
2.2管棚法的作用原理
2.2.1 通过管棚注浆，使拱顶预先形成加固的保护环。而加固环发挥“承载拱”的作用，承受拱上部的地面荷载和岩层重叠，使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力，从而创造了理想的开挖条件。
2.2.2 当超前管棚沿隧道开挖轮廓周边密布时，加固环的变形变小，传递给隧道支护结构的上部荷载大大减少，同时通过环形固结层与管棚，将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架。由于支撑拱架间的相互连接，形成整体支护，有效的保证了掘进施工和初期支护的安全。
2.2.3 梁效应：先行施设的管棚，以工作面和后方支撑位支点形成一个梁式结构，防止了围岩的松弛和滑塌。
3大管棚施工设计参数
3.1 钢管规格：热轧无缝钢管φ108mm，壁厚6mm，节长3m、6m。
3.2 管距：环向间距40cm。
3.3 倾角：仰角1°（不包括路线纵坡），方向:与路线中线平行。
3.4 钢管施工误差：径向不大于20cm。
3.5 隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少须错开1m。
3.6 注浆浆液采用纯水泥（添加水泥重量5%的水玻璃）浆液，水泥浆水灰比 1:1；水玻璃浓度为35波美度；水玻璃模数2.4；浆液扩散半径不小于0.5m；注浆前，应先进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，以利施工。
超前大管棚支护设计图
3.7 钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm。为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节钢管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管。
4大管棚施工
4.1施工工序
管棚施工法的主要工序有：导向孔钻进扩孔施工夯进钢管施工管棚注浆施工。
4.2 施工准备
4.2.1 根据设计图，进一步调查地质情况，按可灌性和空隙比或渗透系数确定注浆类型；
4.2.2 通过试验确定或调整注浆半径、注浆压力和单管注浆量；
4.2.3 加工导管，准备施工机具和器材，即配备电动钻机2台，钻进并顶进长管棚钢管；
4.2.4 在施作管棚前，先施作2m长套拱以确保施工安全，套拱厚80cm，采用C25砼，内埋设Φ25固定钢筋及φ127孔口管，固定钢筋与孔口管采用双面焊接，焊接长度大于5d。套拱兼作长管棚导向墙，并在复合式衬砌外轮廓线以外施作。
4.3 施工要点
4.3.1 导向孔钻进
导向孔是管棚施工的关键环节，其成败与否直接关系到管棚施工的成败。
1. 钻孔前先喷混凝土封闭掌子面，以防漏浆，而后测量布孔，再设计孔位点上的标记，然后用钻机钻孔；
2. 钻孔时，先轻压慢速钻进，以保证开孔质量；在钻孔过程中，为确保钻杆中心与设计管棚中心位置对齐，采用支架进行钻机固定；
3. 钻进中用测斜仪量测钻孔方向，发现偏斜超过设计要求，及时纠正；
4.根据隧道埋深确定应使用的导向系统，导向系统一般有ECLIPSE无线地下定位系统和地磁定位系统，当埋深在8m以下时采用地磁地下定位系统。
4.3.2 扩孔
在导向孔钻进成功后，卸下导向钻头，进行扩孔施工。扩孔中采用膨润土泥浆护壁，确保扩孔的顺利进行，防止孔壁坍塌。同时控制扩孔速度，扩孔过程中的钻机扭矩控制在钻机额定功率范围内。
4.3.3 夯进钢管
1. 当扩孔器扩孔完成后，移开钻机，铺设导轨，进行钢管顶进施工，避免出现塌孔；钢管顶进可采用钻机的冲击力和推力低速顶进或事先在套拱内预埋的拉杆用手拉葫芦顶进；
2. 为便于钢管顶进，钢管前端焊成圆锥形，钢管接长及接头数量应满足设计及规范要求；
3. 在夯进钢管过程中，保持膨润土泥浆进行护壁，管口用麻丝和和锚固剂封堵；
4. 每钻完一孔便顶进一根钢管，钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正；
5.应及时将钢管与钻孔壁间缝隙塞密实，在钢管外露端焊上法兰盘、止浆阀，并检查焊接质量。
4.3.4 管棚注浆
1.在夯进钢管施工后，采用高压风进行钢管内泥沙处理，通过高压风使部份沉积在钢管内的泥沙排出管内，确保注浆管路畅通；待清孔结束后，即可按由下至上的顺序进行注浆施工，注浆采用分段注浆；浆液先稀后浓、注浆量先大后小，如遇串浆或跑浆则隔孔灌压；
2.一般，注浆初压压力宜为0.5～1.0MPa，终压压力宜为2.0MPa；
3. 浆液灌注根据现场地质情况及成孔效果，可采用多次注浆，通过调整浆液压力对钢管内及钢管周围空隙进行多次填充，以确保管棚周围土体密实，提高地层的强度和刚度，达到加固地层的目的；
4. 注浆过程中随时检查孔口、邻孔及覆盖层较溥部位有无串浆现象，如发现串浆现象，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可用麻絮、木楔、快硬水泥或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆；
5. 注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。
5 施工注意事项
5.1在复核管棚的设计位置后才能进行下一步施工，以确保导向孔的成孔精确；
5.2钻机就位严格按设计轴线就位，从入射口就严格控制钻机轨迹；
5.3严格控制钢管就位，确保钻孔的环向间距及孔径，便于二次注浆；
5.4严格进行泥浆配置；
5.5做好施工记录。
参考文献：
[1]赵春生，袁鹏，陈文建. 大管棚超前支护技术在板桥山隧道出口堆积体段主洞施工中的应用[J].四川水力发电，2010，（6）.
[2]汪志兵.金沙洲隧道过广佛高速段长大管棚施工技术[J]. 黑龙江科技信息，2011，（6）.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。