韩 小 燕

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西 太原　030006)



·桥梁·隧道·

长管棚在地质不良地段隧道施工中的应用

韩 小 燕

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西 太原030006)

介绍了长管棚在地质不良地段隧道施工中的特点，根据长管棚的施工工艺原理，从测量定位、套拱及导向管施工、潜孔钻机就位等方面，阐述了长管棚的施工操作要点，指出长管棚施工具有良好的经济、社会、环境效益。

隧道，长管棚，围岩，潜孔钻机

0　引言

在隧道新奥法施工中，在通过浅埋段、地质不良段时，为了保证隧道能安全通过并保证工作面的稳定性以及使地表沉降在可控范围内，需要在隧道开挖时采取一些预加固措施对隧道掌子面进行超前加固，管棚注浆法是较为理想的预加固措施。所谓管棚是指沿着上部开挖轮廓线以一定的外插角向开挖面前方打入长度10 m～45 m，并注浆固结周围的围岩以使周围围岩形成一个相对稳固的整体。对于浅埋及地质不良地段的掘进而言，管棚施工是一种安全、快速、有效的预支护形式。

本文结合长管棚的施工特点，从其使用原理、施工方法、使用效果等方面进行了阐述。

1　长管棚的施工特点

长管棚适于浅埋段及地质不良段的隧道开挖及洞口超前支护。

1)钢管为长管棚提供纵向的支撑力、长管棚利用钢拱架作为横向的环形支撑力，钢管与钢拱架组合构成纵、横整体，形成较大的刚度。能有效的阻止并限制围岩变形，并能提前承受来自围岩的压力，保证施工安全。

2)长管棚对隧道开挖的预支护一次超前施工较大，支护搭接少。在隧道开挖过程中能有效的节省时间，加快进度，并有利于节省材料。在浅埋段及地质不良段的隧道开挖中，长管棚的这种优势体现尤为明显。

3)与超前小导管支护相比较而言，隧道开挖过程中采用长管棚施工能有效的减少管棚安装与开挖作业之间的干扰。在地质条件允许的条件下，有利于大型机械进行大断面开挖，能提高隧道开挖过程中的综合机械化程度。

4)由于长管棚一次超前量大，所以在管棚施工时能减少注浆次数，有利于节约时间并能保护环境。

2　长管棚的施工工艺原理

管棚布置示意图如图1，图2所示，管棚施工立体效果图如图3所示。

1)围岩经管棚超前支护后，能将管棚周围松散土层固结为整体，形成一道持力圈。围岩应力在隧道开挖后重新分布，拱部应力经管棚与周围固结层均匀传递给支撑拱架。

2)钢管外径108 mm，壁厚8 mm，环向间距30 cm～40 cm，在拱部120°～180°范围内布置。管棚长度一般为30 m，可采用分段连接，每节长为4 m～6 m，采用内丝扣连接。

3　施工操作要点

3.1测量定位

根据设计要求将边仰坡开挖到相应位置，按设计要求将现场每一根管棚的具体位置，用油漆作醒目的标识。

3.2套拱及导向管的施工

在设计的拱线外作混凝土套拱施工以作为长管棚施工的导向墙。在混凝土浇筑之前，根据设计仰角在套拱内安设相应的孔口管起到导向及固定的作用。导向孔口管规格φ127×4。由定位筋将导向管焊接固定在钢拱架上。

3.3潜孔钻机就位

管棚位于隧道拱部，在管棚施工前将钻机的导梁固定在钢管搭成的支架上，在钻机上装好角度指示器，并将其固定在导梁上，导梁的角度通过支撑杆来调整，以此来满足管棚设计角度的需要。在施工过程中要求承载钻机的钢管支架满足刚度以及稳定性的要求，因为在钻机钻进的过程中，不允许发生倾斜或者是滑动。钻机的底座应处于水平状态，钻臂的仰角与管棚的设计仰角必须一致。在施工前应检查风水管的密封性及各螺栓连接的可靠性，满足要求后方可开机试钻，在施工过程中防止钻机振动过大发生偏移。钻机钻孔顺序示意图见图4。

3.4钻孔及清孔

在钻机钻进前需先在设计管棚孔位处凿一个直径和设计管棚直径一致的凹孔，使钻头与岩体接触时无较大幅度的振动以确保孔位的准确性。在钻进前要达到0.5 MPa～0.7 MPa的风压时才能慢慢开启推进气缸，沿着导向管将钻头徐徐下放到工作面并贴紧岩面上预先凿好的小凹孔。首先关闭推进气缸，然后开动冲击器使徐徐钻进。钻头要以一定的速度匀速钻进，不能过快也不能过慢，这就需要在钻头钻进的过程当中，适时开启或关闭推进气缸，以使钻具始终保持着一定的轴压。钻杆的长度每节是1 m，当第一节钻杆钻到位后，将其缓缓拉出并不时吹出孔内的岩粉。在钻头拉出后，将钻头与钻杆脱离开，并接上新钻杆，新钻杆的另一头与旧钻杆相连接，在确保新旧钻杆连接牢固后，继续钻进。连续循环，直至钻到设计深度。在钻进过程中要根据不同岩层随时调整钻进速度，这就需要在钻进的过程中随时观察并记录岩层变化，并能为随后进行的开挖工作提供最为准确的钻探资料。

3.5管棚加工

一节钢管一般6 m长，端头钢管的一头为尖头，方便钢管顺利插入钻孔内。管身布置孔径为6 mm～8 mm的注浆孔，间距为100 mm，梅花形布置。

管身连接采用扣丝法连接，在一根钢管的两端，分别加工出一个外螺纹，一个内螺纹，将两根钢管用螺纹连接，一定要用力拧紧，防止松动。

3.6管棚钢管安装

将已加工好的管棚沿着导向管打入钻好的孔内。在场地允许的情况下，可利用机械安装，在提高效率的同时，降低工人的劳动强度。管棚在连接时，必须保证中线在同一轴线上。

3.7安放钢筋笼

在钢管就位后，应及时放入钢筋笼。管棚钢筋笼一般采用4×

Φ18的带肋钢筋制作，中间采用φ42 mm的钢管环焊接固定，钢环纵向间距1.5 m～2.0 m。

3.8围岩注浆

注浆是通过注浆机来完成的，注浆前用钢板将管棚外露端堵塞焊接密实。注浆管通过管棚侧壁上的注浆口伸入钢管。注浆量采用定量结合定压的方法确定，在注浆前可先预计围岩空隙情况作为注浆过程中的参考。在注浆压力达到2 MPa～2.5 MPa时，可基本判断注浆已完成。为防止在注浆过程中窜浆，在钻孔时按照奇偶数先钻奇数孔位，这样就将孔间距加大为设计孔距的两倍。等到奇数孔位注浆完成后再钻进偶数孔位，这样既能保证钻孔质量，也能防止窜浆。注浆压力与地层条件及注浆范围要求有关，一般要求浆液能扩散到0.5 m～1 m的半径范围。

3.9隧道掘进

当管棚全部就位并且注浆达到一定强度，便可进行隧道开挖。

大管棚作业主要设备见表1。

表1　大管棚作业主要设备表　台

4　施工效益分析

本方法是对地质不良地层及浅埋地段隧道预加固的有效方法，就超前支护而言，长管棚比超前小导管以及超前锚杆机械化程度更高，超前量大，能有效减少超前支护、开挖以及锚喷支护之间的循环次数，加快工期进度。大管棚在钻进的过程中可预知前方围岩的地层情况，为随后的开挖工作提供准确的超前预报及反馈。

本人参与临吉高速路基某合同段梁家凹隧道的施工(左线624 m，右线626 m),围岩状况复杂，以石灰岩、泥岩为主，夹杂少量土层,自稳能力极差，并处于浅埋段，出口段埋深仅5 m左右,进口段山体还存在极大偏压。在洞口施工中采用长管棚施工，既有效的保护了环境，又比原计划提前完成了施工任务，取得了较好的经济效益和社会效益。

[1]JTG F60—2009，公路隧道施工技术规范[S].

[2]JTG F801—2012，公路工程质量检验评定标准(第一册土建工程)[S].

[3]张红卫，任建喜，李振龙.隧道管棚注浆超前支护在特殊条件下的应用[J].西安科技大学学报，2009，29(2)：165-169.

On application of long steel pipes in tunnel construction of adverse geological sections

Han Xiaoyan

(ShanxiNo.1RoadandBridgeEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces the features of the long steel pipes in the tunnel construction of the adverse geological sections, according to the principle of its construction technology, illustrates its construction operation from the measurement and location, arch and pipe run construction, and down-the-hole drilling, and points out the construction has better economic, social and environmental benefits.

tunnel, long steel pipe, surrounding rock, down-the-hole drilling

1009-6825(2016)19-0144-02

2016-04-19

韩小燕(1978- )，女，工程师

U455

A