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浅析管棚工艺在大断面隧洞施工中的应用【摘要】随着近年来水利建设的蓬勃发展和人们对生态、环境保护意识的日益提高，水利工程中水电站、引水、分洪等工程正逐渐减少明渠开挖的方式以减少对耕地的占用，越来越多地采用隧洞过流设计。
但隧洞开挖属地下作业，有其工艺的特殊性，特别是大断面隧洞开挖遇到破碎围岩地段、浅埋地段或地质条件复杂的地段，须制定切实可行的支护措施。
长管棚因其具有刚度大、超前支护长的特点，对洞口破碎围岩地段和浅埋地段能起到有效的超前支护作用，保证了隧洞施工质量、安全及进度。
本文结合浙江省永嘉县三塘隧洞分洪应急工程（Ⅲ标段）隧洞施工方案，就大断面隧洞超前长管棚的施工方法及施工经验进行了积累总结。
【关键词】隧洞施工；管棚工艺；超前支护1 工程概况永嘉县三塘隧洞分洪应急工程位于永嘉县城上塘周边，总投资7.07亿元，总工期36个月，属省重点工程。
工程为Ⅳ等，主要建筑物为4级建筑物，由鹅浦河、中塘溪～下塘溪二个排洪工程组成，设计排涝标准为20年一遇，校核防洪（潮）标准为50年一遇。
2 管棚施工特点（1）投入成本低，操作简易，选用常用设备。
（2）支护能力强，缩短工期，降低施工成本。
（3）加固了自稳能力极低的围岩承支，较好地控制了软弱围岩的下沉、松弛和坍塌。
3 管棚施工技术要求本工程管棚长度39 m，管棚施工作业是构成本工程进洞的骨架结构，对本工程能否安全、顺利进行起着关键作用。
4 主要工艺流程和施工方法4.1 工作平台搭设4.2 导向轨架立大管棚施作前，先安装导向轨，仰角定位2?，既导轨坡度为3.5%。
由于本工程施工的环境和条件限制，管棚施工时采用两点加一线方式定位。
将导向轨安置在工作平台上，根据已布设的纵向轴线准确定位导向轨的纵向方向及位置，使用水准仪确定导轨坡度；用骑马钉将导轨加固于工作平台；由于夯机只有向前的冲击力，以上措施能控制管棚的施工角度、标高和准确性。
4.3 下管下管前要预先按设计对每个钻孔的钢管进行配管和编号，保证相邻两管接头位置错开。
管棚超前支护技术在公路隧道施工中的应用本文就南埔隧道地质情况入手，从管棚的工作原理、技术参数方面，重点对管棚施工工艺进行了论述，分析探讨了长管棚施工及相关技术要求，并对其施工注意事项进行了简要阐明，以供参考。
标签：隧道；超前大管棚；施工工艺；注意事项1 工程概述南埔隧道位于新桥镇东坑尾东南侧的丘陵坡地，隧道区属构造-剥蚀丘陵地貌，为单洞隧道，隧道起迄桩号K2+845～K3+150，长305m。
沿线地形呈波状起伏，山脊（顶）浑圆，进口位于南埔坑村东南面坡地沟谷，地表植被较发育，隧道场址区未见大型滑坡、崩塌及泥石流、采空区及地下洞穴等不良地质现象。
为保证隧道进洞顺利，对隧道进出口端洞口实行40m超前长管棚支护，以提高围岩整体性，增加围岩稳定性。
2 管棚工作原理2.1 技术要求本隧道进出口明暗洞交界处设计超前大管棚。
进口端K2+850～K2+890，长度为40m，出口端K3+105～K3+145，长度为40m。
2.2 超前长管棚设置于隧道洞口段，管棚入土深度是结合地形、地质情况及施工工艺确定，通过注浆提高围岩自身承载能力，提高岩体对结构的弹性抗力，改善结构受力条件。
管棚采用Φ108×6mm热轧无缝钢管，环向间距40cm，接头采用长15cm的丝扣直接对口连接，为增强钢管的刚度，注浆完成后管内应以M30水泥砂浆填充。
3 管棚施工工艺3.1 超前大管棚注浆施工准备（1）掌子面处理。
对掌子面采用10cm厚C20网喷混凝土进行封闭。
（2）超前大管棚加工。
钢管在工地加工，材料为热轧无缝钢管，外径108mm，壁厚8mm，节长4～6m，两段间采用丝扣或者对焊连接，前端加工成尖锥形，管身钻注浆孔，孔径φ12mm，后端3m 为预留止浆段，不设注浆孔，注浆孔间距10cm，梅花型布置。
3.2 钻孔施工（1）测量布设。
钻孔时严格按已施作孔口套管的间距、角度进行施工，按设计要求，孔口位置允许偏差±5cm，孔底位置应小于30cm。
隧道洞内管棚施工工法隧道洞内管棚施工工法一、前言隧道洞内管棚施工工法是一种在隧道施工中广泛应用的工法，通过建造管棚来实现隧道内部的支护和地质监测，同时保证施工安全和质量，本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。
二、工法特点隧道洞内管棚施工工法的主要特点包括：1）通过管棚结构的建造，实现对隧道洞内的支护，增加施工安全性。
2）通过管棚内的设备，可以进行地质监测和数据收集，方便预测地质变化，保障施工质量。
3）管棚结构可以根据具体隧道形状和设计要求进行灵活调整，适应不同隧道的工程需求。
三、适应范围隧道洞内管棚施工工法适用于各类地下隧道工程，尤其适用于复杂地质条件下的隧道施工。
该工法可以应用于公路、铁路、地铁、水利等各类隧道工程，能够有效提高施工效率和质量。
四、工艺原理隧道洞内管棚施工工法的工艺原理主要包括施工工法与实际工程之间的联系，以及采取的技术措施。
在该工法中，通过建造管棚结构来进行隧道支护，管棚结构可以根据设计要求进行灵活调整。
同时，管棚内安装有地质监测设备，能够实时监测地质条件和隧道变位情况，提前预测地质灾害的发生。
通过技术措施，如使用高强度材料和先进的施工设备，可以保证施工质量和工期的控制。
五、施工工艺隧道洞内管棚施工工法的施工过程主要包括管棚搭设、支护安装、地质监测设备安装和管棚拆除等阶段。
具体施工过程需要根据实际工程情况进行调整，一般包括：1）设备布置和管棚搭设，包括支撑结构和覆盖材料的安装。
2）隧道支护的施工，包括喷射混凝土、钢材支撑的安装等。
3）地质监测设备的安装，包括测量仪器和传感器的布置。
4）管棚拆除，包括管棚的拆除和支撑结构的移除。
六、劳动组织隧道洞内管棚施工工法需要合理的劳动组织，确保施工进展顺利。
劳动组织主要包括人员分工、施工流程控制和班组管理等方面。
通过合理的劳动组织，可以提高施工效率和质量，确保施工顺利进行。
隧道中的超前大管棚支护施工摘要超前管棚支护是隧道施工中穿越软弱、破碎围岩的一种有效的加固施工方法。
介绍超前大管棚支护在隧道施工中的施工工艺、施工程序及注意事项。
详细说明管棚支护的作用原理和适用范围。
关键词隧道施工;超前管棚支护;施工工艺;施工工序近几年来,随着国家交通建设的飞速发展,隧道的修建成了交通建设中的重要部分,对其技术要求也不断提高。
面对各种复杂的地下地质情况,出现了不同的施工方法,并在工程实践中不断得到完善。
而在公路、铁路下、地质情况差或隧道断面大、跨度大、埋深浅的隧道,其施工有很大的困难。
而管棚施工是上述情况的有效的辅助施工方法之一。
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,先进行支护围岩,把因开挖引起的松弛控制在最小范围之内。
1作用原理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量,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)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小,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,有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。
3)梁效应:先行施设的管棚,以工作面和后方支撑为支点形成一个梁式结构,防止了围岩的松弛和滑塌。
2设计参数管棚设计参数一般要求为:管棚棚管采用热轧无缝钢管,钢管导向端做成尖形,承压端焊上钢箍,管口预留止浆段,注浆孔沿孔壁呈梅花形布置。
两根相邻管棚接缝应在垂直面上错开一定距离,全部管棚的接缝应交错布置。
钢管直径选用80~180mm,钢管中心间距为30~50cm;钢管长度一般为10~45m,当采用分段连接时采用4~6m,钢管采用丝扣连接方式,丝扣长度≮15cm;钢管沿隧道开挖轮廓线纵向近水平外插设置,外插角为1~5°;钢管施工径向误差≯20cm,沿相邻钢管方向≯5cm;纵向管棚水平搭接长度≮1.5m。
高精度大管棚超前支护在隧道下穿公路中的应用摘要：安宁工业园区新亚美谷物流园铁路专用线下穿安宁市快速通道安禄公路，控制隧道开挖及支护期间的沉降是重中之重，结合围岩情况，通过施做50m高精度大管棚，提高下穿区域围岩的整体性、稳定性，达到控制沉降的目的。
关键词：高精度；超前支护；隧道下穿公路；应用引言麒麟隧道为昆明市安宁市工业园区铁路专用线工期控制性工程，全长2240m，隧道洞身下穿安禄公路，洞身埋深厚度最浅处仅为9米，隧道下穿公路段为V级围岩，自身稳定性差，且在前期开挖过程中围岩揭示情况为：岩层破碎，自稳性差。
安禄公路为安宁至禄脿的交通要道，车流量大，且多为重车，对隧道开挖施工影响极大。
为有效的控制地表下沉，保证洞内施工及地表行车安全，在施工完成洞内管棚工作室后，一次性施作50m长的Φ108高精度大管棚，对围岩进行预加固。
考虑到隧道下穿安禄公路段覆盖层薄，外插角过大，注浆施工可能会对既有公路产生影响，因此外插角控制在1-2°，采取6 m长水平定向钻机，控制每节跟管长度6m。
采用“有线仪器定向，一次性跟管钻进法”施工，即成孔和埋设管棚一次完成。
该方法要求在钻进过程中能准确测定钻头在岩层的位置和方向，根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，修正轨迹后完成超前管棚的施做。
钻机钻头内装有特制的传感器，通过信号线穿过钢管并连接孔外机器上的显示器，显示器显示钻头的倾角及面向角（导向板的方向），及时调整管棚钻孔的方向。
钻孔机器的导向板就像一个手表面，有3点、6点、9点、12点四个方向，钻孔方向通过导向板面进行调节。
例如，钻孔角度出现向下的偏差，就要将钻头钻进方向朝面板12点方向调整，同理可得出钻头向上偏差需向面板6点方向调整，钻头向左偏差需向面板3点方向调整，钻头向右偏差需向面板9点方向调整，如果钻进角度合适，钻机在岩层中会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹是平直的，不需要纠偏，所以导向钻头及导向面板是上下纠偏的关键。
管棚施工技术在铁路隧道预支护中的应用
摘要：大同至西安铁路客运专线2标段磨盘山隧道出口为湿陷性黄土浅埋段，洞中部存在多处浅埋段和断层破碎带，跨度跨度较大，施工时根据实际地形、地质构造，浅埋、偏压、破碎带的长度及厚度、含水等情况进行分析，采用超前大管棚或搭接管棚等措施进行超前支护。
关键词：隧道浅埋偏压预支护管棚注浆施工技术
一、工程简介
大同至西安铁路客运专线2标段，隧道占线路长度的50%，其中磨盘山隧道位于忻州市忻州区境内，全长5456m。
本隧道为单洞双线隧道，线距为5m，采用CRTSⅡ型板式无碴轨道，隧洞径宽14.5m,径高12.38m。
隧道最大埋深222m。
磨盘山隧道以Ⅱ~Ⅴ级围岩，其中Ⅳ级、Ⅴ级围岩占隧洞线路长度的53%，隧洞进出口段均为Ⅴb黄土，共计780 m，包括隧道出口共计4处浅埋，其中最小埋深2.0m，四处跨冲沟，埋深较大处富水，土岩交界处本断层破碎带发肓，磨盘山隧道为大断面长隧道，穿越浅埋和冲沟、破碎带、局部偏压是本工程的重点、难点。
二、支护方案选择
本隧道进、出口为浅埋段，其中出口埋深不足8.0m，均为湿陷性黄土，洞中部存在3处浅埋段和断层破碎带，对于双线隧洞超大断面，面积大于140m2，要顺利进洞并通过浅埋和冲沟、破碎带，预支护是保证，合理的支护方案是确保工程安全和进度的充要条件，如何进洞及穿越冲沟群方案是隧洞开挖成败的关键。
预支护有多种形式，如超前锚杆，超前小导管，预注浆锚固，但以上仅适用于局部、小范围、小面积区域的预支护，对于隧洞的浅埋段、断层破碎带，大跨度连续冲沟群，采用超前大管棚或搭接管棚进行预支护对于提高隧洞的稳定性及施工安全有不可替代的优势，结合其作用机理进行分析：
( 1)梁拱效应：管棚均匀分布在开挖边线以外，因前端嵌入围岩内、后端一般与钢性支撑相连，在设计开挖线以外纵向形成支撑梁；环向形成应力拱，通过注浆充分加固围岩，提高岩体弹模和强度，可有效抑制围岩松动和垮塌。
(2) 减震效应：因沿隧道轮廓钻环形密集孔，可反射、吸收掌子面爆破产生的爆炸冲击波传播和爆生气体，大大降低拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。
超前管棚预支护工法是在隧道洞口或隧道较大范围内浅埋、偏压、断层或软弱地基等地层以及发生塌方，无法以正常开挖方法通过时较为有效的预支护措施之一。
三、管棚预支护分类
3.1 按布置形式分类
根据设计体形的不同及预支护范围不同，结合地形地质情况，通常管棚可按扇形、门形、一字形、全周或局部进行布置。
3.2 按管径大小分类
根据承受的荷载情况不同，选择不同管径的管棚，φ160、φ140、φ120、φ108、φ89等，最小的可称为小导管，如φ42小导管。
3.3按设置部位分类
根据需要支护的工程部位不同，一般设明线段管棚和洞内管棚，明线管棚一般规格较大，管径大，孔深长，洞内管棚一般管径小，孔深浅，搭接长度不小于管体长度1/3。
四、管棚支护方法
高速铁路隧道由于线路调直要求严格，洞口浅埋、偏压，洞内断层或软弱带、冲沟群的情况较多，大同至西安铁路客运专线2标段磨盘山隧道较为典型，洞口明线采用超前大管棚（管棚外径φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，管棚设计长度30米），洞内多处采用超前中管棚（φ89mm，壁厚4mm，洞身部分拱部140度范围，每排长10米，纵向水平搭接不小于3米，环向间距30cm），超前管棚的预支护，有效地预防了浅埋、偏压、断层或软弱带等安全隐患，确保了工期。
4.1 洞口段超前大管棚施工方法
4.1.1 核心土
施作管棚的洞口一般为黄土或较为破碎的浅埋岩体，可直接采用挖掘设备按设计隧洞轮廓线剥离表层覆盖，开挖成弧形断面，即预留核心土，便于支模浇筑导向墙混凝土，导向混凝土砼强度达设计强度的50%，可将核心土降1.2~1.5m，为管棚钻孔作业提供条件。
4.1.2 导向墙及护拱
为确保管棚的孔位、孔向及偏角参数精准，明线管棚施工需设置导向墙及护拱，导向墙长度一般设为1~2m，管棚越长，导向墙选择取大值，本次选2m，护拱采用型钢，本次选I25钢共4排，在护拱外侧安装φ140×6的孔口管做为管棚的导向管，定好位后，支模浇筑厚度可取80cm~100 cm的C25砼，本次厚度选
100cm，在导向墙两侧拱脚处立模浇筑2.0m（长）×1.0m（宽）×1.0m（高）C25混凝土基础，按设计在混凝土面上测量放样，各预埋两块30cm×30cm钢板，用于架设导向墙内钢拱架时的支座。
混凝土龄期达设计70%，可进行钻孔作业。
4.1.3 钻孔：
钻孔施工时，为了便于安装钢管，钻头直径采用Φ127mm，由高孔位向低孔位间隔进行，钢管弯曲量随施工长度而增加，尤其是长度超过30m后，弯曲会急剧增加，通常在1／600 ～1／250 范围内，一般施工精度取1／300。
为确保钻孔孔位准确，在钻孔前，对每个孔进行编号，要严格检查调整钻机主轴、钻杆、钢管方向一致，并使每跟钢管符合设计方向，钢管净间距一般不得小于L／300，L为钢管设计长度，以防串管，施工中钢管中心距一般取（2~2.5）D，D为钢管直径，本次选30cm；
钻孔的孔的平面位置和倾角由测量进行单孔单测确定，孔口管的外插角采用前后差距法设定，一般选值为1~1.5°。
成孔保护要根据围岩情况定，对于黄土地质，成孔后采用高压风清孔即可，对于一般围岩，成孔后可采用清水洗孔，对过于破碎围岩必须配置循环液，循环液应具有冷却钻头、保护孔壁和携带泥土等作，施工中采用1：1的水泥浆做为循环，
4.1.4 管棚材料
长管棚采用外径φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，管棚设计长度30米，钢管质量应符合国家现行标准＜地质钻探用管＞（YB235）的规定。
为提高导管的抗弯能力，围岩较为破碎时可在钢管内增设钢筋笼，钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋直径为φ18mm，固定环采用短管节，节长5cm将其与主筋焊接，按1.5m间距设置。
4.1.5 管棚安装
钢管在专用的管床上加工好丝扣，导管四周钻设孔径10～16mm注浆孔，孔间距150mm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm，编号为双号的钢管不开孔。
管头焊成圆锥形，便于入孔。
接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。
同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
4.1.6管棚注浆
大管棚安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，注浆材料采用水泥浆液，水灰比为1：1，制浆时在水泥浆中掺入5%~~8%的水玻璃作为速凝，水玻璃浓度由35~42Be＇稀释成18~20Be＇，模数2.4，具体浆液配合比根据现场实验调整，注浆压力0.5～1.0Mpa，终压2.0Mpa。
注浆前，应根据洞口围岩情况喷射混凝土封闭开挖工作面，防止管棚注桨时发生漏浆。
注浆前应对可能漏浆的部位及时处理，发生漏浆采取嵌缝、表面封堵、加浓浆液、降低压力、间歇注浆等方法处理，如遇过于破碎岩体，成孔难度大时，可采取单孔单灌，钻完即灌。
灌浆采用全孔一次灌浆法，为保证灌浆质量，防止浆液串孔现象发生，向较高的一端推进。
低处孔灌浆时高处孔可用于排气、排水，当高处孔排出浓浆（接近或等于注入浆液的水灰比）后，可将低处孔堵塞，改从高处孔灌浆，依次类推，直至结束。
灌浆因故中断时，应尽早恢复灌浆，如中断时间较长，则应重新钻开进行灌注。
在规定压力下，注浆量小于0.1L/min,延续灌浆10分钟，即可结束。
灌浆结束后，应采用干硬性水泥浆、木楔或胶泥将钻孔封填密实，孔口压平抹齐。
4.2 洞内中管棚及小导管
磨盘山隧道跨冲沟的3处浅埋段，以Ⅵb~Ⅵa围岩为主，洞身部分拱部140度范围内设置中管棚（热扎无缝钢管，外径φ89mm，壁厚5mm，钢管节长3～6m，每排长10米，纵向水平搭接不小于3米，环向间距30cm）；在黄土Ⅴb~Ⅴa段及局部偏压段，采用了小导管（热扎无缝钢管，外径φ42mm，壁厚4mm，钢管节长3m，纵向水平搭接不小于1.0米，环向间距30cm）进行超前支护。
洞内管棚的施作方式与洞口管棚钻孔、注浆方式基本相同，不再缀述，所不同就是洞口管棚一般管径、管长规格大，导向管布置在钢拱架外侧；洞内管棚一般管径、管长规格小，管棚施工前5米范围内，型钢拱架逐步加大，渐变抬高顶拱高程，至安装位时再收回设计断面，以保证管棚施工。
通过在钢拱架的型钢中间穿孔，将钢管与拱架接触处满焊，形成组合受力，小导管与中管棚的施作方式相周，但遇黄土地质时小导管不须注浆，且外插角可适当放大，控制在3~5°，搭接长度不得小于管长的1/3。
五、结束语
磨盘山隧道洞口和洞内多处施工时，根据实际地形、地质构造，浅埋、偏压、破碎带的长度及厚度、含水等情况进行综合分析，采用超前大管棚、搭接管棚及小导管进行预支护，预先对围岩进行加固处理，提高围岩整体性，有效抑止已开挖后的围岩应力和围岩变形，提高了洞室结构稳定性，为后续循环的开挖等工序的施工安全提供了保证，达到预期支护效果。
