超前支护管棚技术在隧道中的应用

李世民，徐继红

（1.贵州大学建筑与土木工程学院，贵州 贵阳 550003；2.贵州顺康路桥咨询有限公司，贵州 贵阳 550003）

在大部分的隧道前期洞口施工中，由于隧道处于浅埋地段、软弱夹层和破碎带，超前支护施工在这个阶段显得尤为重要。为了更加安全和高质量地完成洞口段施工，施工单位需要采用一定的超前支护方案。管棚法作为超前支护方案的一种，具有施工快、安全性高、工期短等特点，在隧道前期支护方案中具有很大的优势。白石隧道位于贵州绥遵高速公路第三标段，隧道出口段埋深9～32 m，地表覆盖第四系残破积碎石土，其稳定性较差，开挖后易冒顶。下伏奥陶系湄潭组强风化泥炭砂岩，中风化石灰岩，岩性不均匀，产状120°∠45°。围岩自稳能力较差，拱部无支护时可产生坍塌，侧壁有时失稳。根据勘察的围岩情况，进洞口段采用管棚进行支护。

1 管棚的设计参数

（1）钢管规格应采用准107mm，厚度6mm，节长分别为3m、6 m热轧无缝钢管。

（2）管距应采用环向间距为50 cm。

（3）倾角应设置为仰角1°方向并且要与隧道中线平行（不包括路线纵坡）。

（4）注浆材料使用纯水泥（添加水泥重量5%的水玻璃）浆液。

（5）径向不得大于20 cm钢管施工误差。

（6）长度设置为40 m（不含套拱段的2 m）。

（7）沿隧道纵向方向同一断面内的接头数不应大于50%，相邻钢管的两个接头需要错开至少1 m的位置再进行焊接。

2 管棚施工工艺

2.1 施作护拱

（1）本隧道采用C30钢筋混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱在明洞外的轮廓线外施作。洞口段管棚护拱纵向设置200cm，厚度60 cm，拱内预埋准133×4导向钢管，钢管与钢拱焊接。钢拱架间距设置为60 cm，设置钢管的导管外插角度为1°。

（2）孔口管作为管棚的导向管，其安装的精度直接影响着管棚的施工质量，在安装导向管时必须要严格地控制。方法是用全站仪在工字钢的钢拱架上涌坐标上准确地定好孔口管的位置，并且用水准尺和坡度板测定孔口管的倾角。用经纬仪前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管在安装时必须要焊接在工字钢上，以防止在浇筑混凝土时产生较大移动。

2.2 钻孔平台的搭设、钻机安装的方法与注意事项

（1）钻孔平台应用钢管脚手架进行搭设，钻孔平台需要一次性搭设完毕（为了防止多次搭设产生的偏差），钻孔时设置两台钻机，由高孔位逐渐向低孔位施钻。

（2）钻机定位。钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。位置核定采用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复进行调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

（3）平台要安放于稳固的基础上，脚手架连接要稳定、牢固，防止在施工作业时钻机产生不均匀下沉、左右摆动、位移而影响钻孔质量。

2.3 钻孔及其注意事项

（1）为了便于安装钢管，钻头直径宜采用准128 mm。

（2）本隧道进洞口段岩质较差，钻进时可采用多次成孔的方法。如果在钻进的过程中出现了空洞坍塌，钻杆断裂的情况，需要对空洞进行注浆封闭，当达到一定的龄期之后，在原孔位上再次进行施钻。

（3）在钻进的过程中要时刻用经纬仪测定准确位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的突发问题。

（4）钻机刚开始开钻时，应采用低速低压，根据围岩情况待成孔一段距离后，可调整风压及钻速。

（5）钻进的过程中，保证钻杆按同心圆进行钻进。

（6）做好在钻进过程中的地址记录，对前方的围堰进行判断，以便在洞身开挖时为其提供地质依据。

2.4 验孔、清孔

（1）用钻杆采用高压从孔底向孔口逐渐地将孔内的石渣清理干净，确保孔径、孔深符合设计要求，在用高压清孔的过程中防止浮渣堵孔。

（2）清理完毕后，及时用仪器探测成孔的深度、成孔角度及其成孔的倾角，确保孔的位置在设计范围内。

2.5 加工、安装管棚钢管

（1）钢管应在专用的加工平台加工好丝扣，导管的四周钻设孔径15 mm左右的注浆孔（靠孔口2.5 m处不钻孔），孔间距应设置为20 cm，眼孔直径为8 mm，钻孔应呈梅花型布置。

（2）保证在隧道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。为了使钢管接头前后错开，第一节管采用3 m钢管，编号为奇数，第一节钢管采用6 m钢管，编号为偶数，以后的每节均采用6 m长的钢管。

（3）接口处的钢管受力应该符合要求，接好的钢管先要送实验室进行送检。

2.6 管棚注浆

管棚注浆按固结管棚周围有限范围内的土体设计，浆液扩散不小于0.5 m的半径。为了保证注浆的饱和度，注浆时采用分段注浆。

（1）在安装好钢管、放入钢筋笼后立即对孔内进行注浆，注浆时需要注浆机两台。

（2）采用注浆泵将砂浆注入管棚钢管时，应设置初始压力为1 MPa左右，终压不大于2 MPa，在持续压力15 min左右后停止注浆。

（3）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。

（4）注浆量应满足设计要求，一般注浆量为钻孔圆柱体的1.5～2倍；若注浆量超过要求，压力未达到的情况下，应调整注浆液体的稠度继续对孔内进行注浆，确保钢管周围孔隙与钻孔周围岩体充填饱和。

（5）注浆结束后，及时清理管内的剩余砂浆，并用高强度的水泥砂浆进行填充补强，确保管棚的刚度和强度。

注浆时应先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。

3 管棚的施工控制要点

（1）在开始进行钻孔前，准确地确定钻孔的位置，设置的外插角和倾角，对每个孔进行标号。

（2）严格控制钻孔平面位置，管棚严禁侵入隧道断面的开挖线内，相邻两根管棚之间不应交叉。

（3）钻孔外插角1°～3°为宜，应根据现场实际情况作出调整。在钻孔的过程中，应该时刻注意钻台的沉降量和位移。

（4）及时测量钻孔的斜度，如果出现偏差，应立即停止钻进，对其圆孔进行封浆固化，达到一定强度后，在原孔位上进行钻进。

（5）掌握好开钻和正常钻进时的力度与速度，防止钻杆断裂在钻孔之内。

4 结束语

（1）管棚的施工必须要在隧道动身开挖之前完工。洞口段开挖时，应留有足够的管棚做空间，搭设管棚工作架子时，应将其安放在坚实的基础上。如果遇到软岩或泥岩的时候，立柱底部应设置垫梁。

（2）在钻进的过程中，要严格控制管棚的位置，并及时对其进行监控，避免管棚相互交叉和侵入隧道开挖断面。

（3）在管棚的施工过程中，必须要进行必要的监控，确保施工人员的安全和施工的质量。

（4）做好详细的地质记录，为后续的施工提供地质依据。