淺談隧道超前管棚支護施工工藝

1、<p>　　淺談隧道超前管棚支護施工工藝</p><p>　　摘要：本文從工程實踐出發(fā)，通過對隧道超前管棚支護施工進行介紹,總結(jié)了管棚支護施工工藝，為達到質(zhì)量最好、效率最高、經(jīng)濟效益最大化的隧道超前支護施工提供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：隧道超前支護的原理；超前支護的使用情況；隧道超前管棚支護施工工藝 </p><p>　　Abstract: I

2、n this paper, starting from the engineering practice, introduced through the tunnel ahead of the pipe-shed support construction summed up the pipe roof support construction process, in order to achieve the quality of the

3、 best, the most efficient, maximize the economic benefits of tunnel support construction reference.Keywords: tunnel the advance support the principle; the advance support use; tunnel ahead of pipe roof support constructi

4、on process </p><p>　　中圖分類號：U45文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012） </p><p>　　前言：近年來,人們對環(huán)境保護意識的增強,提倡隧道洞口施工盡量減少對洞口圍巖結(jié)構(gòu)的擾動和地表生態(tài)環(huán)境的破壞,采取超前支護進洞的技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用。經(jīng)過近幾年來的不斷發(fā)展和實踐,超前大管棚支護作為一項保證隧道開挖安全、保護地面建筑以及控制地表沉降等的

5、技術(shù)越來越受到重視,其應(yīng)用也越來越廣泛。隨著隧道超前管棚支護施工的不斷發(fā)展,新工藝、新技術(shù)也不斷涌現(xiàn),極大的提高了地下工程的施工安全和施工效率。 </p><p><b>　　一、超前支護技術(shù) </b></p><p>　　常用的超前支護主要有超前錨桿、管棚、超前灌漿、人工凍結(jié)法等。由于地質(zhì)性質(zhì)不同，施工實踐中形成了在支護原理、施工工藝上各不相同的超前支護技術(shù)。在結(jié)構(gòu)

6、破壞的硬巖、松散破碎及軟土中多采用超前錨桿、管棚等支護；在裂隙或帶孔硬巖地層、卵石礫石地層中采用灌漿法；在滲水嚴(yán)重、地層可灌性差的沖積地層中采用人工凍結(jié)法等。 </p><p><b>　　二、管棚支護技術(shù) </b></p><p>　　由于隧道開挖斷面大，洞口處巖體風(fēng)化十分嚴(yán)重，土體松散，洞口開挖面極易發(fā)生坍塌，施工進洞困難。采用管棚超前支護施工技術(shù)對洞口段堆積體進

7、行注漿固結(jié)然后再開挖，這樣可以有效保證洞口邊仰坡穩(wěn)定，而且使開挖輪廓線外圈形成棚幕和一層殼體，從而大大增加了進洞施工的安全性，確保順利進洞的安全。 </p><p>　　超前支護的基本工作原理是在待開挖洞頂輪廓線以外一定角度范圍內(nèi)，環(huán)向按照一定的間距超前打入鋼管，并在鋼管內(nèi)進行壓力注漿。環(huán)向鋼管形成棚架，為開挖及初期支護作業(yè)提供了安全保障；漿液固結(jié)后鋼管和圍巖之間組成了一個共同的固結(jié)圈，從而在隧道的縱向和橫向分別

8、形成一個剛度較大的梁結(jié)構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)能有效提高圍巖的承載力及自穩(wěn)能力，減小圍巖的變形；同時，隧道開挖后與鋼架一起共同組成剛度較大的支護結(jié)構(gòu)，以抵擋隧道開挖后產(chǎn)生的圍巖壓力和變形。 </p><p>　　1、管棚設(shè)計參數(shù)管棚設(shè)計宜根據(jù)地質(zhì)情況及施工條件參照下列要求進行。 </p><p>　　1)管棚棚管采用熱軋無縫鋼管,鋼管導(dǎo)向端做成尖形,承壓端焊上鋼箍,管口預(yù)留止?jié){段,注漿孔沿管棚

9、支護技術(shù)參數(shù)壁呈梅花形布置。2)兩根相鄰管棚接縫應(yīng)在垂直面上錯開一定距離,全部管棚的接縫應(yīng)交錯布置。3)鋼管直徑選用80～180mm,鋼管中心間距為30～50cm;4)鋼管長度一般為10～45m,當(dāng)采用分段連接時采用4～6m,鋼管采用絲扣連接方式,絲扣長度≮15cm;5)鋼管沿隧道開挖輪廓線縱向近水平外插設(shè)置,外插角為1°～5°;6)鋼管施工徑向誤差≯20cm,沿相鄰鋼管方向≯5cm;7)縱向管棚水平搭接長度≮115

10、m。 </p><p>　　2、管棚施工工藝流程如圖。 </p><p><b>　　三、管棚支護工藝 </b></p><p>　　（一）超前錨桿原理及適用情況簡介 </p><p>　　1.隧道施工中，超前錨圍預(yù)支護是一種新形支護結(jié)構(gòu)是根據(jù)圍巖性質(zhì)、隧洞跨度、地下水狀況以及施工段落等布置錨桿、管棚、挑梁、插板等材料預(yù)

11、支護工作面前方圍巖的措施。按受力條件可分為抗剪破壞和承受松弛荷載兩類，它與普通錨同的區(qū)別是安裝程序的不同：普通錨固是在隧道洞室開挖一段距離后開始安裝，超前錨固則在開挖前安裝，開挖完成后立即進行正常初期支護。國內(nèi)外都有運用超前錨桿技術(shù)的成功先例。 </p><p>　　對于結(jié)構(gòu)相對完整的圍巖，其破壞形式多為剪切破壞。在開挖前在工作面沿經(jīng)向應(yīng)力方向安設(shè)錨桿或錨索。錨桿的限制范圍較小，一般不超過5 m，錨索則可以很長；

12、對于砌塊結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)的巖石，其破壞形式多為頂部巖塊松脫，超前錨桿、管棚、挑梁等可以間化為梁構(gòu)件，主要承受松脫地壓或上覆巖體的自重。 </p><p><b>　　2.工藝簡介 </b></p><p>　　在選取錨桿或管棚間距時，對于松軟地層，錨桿或管棚中心間距應(yīng)當(dāng)適當(dāng)縮小，凝聚力較高的黏性土層間距可適當(dāng)加大。而且實際布錨或布管時，從拱頂?shù)焦澳_，間距可以逐漸變疏。如

13、嚴(yán)冬圍巖特別松散、破碎，除了加密間距外，還可以采用雙層、三層錨桿或管棚。在地下水豐富的地段要注意排水，如遇孔內(nèi)流水，可在附近另鉆排水孔再安插錨桿或管棚。如水量太大，可采用自鉆錨桿或藥包錨桿。超前錨桿的安裝必須作為開挖循環(huán)的一個組成部分來完成，旨在縮短圍巖暴露時間，增加巖體的自承能力。每循環(huán)長度視施工要求而定：隧洞開挖進尺寸過小，則增加工序轉(zhuǎn)換次數(shù)和時間，影響施工效率；開挖進尺過大，易產(chǎn)生塌幫或冒落事故。超前錨固支護長度越長，越能節(jié)省輔助

14、時間．提高施工效率。但是由于受到鉆孔機鉆進技術(shù)和錨桿或鋼管撓度等條件限制，如果超前錨固長度過長就很難保持錨桿或管棚的水平角度和排列規(guī)整，從而影響施工質(zhì)量。在圍巖質(zhì)量差的隧洞中，錨桿、鋼管等材料要承受松脫地壓，其外插角要盡量小，巖性較硬的巖層巾。錨固材料既有承擔(dān)巖塊自重的作用，又有抗剪的作用。為更好地發(fā)揮抗剪作用，需要加大外插角。但是，外插腳太大又減小了錨固材料的影響范圍。為了盡早發(fā)揮超前錨桿的預(yù)</p><p>

15、　?。ǘ┏肮酀{原理及適用情況簡介 </p><p>　　1.當(dāng)隧道開挖面前方遇到含水裂隙巖層或松散地層時，采灌漿超前支護，可以使松散巖土得到膠結(jié)硬化，提高其整體性和密實度，同時使裂隙和空洞得到填充，有效地控制地下水的滲流，從而達到封閉水源和加固圍巖的目的，為隧洞開挖創(chuàng)造了一個有利施工的安全條件。超前灌漿的方法主要有工作面超前灌漿、地面剃前灌漿和導(dǎo)洞超前灌漿等。在洞內(nèi)工作面前方開挖輪廓線鉆孔灌漿(GFP)可有效

16、地控制灌漿范圍，因此在工程實踐中采用這種方法，灌漿套管同時也可以起到預(yù)支護作用。 </p><p>　　棚管加灌漿是20世紀(jì)80年代意大利工程承包商首先提出來的，并在淺埋交通隧洞的應(yīng)用中獲得成功。以后國外發(fā)達國家陸續(xù)開展管棚的 </p><p>　　應(yīng)用研究，如日本新瀉縣公路隧洞穿過若軟弱的礫石夾黏土和沙層時采用管棚灌漿護頂法施工，以防止人口稠密的居民區(qū)發(fā)生沉陷，管棚長度已達7l.5 m。

17、美國華盛頓地鐵工程成功實施了一套隧洞冠部長距離管棚灌漿超前支護方案，管棚長度目前居世界之最。我國也曾在浙江云壽紅巖隧道的塌方整治工程中采用過26 m長的灌漿管棚。國內(nèi)外對管棚的理論分析研究有一定的成果，主要有以下理論：梁理論，拱殼理論和彈性地基梁理論。分析其各自的優(yōu)缺點：梁理論計算結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，但不能完全反映管棚的受力特點，不能正確體現(xiàn)掌子面附近的動態(tài)；拱殼理論存在計算復(fù)雜且計算結(jié)果偏離，不安全。彈性地基梁的簡單模式作為管棚的設(shè)計

18、方法，是一種新的研究方向。 </p><p><b>　　2.工藝簡介 </b></p><p>　　超前灌漿注漿施工包括6個方面：掘進注漿洞室、鉆鑿注漿孔、注前準(zhǔn)備、配置漿液、注漿、注漿管理。 </p><p>　　1)灌漿方式，即進行灌漿孔的布置形式。一般根據(jù)注漿工作面的大小和鉆孔作業(yè)方便而定，有地面灌漿、工作面及雙側(cè)壁導(dǎo)坑、導(dǎo)洞灌漿等注漿

19、方式。2)通常采用圖的工藝流程進行灌漿施工安排。在注漿鉆孔前，對掌子面進行加固處理以保證注漿時能承受注漿壓力。對于礫巖好的掌子面，進行全斷面噴混凝土20 cm～30 CB厚封閉掌子面；對于巖石破碎、地質(zhì)差的掌子面，則澆筑l，5 m～3．0 m厚的混凝土止?jié){墻。止?jié){墻做好并達到一定強度后，利用地質(zhì)鉆機進行超前取芯鉆孔，以探明斷層長度及斷層內(nèi)地質(zhì)成分，為制定施工方案和確定注漿參數(shù)提供依據(jù)。3)注漿順序及方式。注漿順序一般是從拱頂順序向下，先

20、注內(nèi)圈孔后注外圈孔（在雙排或多排孔的情況下)，先注無水孔后注有水孔。如遇竄漿或跑漿，則可間隔或幾孔灌注。對每一個孔，灌漿方式一般采取一次壓入式，這種方式工藝簡單，重復(fù)鉆孔量小，可以取相對較高的壓力把漿液壓入較小裂隙，效果好。4)灌漿的質(zhì)量檢測。灌漿完畢后要進行效果檢測。 </p><p><b>　　結(jié)語: </b></p><p>　　超前支護作為一種隧洞施技術(shù)，對

21、隧洞的安全施工和提高施工進度意義重大，管棚支護技術(shù)是超前支護中被廣泛應(yīng)用的技術(shù)。但管棚支護技術(shù)發(fā)展還不夠成熟，對其機理研究及參數(shù)設(shè)計遠落后于工程實踐，關(guān)于機理的研究多停留在定性的解釋上，缺少完整規(guī)范的理論體系和計算方法。隨著科技的發(fā)展相信管棚支護技術(shù)會有更突出的進步。 </p><p><b>　　參考文獻: </b></p><p>　　[1]黎愛清，呂秀華.長大管