科普15：管棚和小導(dǎo)管

1、方證出品（1）管棚支護的主要作用和優(yōu)點（1）梁拱效應(yīng)：先行施設(shè)的管棚，以掌子面和后方支撐為支點，形成一個梁式結(jié)構(gòu)，二者構(gòu)成環(huán)繞隧洞輪廓的殼狀結(jié)構(gòu)，可有效抑制圍巖松動和垮塌。（2）加固效應(yīng)：注漿漿液經(jīng)管壁孔壓入圍巖裂隙中，使松散巖體膠結(jié)、固結(jié)，從而改善了軟弱圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，增強了圍巖的自承能力，達到加固鋼管周邊軟弱圍巖的目的。（3）環(huán)槽效應(yīng)：掌子面爆破產(chǎn)生的爆炸沖擊波傳播和爆生氣體擴展遇管棚密集環(huán)形孔槽后被反射、吸收或繞射，大大降低了反向拉伸波所造成的圍巖破壞程度及擾動范圍。（4）確保施工安全：管棚支護剛度較大，施工時如發(fā)生塌方，塌碴也是落在管棚上部巖碴上，起到緩沖作用，即使管棚失穩(wěn)，其破壞

2、也較緩慢。方證出品掘進距離取決于管棚深度管棚支護的施工掘進方證出品管棚工法：管棚工法是在隧道開挖之前沿隧道開挖面內(nèi)輪廓，以一定間隔與隧道平行鉆孔、插入鋼管，再從插入的鋼管內(nèi)壓注充填水泥漿或砂漿，來增加鋼管外圍巖的抗剪強度，并使鋼管與圍巖一體化，由管棚與圍巖構(gòu)成棚架體系。管棚超前支護定義方證出品管棚的工作原理：梁效應(yīng)。形成梁式結(jié)構(gòu)，防止圍巖崩塌和松弛；加強效應(yīng)。提高鋼管周圍圍巖的強度和剛度；方證出品長管棚的布設(shè)：在隧道洞口、淺埋段、拱頂?shù)刭|(zhì)松軟易塌落、下穿公路與建筑物、地表沉降要求嚴(yán)格的地段，沿著隧道斷面周邊的一部分或全部，以一定的間距環(huán)向布設(shè)，以形成管棚群；沿周邊布設(shè)的長度及形狀,主要取決于地

3、形、地層以及地中或地面和周圍建(構(gòu))筑物的狀況。方證出品管棚的布設(shè)形式(a)扇形布設(shè)；(b)半圓形布設(shè)；(c)門型布設(shè)；(d)全周布設(shè)；(e)上部雙層布設(shè)；(f)上部一側(cè)布設(shè)；(g)一字形布設(shè)方證出品扇形管棚布置形式方證出品半圓形管棚布置形式方證出品門形管棚布置形式方證出品全周布置與上部一側(cè)布置方證出品雙層布置一字布置方證出品長管棚的布設(shè)形式扇形布設(shè):用于隧道斷面內(nèi)地層比較穩(wěn)定,但拱部附近的地層不穩(wěn)定的場合。半圓形布設(shè):用于隧道下半部地層穩(wěn)定,但起拱線以上的地層不穩(wěn)定的場合。門形布設(shè):隧道基礎(chǔ)穩(wěn)定,但邊墻和拱部不穩(wěn)定時。全周布設(shè):用于軟弱地層或膨脹性、擠出性圍巖等。 上部一側(cè)布設(shè):隧道一側(cè)有公

4、路、鐵路、重要結(jié)構(gòu)物等需防護,或斜坡地形可能形成偏壓時采用。上部雙層布設(shè):用于隧道上部有重要設(shè)施,拱部地層不穩(wěn)定的地段,或地鐵車站等大斷面地鐵施工時。一字形布設(shè):在鐵路、公路正下方施工,或在某些結(jié)構(gòu)物下方施工時采用。方證出品鋼管的選擇： 從確保管棚施工質(zhì)量出發(fā),管棚長度一般為1035m不等,最近也有管棚一次施工長度超過100m的記錄。 采用長管棚超前支護施工時,管棚一般選用 70180mm的焊接鋼管,入土端制作成尖靴狀或楔形,頂進端焊一圈 8mm圓鋼筋箍。對于特殊地段,可采用長大管棚,大直徑鋼管多為 300500mm。管棚超前支護參數(shù)的選擇方證出品鋼管環(huán)向布設(shè)間距的選擇： 鋼管環(huán)向布設(shè)間距對防

5、止上方土體塌落及松弛有很大影響,施工中須根據(jù)結(jié)構(gòu)埋深、地層情況、周圍結(jié)構(gòu)物狀況等合理選擇； 一般采用的間距為2.02.5倍鋼管直徑； 在鐵路、公路正下方施工時,要采用剛度大的大中直徑鋼管連續(xù)布設(shè)。方證出品管棚超前支護施工流程管棚法的施工工藝流程為:設(shè)置管棚基地水平鉆孔壓入鋼管向鋼管內(nèi)或管周圈土體注漿管棚支護條件下進行開挖。如隧道內(nèi)的巖土層結(jié)構(gòu)松軟,或有破碎帶,或自承力很低,可再提高管棚的支承力及側(cè)墻的承載力,包括在管棚間的縫隙打上頂板錨桿或扇狀錨桿、管棚孔內(nèi)安放小鋼筋籠。方證出品方證出品方證出品方證出品方證出品方證出品地質(zhì)勘查管棚設(shè)計設(shè)備材料準(zhǔn)備管棚加工與制作漿液制作建立工作室測量定位鉆機定位

6、鉆孔與清孔插入管棚注漿加固隧道開挖管棚施工工藝流程方證出品鉆孔流程準(zhǔn)備工作套管定位鉆孔安裝下節(jié)套管安裝管棚取出套管退鉆繼續(xù)鉆孔鉆機移位下一孔位一節(jié)套管鉆完孔深到位方證出品注漿流程水泥水水泥漿池稀釋水玻璃注漿泵混合器鉆孔注漿三通方證出品成孔方法常用的施工方法有夯管法、頂管法、鉆孔等。但鉆孔法是目前最常用的成孔方法。隨著鉆探設(shè)備的專業(yè)化分工越來越細，管棚專用鉆機也應(yīng)運而生。管棚鉆進為近水平鉆進，性質(zhì)上與勘探鉆孔有所不同，對鉆孔方向(空間位置)的精度要求很高，終孔測量一旦發(fā)現(xiàn)孔斜或超出設(shè)計允許偏差，會造成嚴(yán)重的后果。方證出品意大利產(chǎn)管棚鉆機方證出品DDL-300型鉆機方證出品管棚鉆機工作平臺車方證出

7、品新型鑿巖臺車方證出品大斷面隧道施工技術(shù)方證出品主要施工設(shè)備支護架設(shè)機單臂掘進機自動噴漿機鉆孔臺車方證出品隧道通風(fēng)方證出品鋼管的安裝管棚鋼管在跟進過程中要派專人進行套接加長，管棚相接時，保證管棚中線在同一軸線上，順絲擰緊，不應(yīng)出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，并確保連接頭與管棚鋼管絲扣緊密結(jié)合，不出現(xiàn)不同軸、偏心現(xiàn)象?？紤]到鋼管受力、結(jié)構(gòu)整體及施工方便等因素，同一斷面內(nèi)的鋼管接頭數(shù)一般不大于50%，且相鄰鋼管的接頭位置至少錯開1m，常用的作法是將鋼管按奇、偶編號，可確保鋼管接頭錯開，鋼管接頭采用絲扣連接。鋼管的分節(jié)長度一般為4m到6m，管壁加工梅花狀透漿孔，管棚安裝可采用人工或機械下管的方式。方證出品鋼管的安裝梅

8、花孔方證出品注漿在設(shè)計給出漿液種類、預(yù)期注漿效果等條件下，為保證施工質(zhì)量，在實際注漿施工前宜進行現(xiàn)場原位注入試驗，確定最優(yōu)注漿參數(shù)等來指導(dǎo)注漿，以保證注漿效果。為防止出現(xiàn)塌孔或注漿竄孔，可在鉆孔時隔孔位鉆孔，加大孔與孔之間的距離，待注漿完成凝固后再鉆相連孔位，這樣可有效保證鉆孔和注漿質(zhì)量，管棚和注漿混凝土形成厚拱，實現(xiàn)管棚縱向成梁、橫向成拱的承載作用。方證出品施做方法：隧道周圍小導(dǎo)管注漿，是在開挖面前方，沿開挖面的拱部外周打入直徑為3870mm的鋼管，壓注漿液，開挖時用鋼架支護等支承這種鋼管。作用：起到穩(wěn)定開挖面和止水作用；起到超前管棚支護作用；同時，拱腳徑向小導(dǎo)管注漿法還具有鎖腳錨桿的功能，

9、對防止正臺階落底時的下沉非常有利。（2）小導(dǎo)管預(yù)注漿工法方證出品小導(dǎo)管布置圖方證出品優(yōu)點：該工法具有施工設(shè)備少、工藝簡單、成本低、質(zhì)量可靠、安全等特點。小導(dǎo)管預(yù)注漿工法注漿小導(dǎo)管用風(fēng)鎬打入。方證出品適用范圍：小導(dǎo)管預(yù)注漿法適用于拱頂薄層松軟帶、斷層破碎帶、有地下水影響的地質(zhì)不穩(wěn)定、易于塌落掉塊的、級圍巖隧道段,它常同臺階法施工配合使用。注漿壓力一般控制在0.51.0MPa之間方證出品小導(dǎo)管預(yù)注漿參數(shù)： 注漿小導(dǎo)管采用 3250mm的焊接鋼管制成，導(dǎo)管沿掘進面的上半斷面輪廓線布置，間距0.20.3m，仰角控制在5o15o。 注漿小導(dǎo)管管頭為25o30o的錐體，管長3.03.5m，其中端頭花管長2

10、.02.5m，花管部分鉆有 610mm的孔眼，每排4個孔，交叉排列，間距1020cmm左右。A大圖在下方方圖1 臨時仰拱施工例（1）臨時仰拱在臺階法中，常常采用修筑臨時仰拱的方法，如圖。大斷面隧道施工技術(shù) 證出品方證出品 1、管棚設(shè)計 1.1管棚施工設(shè)計參數(shù) (1) 鋼管規(guī)格：采用108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，節(jié)長分別為3 m、6m。鋼管前段呈尖錐狀。 (2) 管距：環(huán)向間距中至中為40cm。 (3) 外插角：與水平線角度為1（不包括路線縱坡）。 (4) 鋼花管：鋼管上鉆注漿孔，孔徑8mm，孔間距75cm，呈梅花型布置。鋼花管尾部（孔口段）1.5m不鉆花孔作為止?jié){段。 (5) 導(dǎo)向管：

11、采用127mm，長2m的熱軋無縫鋼管，并模筑60cm厚的C25混凝土來固定導(dǎo)向管。 (6) 數(shù)量：37孔。（3）七坡隧道管棚方案方證出品隧道施工的現(xiàn)場布置方證出品1.2管棚設(shè)計注漿(1) 灌注漿液：采用水泥漿注漿。(2) 注漿參數(shù)：水泥漿水灰比：1：1；(3) 注漿壓力：初始壓力0.51.0Mpa，終止壓力2.0Mpa。 注漿前應(yīng)進行現(xiàn)場注漿試驗，根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整注漿參數(shù)方證出品 2、施工工序及工藝 2.1套拱制作及導(dǎo)向管安裝 為確保超前大管棚施工的準(zhǔn)確性和有效性，進行超前大管棚施工前，必須進行導(dǎo)向管施工，C25級混凝土套拱施工，導(dǎo)向管直接焊接在拱架上方。 隧道導(dǎo)向管安裝里程為ZK35+5

12、68-ZK35+570，ZK38+280-ZK38+282，K35+587-K35+589，K38+260-K38+262。 Zk35公里處568米-570米。Z（左）方證出品 套拱施工工藝如下： (1) 測量放線，確定施工里程及鋼拱架加工尺寸。 (2) 套拱鋼拱架：現(xiàn)場架立3榀I18鋼拱架，間距為75cm，鋼拱架距套拱邊緣距離為25cm，導(dǎo)向管布置于支撐鋼拱架上方，鋼拱架之間采用22鋼筋進行連接固定。連接筋環(huán)向間距為100cm。 (3) 安裝固定導(dǎo)向管；導(dǎo)向管采用127mm的無縫鋼管進行加工制作。其安設(shè)的平面位置、外插角的準(zhǔn)確度直接影響管棚的質(zhì)量?，F(xiàn)場施作由測量人員利用全站儀在鋼架上測量定出

13、其平面位置，設(shè)定導(dǎo)向管的傾角、外插角，然后將導(dǎo)向管按要求與附近鋼拱架焊接，同時在導(dǎo)向管內(nèi)外兩側(cè)用2根20鋼筋環(huán)向焊接成一整體，防止混凝土施工過程中產(chǎn)生位移。此外，導(dǎo)向管靠近掌子面端頭必須密貼掌子面。(4) 導(dǎo)向管兩端采用尼龍編制袋進行封堵，便于隨后的混凝土施工。 (5) 現(xiàn)場采用C25混凝土進行澆筑,待混凝土強度達到設(shè)計強度80后，方可進行管棚鉆孔作業(yè)。方證出品 2.2搭建鉆機平臺以洞口預(yù)留核心土作為鉆機平臺，局部用15cm15cm400cm的方木輔助搭建，由下向上，由兩邊至中間，根據(jù)孔位依次搭好，要求鉆機平臺搭建牢固，以利于安裝固定鉆機，防止鉆機不均勻下沉、擺動、傾斜而影響鉆孔質(zhì)量，鉆機距工

14、作面不小于2 m 。 2.3鉆機就位 鉆機運至洞口，將鉆機安放固定在平臺上，連接管路，接通電源。方證出品 2.4成孔 (1) 根據(jù)套拱中預(yù)埋的鋼套管作為導(dǎo)向管進行鉆孔。掌子面必須按要求先噴一層素混凝土作為止?jié){墻，以確保掌子面在進行壓力注漿時不出現(xiàn)漏漿、坍塌。 (2) 鉆孔前先檢查鉆機機械狀況是否正常；鉆孔時根據(jù)情況確定是否加泥漿或水泥漿鉆進，當(dāng)鉆至砂層易塌孔時，應(yīng)加泥漿護壁方可繼續(xù)鉆進；如不能成孔時，可加套筒或?qū)@頭直接焊接在鋼管前端鉆進。 (3) 鉆孔速度應(yīng)保持勻速，特別是鉆頭遇到夾泥夾砂層時，應(yīng)控制鉆進速度，避免發(fā)生夾鉆現(xiàn)象。 (4) 開孔時鉆速要慢，壓力要小，根據(jù)地層及鉆進情況隨時調(diào)整鉆

15、壓及鉆速以保證成孔精度。鉆進中，如遇異常，應(yīng)立即停鉆，查明原因。方證出品 (5) 施鉆時，鉆機大臂必須頂緊在掌子面上，以防止過大顫動，提高施鉆精度。 (6) 鉆機開孔時鉆速宜低，鉆深20cm后轉(zhuǎn)入正常鉆速。第一節(jié)鉆桿鉆入巖層尾部剩余20-30cm時鉆進停止，用兩把管鉗人工卡緊鉆桿（注意不得卡絲扣），鉆機低速反轉(zhuǎn)，脫開鉆桿。鉆機沿導(dǎo)軌退回原位，人工裝入第二根鉆桿，并在鉆桿前端安裝好聯(lián)接套，鉆機低速送至第一根鉆桿尾部，方向?qū)?zhǔn)后聯(lián)接成一體。 (7) 施工技術(shù)人員認(rèn)真作好鉆進過程的各種原始記錄及相關(guān)影像資料的收集，包括鉆進時間、鉆進過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象、鉆孔孔口巖屑等，以便于進行工程地質(zhì)判斷、描述，

16、作為后期洞身開挖的地質(zhì)預(yù)探預(yù)報和指導(dǎo)洞身開挖的依據(jù)。方證出品 2.5安裝鋼管 (1) 鉆孔完成后及時安設(shè)管棚鋼管，避免出現(xiàn)塌孔。 (2) 鉆孔完成后用高壓水清孔并進行鋼管頂進作業(yè)，每孔內(nèi)的第一根鋼管前端做成錐狀，以防管頭堵塞、頂彎或劈裂；管棚管節(jié)加工成3m、6m每節(jié)，下管時注意相鄰孔內(nèi)的管接頭前后錯開，避免接頭在同一斷面受力；管節(jié)間采用絲扣連接。 (3) 推進鋼管時推進壓力控制在4.06.0Mpa，低速推進。 (4) 及時將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實，在鋼管外露端焊上法蘭盤、止?jié){閥，并檢查焊接強度和密實度。 (5) 鋼管尾端外留1.0米，與洞口管棚封端構(gòu)成一體。方證出品 2.6注漿方法 (1)

17、 注漿前先檢查管路和機械狀況，確認(rèn)正常后做壓漿實驗，確定合理的注漿參數(shù)，據(jù)以施工。 (2) 注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現(xiàn)象，如發(fā)生串漿，應(yīng)立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續(xù)注漿。注漿過程中壓力如突然升高，可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機檢查。 (3) 注漿壓力達到1.52.0Mpa，并持壓5min以上，可停止注漿，并及時封堵注漿口。 (4) 注漿過程應(yīng)派專人負(fù)責(zé)，填寫注漿記錄表，記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù)，觀察壓力表值，監(jiān)控連通裝置，避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。 (5) 注漿完畢用鐵錘敲擊鋼管，如響亮清脆，說明漿液未填充滿，需采取補注或重注；如響聲低啞，則說明漿液已填充滿鋼管。方證出品 3、技術(shù)要求 (1) 嚴(yán)格執(zhí)行工程監(jiān)理制度，作業(yè)人員自檢，質(zhì)檢工程師復(fù)檢，合格后及時通知監(jiān)理工程師檢查簽認(rèn)。 (2) 鉆孔前必須精確測定孔的平面位置、仰角、外插角，并對每個孔進行編號，方便質(zhì)量控制。 (3) 經(jīng)常量測鉆孔的斜度，發(fā)現(xiàn)施工誤差超限應(yīng)