软弱围岩管棚支护施工工艺

薛冰

（中铁十一局集团有限公司第一工程有限公司）

管棚支护是利用已开挖架设好的钢拱架为支点，向掌子面地层打入若干钢管，形成钢棚架，对地层进行超前支护和加固的一种措施。管棚钢架支护为初期支护的一部分。对于开挖后自稳时间很短或不能自稳的地层，如断层带、岩土堆积体、坍方体等，采用管棚超前支护，是防止随挖随坍有效的施工措施。

为保证管棚支护施工质量和施工安全，特制定本施工工艺，科学组织施工。

1 施工准备

收集分析地质勘探提供的工程地质、水文地质资料，必要时需要进一步补充施工地质预报数据，在此基础上编制施工组织设计，根据施工组织要求备足材料和施工机械设备。施工前进行中线、水平测量中线施工控制点在直线地段每10m设1个，曲线段每5m设1个，设于拱顶处，水平施工控制点每10m设1个，布设在拱脚以上1m处。检查已开挖断面的中线、水平线及开挖轮廓线是否符合设计要求。

1.1 施工顺序

洞口段开挖及防护→测量定位→混凝土套拱施作→搭设平台→安装钻机→钻孔(加工管棚钢管)→管棚插入及孔口处理→注浆→导坑开挖支护。

1.2 施工具体项目

1.2.1 洞口段开挖及防护。洞口边、仰坡开挖至设计坡率后，施作小导管及注浆，再挂网喷射混凝土，进行坡面及地表的深层防护。为便于钻机钻孔，注浆作业，应在作套拱前；洞口土石方开挖应分台阶进行，上台阶高度在起拱线附近作为管棚施作平台，平台高度(指钻孔轴心至钻机底座距离，应考虑钻机升降能力。)、长度应根据钻孔设备和管棚钢管最长节长度确定，在施作套拱范围，挖机挖至一定标高后由人工修整为设计要求的形状作为套拱底模平台。

12.3开挖要注意不超挖不欠挖，必须做好测量挖，严格掌握按设计断面尺寸进行开挖，保证钢架支撑的正确位置，减少由于超挖增加的喷射混凝土数量。下半断面开挖，应左右错开短进尺，单边每次开挖长度1.0～3.0m。为防止初期支护有过大的变形，必须及时打仰拱封闭成环。从掌子面开挖到打仰拱各工序间尽量缩短距离，缩短施工时间，仰拱施工要紧跟拱墙衬砌。仰拱开挖长度，一般为3～4m，根据地质和初期支护变形情况而定。对拱墙初期支护的变形情况要随时监测，以便发现问题及时采取措施。

1.2.2 混凝土套拱施作。采用C30混凝土套拱做长管棚导向墙，混凝土套拱厚1.0m、长3.0m，套拱内埋设四榀I20b工字钢拱架，导向管采用Ф108mm×4.5mm无缝钢管，工字钢和导向管焊成整体，并用“∏”型Ф16钢筋固定，确保导向管稳定，方向准确。混凝土套拱施作好后与其相临面进行喷混凝土封闭，保证注浆时不跑浆。

1.2.3 钻孔。搭建施工平台，安装钻机，钻机平台由上而下，由中间至两边，根据孔位依次搭好，要求钻机平台搭建牢固，利于安装固定钻机；开孔时，要低速低压，等成孔数米后，再加速加压，钻孔测斜用经纬仪测斜法，成孔一半时侧斜。钻孔侧斜测定方法是先抽出钻杆钻头，然后把专门制作的光源插入管内，送到测定位置，使用安装在钻机口的方向十字丝，使两个十字丝重合再看光源，测定其偏差值。二是采用全站仪测定，其方法是用全站仪从孔口直接看光源，根据光源在孔内位置及孔径大小大致制定偏斜情况。

1.2.4 管棚插入及孔口处理。超前管棚管径可选用φ32～φ40mm钢管，一般选用φ32mm钢管，特殊地质条件可选用φ80mm钢管。管棚钢管长度（L）一般采用3.5～4.0m，特殊地段可采用8.0～10.0m。钢管长度L=a+b+c*注:a、b、c值可根据地质情况，每循环掘进进尺来确定。管棚应沿隧道开挖轮廓线向外倾斜，其倾角一般不宜大于10℃。管棚钢管沿隧道拱部开挖轮廓线布设，布设宽度一般为钢架跨度的1/2～1/3。管棚横向间距视地质条件而定，一般为0.2～0.4m，沿拱部开挖外轮廓布置。

1.2.5 注浆。采用注浆机注浆，按照钻一孔注一孔浆的原则进行，全孔一次压入，注浆参数为:

泥浆水灰比1∶1；注浆压力:初压0.5Mpa～1.0MPa，终压 2.0MPa，浆液扩散半径≥0.5m，当注浆量达到设计数量或注浆。

终压达到2.0MPa而浆液注不进时，再稳压3～5min即可结束注浆。同时，注浆的浆压浓度及压力应根据现场的实际情况进行调整。

3 施工注意事项

3.1 根据施钻部位的地质情况，选取合适的倾角角度，角度过小，将可能导致管棚远端下垂至隧道开挖轮廓内影响后期施工，角度过大，管棚离开挖轮廓距离过大，管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难。

3.2 长管棚注浆超前支护在破碎堆积物中注浆效果较好，但有时管棚之下所谓扩散半径以内的岩体自然脱落形成超挖，管棚由于间距达40cm-50cm，石块及土层在地下水作用下，经常沿缝隙流塌而形成塌穴的现象，必须及时回填封闭或在后期开挖过程中施作超前小导管注浆进行支护。

3.3 钻孔过程中如出现不均匀地质或孤石，为防止偏孔，在两种地层特别是从较软地层到较硬地层或孤石时，必须进行扩孔。

3.4 检查开挖断面符合设计后，开始喷射混凝土，喷射混凝土必须用强制式拌合机拌和，采用双水环喷头。拌合时先放砂、石子，再放水泥搅拌均匀，颜色应一致。混凝土应随拌随用，拌合料存放时间，一般未掺速凝剂不准超过2小时，掺速凝剂时不准过30分钟。喷射混凝土作业时喷头应垂直受喷面，喷头距喷面1m左右为宜。喷射混凝厚度，按设计要求进行，当局部有超挖时要求以喷混凝土补齐，使拱部喷混凝土面基本圆顺。在喷射混凝土中，一次喷射厚度不宜过薄、过厚，后一层喷射应在前一层喷射混凝土终凝后进行，但也不宜时间过长。喷头处的水压应大于风压，一般喷头处的水压为0.2～0.3MPa，喷射机的工作风压为0.1～0.15MPa。冬季施工喷射料应在+5℃以上，如低于+5℃应采取防寒措施。