围岩隧道超前支护施工技术

王天财

摘要：经过近几年来的不断发展和实践，隧道超前支护作为一项保证隧道开挖安全、保护地面建筑以及控制地表沉降等的技术越来越受到重视，其应用也越来越广泛。一些隧道需要穿越特殊的地质。目前管棚超前支护技术已经在隧道工程中得到广泛的应用。文章简单介绍了管棚支护技术的原理，论述了管棚超前支护的设计方法和施工技术以及超前管棚支护技术质量控制要点。

关键词：隧道;管棚;超前支护

前  言

随着隧道超前支护施工的不断发展，新工艺、新技术也不断涌现，极大的提高了地下工程的施工安全和施工效率。在特殊地质、地段，如极其破碎的岩体、塌方体、岩锥地段、砂土质地层、强膨胀地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、断裂破碎带、浅埋大偏压等围岩，采用管棚预支护并辅以注浆能取得较好的效果;在流塑状岩体或岩溶严重流泥地段，采用管棚与围岩预注浆相结合的手段更是行之有效的方法。

一、管棚支护技术的原理

1.梁拱效应

隧道管棚的钢管前段要渗入到围岩结构的内部，钢管的后端和砂浆锚杆裸露在外面的部分演焊接在一起，形成一个纵向的支撑梁结构。管棚与拱架形成环向的拱形结构，并且能够起到承受荷载的作用。在管棚钢管内部注入水泥砂浆，对围岩进行充分的加固。这样就形成了围绕隧道形状的筒状结构，有效的避免了围岩的塌方现象。

2.环槽效应

隧道管棚的超前支护技术是沿着隧道的轮廓钻孔形成密集的孔槽，所以在进行爆破的时候产生的爆炸冲击波和产生的热浪气体会被这一部分环形的孔槽反反复复的进行反射和吸收。这就在很大的程度上降低了这一部分爆破冲击波对围岩结构的破坏程度。按照常规的爆炸声波对围岩结构的破坏程度来说，一般会导致在厚度0.5-4m范围内的岩体产生松动。但是如果合理进行光盘钢管位置的布置的话，可以很大程度上消除爆炸冲击波的影响。

3.强化岩体效应

在钻孔之后及时的插入钢管，通过在钢管内部注入水泥砂浆，可以起到很好的加固围岩的作用。围岩内部的一些空隙和裂缝通过渗入的砂浆能有一个很好的愈合。这就在很大程度上提高了围岩结构的强度和弹性恢复能力。

二、管棚超前支护的设计方法

1.管棚形状

管棚是沿隧道开挖轮廓外周的一部分或全部，以一定间隔排列而成的棚架体系。管棚的配置和形状决定于地形、地层的性质及地表或地中结构物的位置关系等。一般采用如下形状：1）扇形配置：用于隧道断面内地层比较稳定，但拱部附近的地层不稳定的场合。2）半圆形配置：用于隧道下半部地层是稳定的，但起拱线以上的地层不稳定的场合。另外，当地表有建筑物，埋深很小时也多采用此种布置形式。3）门形配置：用于隧道基础是稳定的，但断面内地层及上部地层不稳定的场合。4）全周形配置：用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等极差的场合。5）上半单侧配置：隧道一侧有公路、铁路、重要结构物需要防护，或者隧道位于斜坡地层中形成偏压时采用。6）上半双排配置：用于隧道上部有重要设施，或拱部地层是崩塌性、不稳定性的地层，或地铁车站等大断面隧道施工，或突破河海底段施工等场合。7）一字形配置：在铁路、公路或结构物下方施工时采用。

2.管棚设计参数

管棚设计宜根据地质情况及施工条件参照下列要求进行：1）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。2）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。3）钢管直径选用80-180mm，钢管中心间距为30-50cm。4）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。

3.注浆参数

1）注浆多采用水灰比1：1单液水泥浆，在早期强度要求较高时可采用双液浆。2）注浆压力：0.2-2MPa。3）止浆墙根据围岩条件确定，可采用10-20cm厚喷混凝土或20-50cm厚混凝土封闭。4）注浆前先进行注浆现场试验，根据实际情况确定合理注浆参数。

三、管棚支护的施工技术

1）管棚工作室施工和导向架架立。2）搭钻孔平台。钻孔操作平台可用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好。也可用钢管脚手架、钢筋等焊制一简易作业台车，从而避免了在每一循环管棚中都要搭设平台，大大地缩短了作业循环时间。3）钻孔作业。用选定的管棚钻机沿预定方向钻孔钻孔。开始时选用低档，待钻到一定深度后，停送高压水，退出后接钻杆，继续钻进。每钻进一定长度用仪器复核钻孔的角度是否正确，以确保钻孔方向。4）安装管棚钢花管。钻孔成孔后应及时清孔、验孔并及时安装管棚钢花管，防止坍孔。5）注桨。单液水泥浆可直接注入，水泥一水玻璃浆液利用三通管同时注入。水泥浆拌制均匀，并按比例注入水玻璃浆液。注浆过程中要随时检查孔口、邻孔、其他坡面处有无串浆现象，如有串浆，立即停止注浆，采用棉絮及木楔、速凝水泥砂浆等进行封堵，也可采用间歇式注浆封堵串浆口，直至不再串浆后继续注浆。

四、超前管棚支护技术质量控制要点

1.一般需要在管棚的起点处设置一个防止泥浆溢出的墙体，通常厚度要在30cm以上，同时这个墙体结构也能够起到很好的稳定掌子面的作用。

2.要主要控制在进行管棚支护过程中钻头的开挖工作面，要结合地质情况和土质情况有一定量的上抬，避免出现一位钻杆过长导致其下垂和失去控制的现象发生。在钻孔的过程中要及时的讲钻杆内部的渣土清理干净，防止这部杂物堵塞钻孔。要根据地质条件来决定是否进行水泥砂浆的加注。对于下不出现沙层这种土质极不稳定的状况。要及时加注水泥砂浆，来保证钻孔能够成型。钻孔完成之后要跟进进行管棚钢管的安置。防止出现钻孔坍塌的现象。

3.相邻的管棚钢管之间要做好连接，连接的质量一定要有保证。在一个断面上的管棚钢管的连接头的数量最好不要超过钢管数量的一半以上。这是为了保证在开挖的过程中减小鋼管脱节的几率，如果钢管发生脱节的话，很容易造成土体结构的塌方。管棚钢管尽量选用质量好的无缝钢管在钢管开始位置要做成尖头性状，承受压力的末端要焊接上钢箍。在管口位置处要预先留下注浆孔，钢管的纸浆也不能过些也不能太粗，最好在75-185mm之间。

五、结束语

当隧道通过软弱破碎的围岩地段等状况的时候，进行隧道管棚的超前支护就显得非常重要。做好隧道管棚的超前支护可以最大程度的保障施工的安全，能够保证岩体的结构稳定性。另外采用管棚超前支护技术不需要采用大型的施工设备，施工技术和工艺也比较简单，能够取得很明显的使用效果。伴随着交通事业的不断向前发展，隧道管棚超前支护技术必将发挥出积极的作用。

参考文献：

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