管棚超前支护技术在城市隧道工程中的应用

刘城

【摘要】在城市隧道工程施工中，管棚超前支护是十分重要的辅助技术类型，不仅能够提升掌子面稳定性，同时还可避免地表严重下沉，施工方式快速便捷，可保证隧道工程施工安全性。对此，本文首先对管棚工艺进行介绍，然后对管棚的配置形式进行分析，并以某城市隧道工程为研究对象，对管棚超前支护施工技术要点进行详细探究。

【关键词】管棚工艺;配置形式;施工

1、引言

管棚是隧道工程施工中十分常见的超前支护方式，可被应用于隧道工程开挖洞口段以及浅埋洞身段施工中。对于隧道工程断裂破碎带以及浅埋偏压不良地质施工段，均可应用管棚超前支护施工技术，支护施工效果比较好。因此，对管棚超前支护技术在城市隧道工程施工中的应用方式进行深入研究意义重大。

2、管棚工艺概述

在城市隧道工程施工中，在管棚超前支护技术的实际应用中，首先可在隧道工程开挖外轮廓上进行钻孔，要求根据洞轴合理控制钻孔间距，然后再安装惯性矩较大的钢管，再利用注浆施工方式固结岩体，进而达到预支护施工效果。在管棚施工中，可利用钢管材料进行纵向预支持，然后再利用钢拱架发挥环向支撑作用，不仅整体刚度大，而且能够有效控制围岩变形，使其能够承受早期围岩压力作用。管棚一次超前量大，钢管安装次数比较少，与开挖施工之间的相互干扰比较小，有利于进行全断面施工，提升隧道工程施工效率。

3、管棚的配置形式

在隧道工程施工中，不同隧道工程施工区域地质结构、地形条件以及地层性质差异比较大，因此钢管配置形式也有较大差异，主要可分为七种形式，如图1所示，具体如下：（1）扇形配置形式。如果隧道工程断面内部地层结构稳定性比较高，而拱部附近地层稳定性交叉，则可应用扇形配置方式。（2）半圆形配置形式。如果隧道工程下半部地层结构稳定，而拱线以上地层结构稳定性较差，则可利用半圆形配置形式。（3）门型配置形式。如果隧道工程基础结构稳定，但是断面内部地层以及上部地层稳定性交叉，则可应用门型配置形式。（4）全周形配置形式。如果隧道工程施工区域地层条件为软弱地层，或者膨胀性、挤出性围岩比较差，则可利用全周形配置形式。（5）上半单侧配置形式。部分隧道工程一侧施工位置有道路工程、铁路工程或者其他工程项目，或者隧道工程位于斜坡地层中，并形成偏压状况，则可应用全周形配置形式。（6）上半雙排配置形式。如果隧道工程上部有重要设施，或者拱部地层稳定性较差，则可应用上半双排配置方案。（7）一字形配置形式。如果隧道工程处于铁路工程或者公路工程正下方，则可应用一字形配置形式。

4、城市隧道工程概况

某隧道工程总长度为370m，为短隧道工程，该隧道工程设计路面高程为1093.2m，设计路面高程1074.9m，纵向单坡坡度为-4.74%。该隧道工程为连拱隧道，隧道工程路面宽度为9m，边线间距2.1m，为浅埋隧道工程。

在该隧道工程施工中，管棚布置形式如图2所示。（1）在隧道工程走向，管棚工作室长度为3m，以12m～15m间距进行布置。（2）对于隧道工程拱起位置，需设置长管棚，对于隧道工程拱部，需设置钢管，在各个断面设计35根钻孔，管棚与管心之间的距离为40cm。（3）在临近管棚搭接施工中，对于搭接长度，需控制在1m以上。（4）综合考虑该隧道工程地下管线布局形式以及管棚长度，采用测斜仪对仰角进行测量，对于仰角，需控制在3°～6°之间。（5）钻孔直径为130mm，在管棚施工中，钢管材料为热轧无缝钢管，钢管材料壁厚为6mm，节长为1.5m。（6）在本工程注浆施工中，采用ps32.5水泥，根据试验配置，水灰比为0.5：1，在浆液配置中，需加入一定量复合减水剂，将混凝土固结强度控制在C20以上。

5、管棚超前支护施工技术要点

5.1管棚支护施工准备

（1）施工材料和机械设备。在管棚超前支护施工中，机械设备包括潜孔钻、吊车、注浆泵以及挖掘机等，将各类机械设备运输至施工现场，对于原材料质量进行试验检测，保证各类原材料参数符合施工要求。（2）现场布局。对管棚超前支护施工场地进行科学合理的布局，对隧道工程洞口地质条件、偏压情况进行现场勘察，对地面进行整平和夯实处理，在隧道洞顶开挖截水沟，在隧道洞口两侧设置排水设施。（3）技术准备。对隧道工程施工图纸、施工现场勘察资料进行分析，加强高程控制，合理设置水准基桩。组织施工队伍，对施工人员做好技术交底工作。

5.2管棚工作室开挖和支护

在本工程施工中，对于管棚施工工作室，需纵向开挖40cm，设计开挖程度为3m。在开挖施工中，应用高频振动锤，激振力220kN。根据现场勘察，该隧道工程上方有建筑工程，因此要求对沉降量进行有效控制，综合考虑施工现场实际情况，采用中隔断阀以及正台阶法施工方式。在利用振动锤进行开挖施工时，对于振动沉拔桩速度，应控制在4m/min～7m/min之间。在开挖施工前，首先需对施工现场进行测量定位，为了保证振动桩锤施工性能，要求对减振装置进行润滑处理，如果减震器幅度超过规定值，则应及时找出原因，并进行调整。在实际施工中，如果液压操纵失灵，或者软管破碎，则要求作业人员立即停机，并采取有效的安全防护措施。在开挖施工完成后，即可进行锚杆施工，合理设置钢拱架、钢筋网，然后进行混凝土喷射施工，提升围岩结构稳定性，最后进行封闭处理。

5.3钻机平台搭设

对掌子面进行测量放样，并做好管棚孔位标记，搭设施工作业平台。在施工作业平台搭设施工中，必须综合考虑钻孔位置。在搭设施工过程中，根据钻孔作业要求控制施工倾斜度以及钻机高度。为了提升施工作业平台稳定性，对于平台支撑点钢管，应深入地层以下50cm，并利用纵横扫地杆进行连接，即可避免在钻进施工中发生不均匀沉降。

5.4钻孔施工

通过对该城市隧道工程进行现场勘察，进、出口地质条件比较差，需应用直径108mm×6大管棚施工方式。在洞口土石方开挖施工完成后，即可形成核心土以及洞面，然后再设置长管棚。对于施工作业平台，可利用钢管材料以及贝雷架进行搭设。在钻进施工中，需顶进长管棚钢，然后再利用注浆施工技术固结地层结构。在钻孔施工中，当钻孔空钻后，即可安装套管，在钻进施工中，需及时钻进后台送风系统。根据钻进施工区域地质条件对钻进速度、风压进行调节控制，并利用跳打施工方式，对钻进施工过程进行详细记录。另外，还需对孔口排渣情况进行分析，在钻进施工中，如果遇到软泥或者出现渗水问题，则应立即停止钻进施工，并进行孔内注浆，及时做好封堵处理，避免在钻进施工中发生透水事故。随着钻进施工的不断进行，在达到设计深度位置后，即可清除钻孔中的杂物，然后对孔斜以及孔深进行测量验收，在验收合格后，即可进行其他钻孔施工。

5.5注浆施工

在该隧道工程洞身V级围岩超前支护施工中，需应用超前小导管注浆施工技术。通过喷射混凝土，对开挖轮廓面以及掌子面进行封闭处理，在钻孔施工完成后，即可安装小导管。对于钻孔直径，应控制在钢管直径20mm以上，在超前小导管设置中，环向间距为40cm，每一排需设置14根导管，对于辅射角，需控制在5°～15°之间，另外，纵向需预留1m进行搭接处理。对于导管，可利用直径为50mm，，壁厚为4mm的无缝钢管进行制作，每根导管长度为3.5m，对于钢管前端，需加工制作成为锥形，而对于导管尾部，需焊接加劲箍。管身钻孔的孔眼直径为8mm，采用梅花形布置形式，钻孔间距为15cm。在后端1m范围内，不能设置溢浆孔，对于管尾部位，需安装加圆环，管身必须保持顺直状，同时采用焊接施工方式与型钢支撑进行连接。综合考虑拱顶外轮廓的中心高程合理进行布孔测量放样，采用插钢钎做好标记。在注浆管路连接施工中，需将小导管插入至钻孔中，同时需在钻孔外预留一定长度，对于导管四周，可采用塑胶泥进行封堵。在注浆施工中，采用水泥浆材料，水泥标号为425，水灰比1：1。在注浆施工中，对于注浆压力，应控制在0.6MPa～1MPa之间。

结语：

综上所述，本文主要结合实例，对管棚支护施工技术在城市隧道工程施工中的应用方式进行了详细探究。在隧道工程超前支护施工中，管棚支护技术的应用优势明显，可被应用于地质条件较差以及跨度较大的隧道工程施工中。管棚支护施工方式复杂，因此，需对隧道工程施工区域进行地质勘察，根据施工要求制定施工方案，加强施工质量控制，提升隧道工程施工质量。

参考文献：

[1]张延彬.管棚超前支护在隧道下穿城市快速路中的应用[J].太原城市职业技术学院学报，2018，000（001）：160-162.

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[3]赵凌红.隧道管棚超前支护施工工艺和常见的施工质量通病及预防措施[J].中国标准化，2018，000（008）：142-143，146.