长大管棚在软弱围岩施工中的应用

1、长大管棚在软弱围岩施工中的应用摘要：隧道工程进洞地段普遍为浅埋、软弱、破碎围岩地段，地下水较为丰富，进入暗洞施工较为困难，常会出现围岩及初期支护下沉的现象，甚至初期支护受到破坏。为此，在洞口不良地质地段，一般施作管棚进行预支护预注浆对围岩进行固结加固后，才进行暗洞施工。文章主要就长大管棚在软弱围岩施工中的应用进行分析。关键词：长大管棚；软弱围岩；应用中图分类号：U455 文献标识码：A长大管棚在隧道软弱围岩，地质不良及浅埋的条件下，进行暗挖施工采用的一种超前预支护技术，做法是在拟开挖的隧道暗洞的轮廓线外，设置导向墙，在导向墙上预留管棚导向管，同时按一定的环向间距打设纵向钢花管的超前支护，利用钢

2、管的强度和刚度，通过预注浆固结加固软弱围岩，防止洞顶围岩坍塌和下沉，以确保暗洞开挖和支护的施工安全。1长大管棚支护原理管棚法超前支护就是把一组钢管沿开挖轮廓外侧打入围岩层中，并通过钢管注浆孔加压向岩层中注浆，使开挖断面顶层形成一个固结棚体，以加固软弱破碎地层，支承上部荷载，从而提高围岩自稳性的能力。管棚法支护的原理有以下3种。1.1梁拱效应。先行施作的管棚，以导向墙和初期支护为支点，形成一简支梁结构，阻止软弱围岩的崩塌和松弛。1.2加固效应。注浆液经管壁孔压入围岩裂隙中，使松散岩体胶结、固结，从而改善软弱围岩的物理力学性质，提高了周边围岩的自稳性。1.3环槽效应。掌子面爆破产生的冲击波遇管棚密

3、集环形孔槽后被反射、吸收和绕射，大大降低了对周遭围岩的扰动。此外，管棚施工过程中可通过钻孔预知管棚范围内围岩的地质情况，为前方的注浆、开挖、支护施工提供了第一手地质资料。2钢管接长焊接和影响钻孔精度的因素2.1影响钻机精度的因素2.1.1地层条件如果是较硬地层或砾石含量 50%以上，最大砾石直径超过100mm的地层钻孔，由于钻碴在排出的过程中挤垫在钻具下易造成钻孔向上倾斜。只能采用风动的冲击回旋钻进的方法，力求增加钻具的刚度，以降低地层不利的影响。在软弱地层中采用水循环三翼刮刀钻头进行钻孔。2.1.2开孔精度在隧道暗洞开挖轮廓线外施做导向墙后，导向墙内预埋导向管，利用导向管对孔位对准、仰或俯角

4、、水平方向进行固定，技术上无难度，只要操作仔细，普通水平仪测量精度可满足。操作人员的人为误差可控制在0.05%0.1%以内。2.1.3钻机导向精度及刚度也十分重要采用潜孔钻机施工，其导向滑架具有类似机床导输的精度。拖板带动动力头在其上前后滑动，钻进导向器与动力头回转中心高度同心，支臂刚度大，整个给进机构极大地保证了钻机定位后开孔精度。因此，该项误差可忽略。2.2长管棚打孔挠度控制管棚施工一般长度为30m-50m，钻杆一般直径为75mm，在钻孔过程中形成一定挠度，一般管棚导向管控制外插角角度为35°，这样可以避免管棚施工中由于挠度影响而造成的误差。长管棚挠度控制保证图见图1所示。图1长

5、管棚挠度控制保证图2.3钢管接长及入孔由于钻机头部导向器及后部动力头通过同心圆，可保证钢管接长平直，采用丝口连接，可减少孔道摩阻力。由钻机动力头直接将钢管推入钻孔内，随着钢管推入长度增加与孔壁之间摩擦力加大，可采取边回转边推进，将钢管推至设计深度。钢管接口及推入保证见图2所示。图2钢管接口及推入保证图3长大管棚施工方法3.1隧道管棚施工一般设计标准如表13.2长大管棚施工工艺流程3.3钻孔孔位测量放线测量放出每个钻孔的孔位及轴线，分别在护拱上、仰坡上、砼护拱的边缘处及孔口外67m用钢筋挂线，三点连线标出管棚轴线方向。3.4钻机定位，钻杆对准孔位依据管棚轴线，将走行式的管棚钻机大致定位，然后将钻

6、头对准砼护拱上的孔位，再细调钻机位置，使孔位、钻杆与后视点处在一条直线上，然后用全站仪或水平仪对钻机的位置、钻杆、滑架的倾角及方位进行核对校正，再用各油缸的液压锁进行锁定，以保证钻机的稳定。3.5钻孔与清孔3.5.1钻孔管棚布设在二衬初支外40cm的砼护拱上，根据岩土性质选择钻头类型。在钻孔的施工中，开始轻压慢钻，待钻入12m后，进入正常钻道，钻进压力控制在1040kN直至设计孔深。钻进过程中，向钻孔内压入泥浆，这样可有效解决塌孔及缩孔的隐患，泥浆的压入量为100200L/min。在钻进过程中若经常发生坍孔、掉块、卡钻的情况，一般采用前进式预注浆，若不能有效解决，可以采用在异常接头处镶焊硬质合

7、金，再以拉拔回归后施钻；为保证管棚成孔效果，一般采用跳孔的形式进行钻孔作业。3.5.2清孔用小钻头来回扫孔至孔底，用压缩空气从孔底向外清理钻渣。3.6钢管送入钻孔内成孔后要立即清孔并下管，以免因塌孔造成孔内堵塞而无法顺利安装。管棚钢管采用108×6mm的无缝钢管，节长9m、6m。为便于推入钻孔内，第一节钢管的前端加工成锥形，人工推入（见图3所示），其尾部露出钻机导向器200300mm，再从钻机动力头通孔的后端推入第二节钢管，钢管连接采用丝扣连接。用水平尺靠拢两根钢管进行检查，保证两根钢管处于同一直线。先用人工推进35根钢管后，再用钻机专用夹具将其余焊接接长的钢管推进至钻孔设计深度。图

8、3管棚管示意图3.7 管棚注浆3.7.1注浆方式长大管棚一次打入设计深度，注浆顺序为“先两侧后中间”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”、由低孔位向高孔位进行，有水时从无水孔向有水孔进行，一般采用逐孔注浆。注浆时先注单号孔（钢花管），待单号孔注浆完成后再注双号孔。3.7.2管棚注浆仰坡坡面采用厚30cm的C20喷射砼作为止浆墙，钢管与孔壁之间用锚固剂或C20细石砼进行封堵，连接压浆管路。有孔钢管采用KBY-50/70的注浆泵压注水泥浆。水泥浆水灰比1：1。注浆压力：初压0.510MPa，终压3.54.0MPa。无孔钢管采用KBY-50/70的注浆泵压注M20号砂浆。3.7.3注浆结束标准注浆压力逐步增大到终压，并经2-3次短时间闷压；注浆量达到计算的浆液量的80%以上；注浆达到终压，并经闷压后，孔口附近有浆液回流溢出，可结束该孔注浆；全部注浆完成后，并符合单孔注浆要求，可结束该段注浆。结语长大管棚施工作为隧道施工中的一种重要方法，使管棚施工长度一次性达到60m以上，在现阶段我国铁路、公路隧道施工中面临的软弱、破碎围岩地段及塌方地段的处理，能达到一个安全快速的施工方法。开辟了一种在复杂地质条件下，隧道施工的新途径，对于隧道工程施工建设具有重要的作用和影响，其研究价值和作用非常突出。