隧道超前支护施工方法

1、隧道超前前支护施施工方法法序号支护类型型施工方法法适用地层层常用管径径(mmm）1管棚支护护泥浆循环环跟管钻钻进法松散粘土土层、粉粉土层、淤泥层层、沙层层、回填填土层、强风化化岩层1088、1333、1466、15992风动力跟跟管钻进进法湿陷性黄黄土地层层1088、15993潜孔锤冲冲击成孔孔送管法法弱中风风化岩层层、夹碎碎石强风风化地层层1088、15994潜孔锤跟跟管钻进进法卵石、碎碎石地层层、卵石石、碎石石夹层及及塌方现现场1088、1277、15995管幕工法法粘土层、沙层、淤泥层层、回填填层及强强风化地地层3000-50006水平旋喷喷桩沙层、粘粘土层、粉细沙沙层、淤淤泥层、回填土

2、土层5000-80007水平旋喷喷搅拌桩桩松散均匀匀的粘土土层、粉粉细沙层层、淤泥泥层、回回填土层层、富含含水地层层。5000-100008冻结管施施工淤泥层、流沙层层等不稳稳定的含含水地层层89、1088隧道开挖挖预支护护的管棚棚法 一、管管棚法的的基本概概念管棚工工法是隧隧道开挖挖施工中中用以防防止掌子子面坍塌塌并限制制围岩变变形的一一种预支支护手段段。其主主要原理理是在隧隧道开挖挖之前，沿着隧隧道开挖挖轮廓线线外的设设定部位位水平铺铺设钢管管，并可可以通过过钢管向向围岩注注浆，对对管棚周周围的围围岩进行行加固，使管棚棚成为隧隧道后续续开挖的的防护伞伞（棚），达到到安全施施工的目目的。管棚

3、工法法最早是是作为山山岭隧道道施工的的一种辅辅助方法法，当隧隧道穿越越破碎带带、松散散带、软软弱地层层、涌水水、涌沙沙等地段段时，管管棚及其其超前注注浆对隧隧道的稳稳定起到到了保护护作用。管棚作作为隧道道顶部和和边墙的的超前预预支护，可以有有效防止止掌子面面的坍塌塌及地层层过量变变位，为为隧道开开挖提供供安全保保障。同同时管棚棚施工快快、安全全性高，被认为为是隧道道施工中中预防事事故的最最有效、最合理理的辅助助措施之之一。 二、隧隧道开挖挖预支护护中采用用管棚工工法的原原因 隧道道开挖过过程中，经常会会遇到破破碎带、松散带带、软弱弱地层、涌水、涌沙等等地段，在这类类地质条条件下进进行开挖挖，如

4、果果不进行行超前预预支护，很容易易出现坍坍塌情况况，导致致安全事事故，不不仅给相相关企业业造成经经济损失失，增加加工程成成本，而而且极大大地影响响工程施施工进度度和施工工质量。在隧道施施工下穿穿既有线线路或建建筑物及及河流、湖泊的的开挖前前，如果果不进行行超前预预支护，很容易易造成隧隧道上既既有线路路或建筑筑物的沉沉降以及及河流、湖泊涌涌水而带带来各种种安全隐隐患。对于隧道道施工过过程中遇遇到上述述情况时时，早期期隧道开开挖时，主要采采用插板板法、小小导管超超前注浆浆法、浅浅层地表表锚杆注注浆加固固法等进进行超前前预支护护。但这这几种支支护工法法都有一一些不足足之处，就是支支护范围围和深度度有

5、限、加固强强度不足足，难以以形成高高强度支支护整体体，而且且往往需需要多个个循环才才能穿越越需支护护地层段段，这样样，不仅仅造成现现场窝工工、停工工等情况况，严重重影响施施工进度度，而且且有时其其安全性性也难以以保证。 随着着施工技技术的不不断改进进，管棚棚工法得得到了普普遍的利利用。特特别是在在导向跟跟管钻进进等技术术及多种种新的施施工工艺艺引入后后，管棚棚施工的的精度、打设长长度、沉沉降控制制及施工工工效有有了长足足的发展展。管棚棚工法是是采用专专用钻机机将钢管管沿隧道道开挖轮轮廓线外外一节一一节地打打入需支支护的地地层中的的预定位位置，然然后进行行注浆，通过浆浆液在围围岩中的的扩散，形成

6、一一个类似似钢筋混混凝土的的拱形帷帷幕，从从而达到到支护开开挖线外外侧围岩岩的作用用。 三、管管棚工法法的优点点 管棚棚工法与与前期超超前预支支护工法法相比，具有明明显的优优点，主主要表现现在以下下几方面面： （一）管管棚工法法所采用用的钢管管具有较较高的钢钢性强度度，而且且管径相相对较大大，能够够承载较较大上部部负荷。 （二）管管棚工法法的注浆浆可以使使浆液在在管棚钢钢管周围围沿着土土体缝隙隙进行扩扩散，不不仅能起起来加固固土体的的作用，而且还还能起到到一定的的止水效效果。 （三）管管棚工法法打设的的钢管长长度较大大。目前前施作管管棚长度度可以达达到1000m以以上，这这样可以以大大地地减少

7、预预支护循循环次数数，加快快施工进进度。（四）管管棚工法法能够通通过专用用导向仪仪精确控控制管棚棚钢管铺铺设的轨轨迹线，确保管管棚钢管管按设计计要求铺铺设，有有利于控控制隧道道施工时时的开挖挖量，减减少施工工成本。 （五）最最新技术术可以在在软弱地地层中高高精度一一次性打打设数百百米的管管棚。 （六）管管棚工法法因为采采用大功功率的水水平定向向钻机，施工效效率比较较高，大大幅度地地减少隧隧道开挖挖过程中中辅助时时间，提提高施工工效率。 四、管管棚的作作用 管棚工工程在隧隧道开挖挖前的预预支护中中的作用用主要有有以下两两方面： （一）提提高围岩岩土体强强度，提提高开挖挖线拱部部土体承承载力，加固

8、隧隧道围岩岩，确保保隧道施施工安全全。在隧隧道穿越越破碎带带、松散散带、软软弱地层层、涌水水、涌沙沙等地段段时，管管棚的这这种作用用比较明明显。（二二）控制制地表沉沉降。在在隧道穿穿越既有有线、下下穿既有有建筑物物、构筑筑物等时时，管棚棚的作用用主要就就是控制制地表沉沉降，防防止既有有线路、建筑物物、构筑筑物因隧隧道开挖挖而遭到到破坏，确保既既有线路路、建筑筑物和构构筑物的的安全及及隧道开开挖的顺顺利进行行。此种种情况管管棚的钢钢管直径径可偏大大（2299）。 五、管管棚工作作的原理理 管棚工工作的原原理主要要有两方方面； （一）利利用简支支梁作用用的原理理；由于于管棚的的直径大大、刚度度大，

9、同同时又是是较密排排布置的的，当钢钢管两端端支撑梁梁的刚度度达到足足够大之之后，开开挖引起起的变形形量非常常小，这这时候管管棚就相相当于一一道简支支梁，阻阻隔隧道道开挖时时释放应应力对围围岩的作作用。 （二）利利用水泥泥浆液的的流动性性和围岩岩的裂缝缝或孔隙隙，使注注入的水水泥浆液液能与土土体进行行粘合而而形成一一种类似似混凝土土的固结结体，从从而起到到加固围围岩土体体的功能能。对于于含水较较小的地地层还能能起到一一定的止止水效果果。 六、管管棚的设设计参数数 （一）管管棚尺寸寸参数：管棚尺尺寸参数数主要包包括管棚棚的长度度、钢管管直径、钢管壁壁厚及隧隧道内工工作室的的尺寸参参数。 1、管管棚

10、的长长度一般般为200-00m，特特殊情况况下，管管棚打设设长度可可以达到到1000m3000m。 2、管管棚直径径常用的的为889mmm、1008mmm、1559mmm。 3、管管棚壁厚厚一般为为6mmm，中间间用同直直径的壁壁厚100122mm钢钢管车丝丝扣连接接。 4、隧隧道内施施作管棚棚时工作作室一般般外扩330cmm，当地地层不允允许时可可用无工工作室管管棚施工工法。55、在洞洞口施作作管棚无无需导向向墙。 （二）管管棚位置置参数：管棚位位置参数数主要包包括开孔孔位置、倾角、外插角角和环向向间距。 11、管棚棚中心位位置距开开挖线220-330cmm，开孔孔位置偏偏差为2cmm。 2

11、2、管棚棚倾角根根据地质质情况及及隧道坡坡度确定定。 33、外插插角一般般为0。至1。 44、环向向间距根根据现场场地质条条件、管管棚管径径确定，一般为为25-40ccm。 （三）管管棚注浆浆参数：管棚注注浆压力力为0.8-11.2MMPa，浆液配配比按00.8：1或11：1配配制，注注浆量根根据管棚棚管径和和管棚长长度确定定。 （四）管管棚施工工精度： 1、管管棚打设设倾角偏偏差根据据管棚长长度一般般都能控控制在0.55。以内，外插角角控制在在3以以内。 2、管管棚长度度误差控控制在30ccm以内内。 3、管管棚施工工过程中中因为成成管快，注浆能能及时跟跟进，因因此上覆覆地层沉沉降基本本上为

12、零零沉降。 七、管管棚适用用条件及及管棚施施工实例例（一）大大多数隧隧道洞口口属于浅浅埋和风风化层，成洞较较困难，采用管管棚工法法可以有有效地解解决洞口口段的施施工难题题。 对于洞洞口的超超前预支支护，管管棚长度度一般为为3040mm左右，管径以以1008mmm为主。通过管管棚可以以阻止洞洞口开挖挖时的应应力释放放。如图图一所示示为张石石高速公公路三甲甲村隧道道进口管管棚工程程。该隧隧道开挖挖断面最最大净宽宽为155m，开开挖断面面面积为为1444m2进口处处地质条条件为砂砂卵石地地层，地地层松散散，钻进进时不易易成孔。针对现现场地质质情况，采用了了潜孔锤锤跟管钻钻进成管管法施作作1008mm

13、m管棚，成管后后进行注注浆加固固。 图一 张石石高速公公路三甲甲村隧道道进口管管棚工程程 潜孔锤锤跟管钻钻进成管管法是采采用水平平定向钻钻机通过过锤头前前端带有有外锤头头的潜孔孔锤冲击击成管，外锤头头通过丝丝扣跟管管棚钢管管连接，管棚打打设到位位后将外外锤头与与管棚钢钢管一同同留在孔孔内，然然后注浆浆加固围围岩的管管棚成管管工法。 潜孔锤锤跟管钻钻进成管管法适用用于砂卵卵层、风风化破碎碎带等不不易成孔孔地层的的管棚施施工，要要求用强强度较高高的无缝缝钢管作作管棚钢钢管，每每节钢管管长度必必须与钻钻杆配套套，通过过丝扣连连接，便便于接管管加尺。管壁厚厚度不得得小于66mm，管壁太太薄时容容易出现

14、现断管的的情况，影响管管棚质量量。管棚棚施工过过程中要要求现场场供风压压力不得得低于66MPaa，确保保孔内钻钻渣排出出干净，保证管管棚质量量。 施工精精度控制制：管棚棚打设到到位后采采用管棚棚导向仪仪进行钻钻孔测斜斜，根据据测斜结结果进一一步分析析确定钻钻孔钻进进角度，并根据据地层变变化及时时进行调调整。 （二）隧隧道穿越越破碎带带、松散散带、软软弱、涌涌沙地层层等地段段时，为为保证隧隧道开挖挖施工安安全，也也需要施施作超前前预支护护管棚工工程。管管棚长度度需要根根据支护护段长度度确定，管径多多为1108mmm-1599mm。 图二 武广广客运专专线金沙沙洲隧道道管棚工工程 该隧隧道工程程开

15、挖时时遇到的的地质条条件比较较复杂，主要以以松散风风化岩为为主，中中间夹有有松软的的强风地地层，局局部存有有空洞或或较大岩岩层裂缝缝，在在管棚施施工时采采用潜孔孔锤成孔孔后送管管法施作作1559mmm管棚进进行超前前预支护护，微扩扩工作面面（200-300cm）,采用用多次循循环，一一次打设设米米。 潜孔锤锤冲击成成孔后送送管法适适用于风风化岩层层及软硬硬复合地地层中，打设过过程中要要求采用用风动力力排渣，供风风风压不得得小于66MPaa，保证证出渣量量。钻孔孔打设到到位后退退出钻杆杆和潜孔孔锤，然然后采取取锲形钻钻头将管管棚钢管管送到孔孔内进行行围岩加加固注浆浆。 图三 管棚工工作面微微扩剖

16、面面图 管棚精精度控制制：送管管时需要要用管棚棚导向仪仪进行钻钻孔测斜斜，发现现偏差及及时进行行调整钻钻进角度度（进孔孔角度）。 （三）隧隧道穿越越既有线线（如既既有铁路路、公路路、高速速公路、高速铁铁路等）、建筑筑物及构构筑物等等，管棚棚长度需需要根据据穿越长长度设计计管棚长长度，管管径根据据现场地地质条件件及隧道道上部覆覆土层厚厚度确定定。如图图 四四、图五五所示郑郑西客运运专线高高桥隧道道下穿既既有铁路路（同蒲蒲铁路）的施工工现场，该穿越越隧道位位于湿陷陷性黄土土，主要要发育垂垂直节理理，极易易下陷，而且设设计为大大断面开开挖，开开挖尺寸寸为155m13mm(宽高)，断面面面积达1160

17、多多m2。为了了控制地地表沉降降，避免免影响既既有铁路路的正常常运行，在隧道道开挖前前采用风风循环跟跟管钻进进法一次次性施作作1559mmm管棚1000米。图六所所示为郑郑西客运运专线阌阌乡隧道道下穿连连霍高速速公路（下穿段段施作880m长长1559mmm管棚共共三个循循环）。 图四四 郑郑西客运运专线高高桥隧道道下穿既既有铁路路的施工工现场 风动动力跟管管钻进法法适用于于湿陷性性黄土及及干燥粉粉土地层层，通过过风压在在6MPPa以上上的风力力可以将将钻渣排排出，并并在钻进进的同时时进行跟跟踪导向向，控制制钻孔偏偏差，确确保管棚棚铺设精精度。 图五 郑西客客运专线线高桥隧隧道外景景 图六六 郑

18、郑西客运运专线阌阌乡隧道道下穿连连霍高速速公路 （四）隧道开开挖过程程中的坍坍塌段超超前预支支护管棚棚，管棚棚长度一一般都要要一次性性穿越坍坍塌段，并延长长5-110m。管径根根据现场场地质条条件及坍坍塌情况况确定，一般为为1008mmm-1559mmm。如图图七为某某隧道开开挖时出出现坍塌塌事故后后抢险管管棚工程程。因在在隧道开开挖时出出现了大大范围的的坍塌，导致隧隧道拱部部大面积积沉降，坍塌范范围沿隧隧道开挖挖方向延延长300m，致致使隧道道开挖无无法继续续进行。为了加加固坍塌塌范围内内土体，确保隧隧道开挖挖的继续续，在该该处采用用水循环环跟管钻钻进法施施工长度度为88m的1088mm管管

19、棚。 图七七 某某隧道开开挖时坍坍塌抢险险管棚工工程 水循环环跟管钻钻进法适适用于松松散带、粘土层层、沙层层、淤泥泥层、回回填土及及强风化化地层等等。采用用水循环环排渣、造浆护护壁、冷冷却钻头头，并在在钻进的的同时采采用管棚棚导向仪仪进行跟跟踪定向向，控制制管棚铺铺设轨迹迹。 （五）隧道穿穿越富水水地层中中管棚超超前预支支护时，管棚长长度应在在富水段段两端各各延长110m左左右，管管径采用用1008mmm或1559mmm。通过过管棚注注浆浆液液的扩散散，能够够起到一一定止水水效果。针对这这类地层层，则采采用水泥泥浆作为为循环液液的跟管管钻进成成管法施施作管棚棚，然后后进行注注浆加固固。如果果采用水