隧道管棚超前支护

隧道管棚超前支护掘进距离取决于管棚深度地下工程超前支护方法超前支护技术是指在隧道开挖之前，通过向掌子面前方地层里注浆、冷冻、打入钢管、钢板、锚杆等技术措施在隧道横断面上形成一个拱形连续体，使其加固开挖面前方地层，同时利用其支撑力保持前方土体的稳定，减少地表沉降量的技术总称。研究表明，围岩注浆加固可提高其强度和变形模量，从根本上改善围岩的变形规律，前苏联的资料表明，砂岩在注浆后的强度可增加50%-70%，粉砂岩和泥质岩增加2-4倍，而岩石强度的增大可使支护荷载减少2/3-4/5。实践表明超前支护体系能够有效地限制地面沉降，并全面地保持自然地层在稳定状态下开挖隧道。研究表明地面的整个沉降量的30%-40%和地下地层的整个沉降量的40%-50%是在一般的支护开始发生作用之前发生的，超前支护对地面沉降有30-35%的抑制效果，对隧道顶上地层(拱顶)沉降有40%的抑制效果，所以，加固掌子面前方的地层对抑制地面沉降有非常重要的作用。超前支护技术作为加固地层、稳定拱顶及掌子面、减少地表沉降的辅助施工工法，己经在地下工程施工中得到了广泛地应用。根据采取的加固措施对周围地层特性和应力分布的影响，可将超前支护分为地层改良法和预支护法。地层改良法就是提高开挖面周围地层土的特性的方法，这种方法包括注浆、土壤加固、排水和地层冻结等；预支护法就是在隧道开挖前，先超前对围岩进行加固，以增加围岩的自稳能力，并使开挖面周围应力干扰达到最小的方法。超前支护方法主要包括：管棚法，机械预切糟法，预衬砌法，水平旋喷注浆法，超前小导管法，超前锚杆法、冻结法等等。其中管棚法、水平旋喷注浆法、小导管法等支护方法同时也改良和加固了地层。管棚注浆支护就是把一组钢管沿开挖轮廓外己钻好的孔中打入地层内，并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系，支承来自于管棚上部的荷载，通过钢管的梅花形布置的注浆孔加压向地层中注浆，以加固软弱破碎的地层，提高地层的自稳能力。管棚注浆是一种长距离超前支护方法，超前距离长，刚度较大，适用于掌子面不能自稳、含水的地层，控制地表沉降、防渗止水的效果较好，施工工艺要求较高。如将管棚注浆与小导管补充注浆法结合，除具有大管棚的特点外，能够防止管棚下方三角土体的塌落，这种长短结合的预支护效果更为理想。管棚支护的主要作用和优点（1）梁拱效应：先行施设的管棚，以掌子面和后方支撑为支点，形成一个梁式结构，二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构，可有效抑制围岩松动和垮塌。（2）加固效应：注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中，使松散岩体胶结、固结，从而改善了软弱围岩的物理力学性质，增强了围岩的自承能力，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。（3）环槽效应：掌子面爆破产生的爆炸冲击波传播和爆生气体扩展遇管棚密集环形孔槽后被反射、吸收或绕射，大大降低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。（4）确保施工安全：管棚支护刚度较大，施工时如发生塌方，塌碴也是落在管棚上部岩碴上，起到缓冲作用，即使管棚失稳，其破坏也较缓慢。隧道超前支护法一览根据采取的加固措施对周围地层特性和应力分布的影响，可将超前支护分为地层改良法和预支护法。地层改良法就是提高开挖面周围地层土的特性的方法，这种方法包括注浆、土壤加固、排水和地层冻结等；预支护法就是在隧道开挖前，先超前对围岩进行加固，以增加围岩的自稳能力，并使开挖面周围应力干扰达到最小的方法。超前支护方法主要包括：管棚法，机械预切糟法，预衬砌法，水平旋喷注浆法，超前小导管法，超前锚杆法、冻结法等等。其中管棚法、水平旋喷注浆法、小导管法等支护方法同时也改良和加固了地层。管棚注浆支护就是把一组钢管沿开挖轮廓外己钻好的孔中打入地层内，并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系，支承来自于管棚上部的荷载，通过钢管的梅花形布置的注浆孔加压向地层中注浆，以加固软弱破碎的地层，提高地层的自稳能力。管棚注浆是一种长距离超前支护方法，超前距离长，刚度较大，适用于掌子面不能自稳、含水的地层，控制地表沉降、防渗止水的效果较好，施工工艺要求较高。如将管棚注浆与小导管补充注浆法结合，除具有大管棚的特点外，能够防止管棚下方三角土体的塌落，这种长短结合的预支护效果更为理想。管棚支护适用范围根据国内外的施工实践，综合我国目前地下工程管棚支护应用的实际案例，管棚支护可适用于：软弱砂土质地层、砂卵砾石地层，膨胀性软流塑、硬可塑状粉质粘土地层，裂隙发育岩体、突泥突水段、断层破碎带、塌方段、破碎土岩堆地段、浅埋大偏压等地质和地下水丰富条件的地下构筑物施工的支护，隧道进出口段开挖的支护，也多应用于地铁等穿越城区的地下工程的开挖预支护，可作为穿越既有建筑物、公路、铁路及地下结构物下方修建隧道的辅助方法；作为隧道洞口段及修建大断面隧道施工的辅助工法及作为其他施工的辅助工法，也常用于浅埋但不宜明挖地段或浅埋隧道情况下，地表有建筑物、或隧道接近地中结构物时等对施工沉降有特殊要求的工程等。管棚支护的设计管棚支护的设计参数主要包括：钢管直径、长度、间距、仰角、水平搭接长度、钢架间距、注浆参数等，当需要增大钢管的强度和刚度时，可在管内设置钢筋笼而后用水泥砂浆填充。我国《铁路隧道施工规范》规定：管棚用钢管直径宜为φ70-φ127mm；钢管中心间距宜为管径的2-3倍；管棚长度应根据地层情况选用，不宜小于10m；纵向两组管棚的搭接长度应大于3m。管棚支护参数可按工程类比法确定，并在施工中根据实际情况调整。掘进距离取决于管棚深度管径的选择大部分工程的钢管直径在中φ50-φ180mm之间，有学者将管棚支护按管径分类为小管棚和大管棚，小管棚管径一般在φ30-φ50mm，大管棚管径介于φ89-φ159mm，工程中多用φ108mm的钢管，环向间距以不大于3-5倍管径为宜。管棚钢管的选择根据计算结果和技术经济因素分析，对于支护条件要求较高的松软地层，应选取φ127mm钢管，土体凝聚力较高的粘性土，可选取φ89mm钢管，一般土层在多数情况下选取φ108mm钢管。管棚钢管环向间距的确定常规的沿隧道开挖轮廓线等间距设置管棚的方法是不科学的，应针对不同情况合理设计。钢拱架布置间距根据塌方体的松散与开挖难易程度及施工效果，可在40-80cm范围内调整选择，特殊情况下需加密。根据对工程实例的地质条件、工程断面尺寸、埋深等影响因素的总结和对比分析，得出以下经验结论，可用于地下工程支护的施工依据：管棚钢管环向间距的确定管棚钢管直径范围一般为φ70-180mm，我们可将管棚支护按管径分类为小管棚、中管棚、大管棚。小管棚管径一般在φ32~50mm范围内，多采用管径为φ42mm的钢管，管长以3.5-5m为宜，环向间距一般取0.3-0.4m，水平搭接长度1-1.5m。中管棚管径一般在φ50-φ89mm范围内，管长一般不超过20m，环向间距一般取0.3-0.4m，水平搭接长度1-2m。大管棚一般可选用φ89-φ159mm的钢管，常用管径φ108mm，管长以不超过40m为宜，钢管一般分节长4m或6m，以丝扣连接，丝扣长不小于150mm，环向间距一般不大于3-5倍管径为宜。外插角的合理确定角度过小，将可能导致管棚远端下垂至隧道开挖幅员内影响后期施工；相反，角度过大，管棚离开挖幅员距离过大，管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难，还应根据管棚钻机工作室空间大小，以及钻杆长度等情况综合考虑确定。小管棚外插角常取5º-15º，中管棚常取2º-8º，长管棚多取1º-3º。钢拱架支撑一般用工字钢，或工字钢与格栅钢架间隔使用，间距一般不大于1米，特殊情况下需加密。管棚布置形式管棚布置形式管棚布置形式管棚布置形式门型荒布置全周傲布置臣与上有部一桶侧布功置管棚叶布置途形式管棚液施工设工艺域流程钻孔污流程注浆著流程成孔廊方法常用柴的施肝工方攀法有夯管旁法、荒顶管烟法、抬钻孔纯等。但闯钻孔模法是过目前池最常肤用的浆成孔喉方法猛。随巧着钻饥探设容备的据专业触化分谱工越竟来越睁细，鸡管棚若专用卖钻机菠也应齿运而榆生。阀但管销棚钻椒进为菌近水呀平钻沈进，母性质覆上与点勘探报钻孔酿有所培不同息，对贝钻孔侨方向唯(空剥间位随置)割的精您度要桃求很严高，羞终孔座测量浸一旦畏发现值孔斜成或超译出设是计允驾许偏腰差，省会造担成严享重的抵后果单。钻孔域方法常规各回转攀钻进——硬质页合金箭（刮艳刀、过牙轮树等）劣钻进搏；常规萌风动惜潜孔秩锤钻渔进；OD滥EX法——风动睬潜孔径锤跟属管钻底进；双动宅力头筝跟管帽钻进店；长螺迹旋跟喜管钻序进；——潜孔烘锤跟震管钻拼进“土抹星”浅跟管司钻进麦法孔锤宾通过螺焊在姐套钻积头和忆潜管供靴（脂3）彩内壁形上的振三个造凸块巨（4壶）来奸控制准中心情。当晋偏心蜂钻头室向下久伸出尿套管搏靴时派，凸伴块处勿于控倦制潜权孔锤裤位置模，这国时实爸现偏稀心扩矿孔钻灶进，变套管绢同时比跟进亿，当住钻孔日完成咽钻具品往上月提拉字时，握凸块歇位于吵控制雪钻头壮体位提置，睛且有德一凸净块嵌他入钻铜头体锄凹槽故，偏似心钻耗头即绍可进县入套棍管并锐提出缘瑞地表兴。“海羊王星本”跟姜管钻掘进法“海极王星娘”跟咬管系妈统如各图2垒-9各所示领，这淹种系备统的替内外舟管系法统基效本和判“扇土星珠“跟江管系雪统相鹊似，情内管反定心席是通倾过回宵转内龙管（乡丰3）粒，借兵助一此个螺葵旋伸奶缩接歌头（丽8）忙和套搞管在潜潜孔韵锤外勺部的狠带有虏凸台稼（7膏）的讽套筒齿（6扎）一烦齐向臣下移菜动，截使凸挑台座剖落在洁套管毫（4亏）底守部套长管靴楼（5恨）内主的台恰阶上终。此省时将唉潜孔特锤（海1）困挤向爷一侧荣，并姑实现梳偏心谅钻头冰（2字）的胜扩底逼钻进尼，偏挑心钻含进进座入套孟管并愈能提欠到地奇表。检为防毕止套晋管靴汗内部豆磨损蠢，其牌内部宁在与畅凸台缠相对醒应的酷位置适上设若有耐框磨环梳。潜孔雄锤跟积管钻留具按著钻头龟能否恼改变晕直径舟可分更为两校大类蹈：即漂钻头壁变径帅跟管煎钻具茄和钻括头不显变径重跟管姜钻具拘。钻做头变葱径跟锋管钻缠具目数前主哨要有挪单偏洪心变露径跟圣管钻耕具、裳双（珍三）休偏心洞变径款跟管张钻具搬和径艘向变蓝径跟纱管钻罪具等盗结构纠。除掀单偏食心变法径跟饼管钻伞具属革于偏耐心跟睡管外撇，其鞭余结布构的焰钻头禽变径敬跟管侧钻具旗由于竹钻头浆翼瓣束在张尝敛的承过程卫中沿诱钻具磁中心购轴线蚕是对师称的债，因炮此应读属于之同心滋跟管爪钻具萄。钻芽头不狐变径阶跟管豪钻具岩均采陡用内涛外钻萌头结及构，挑一般叼套管爽需要察回转施，此咬类钻友具属眼同心陵跟管粉钻具余。相菊对来祥说钻墨头变峡径跟回管钻恩具使驱用的疏比例奇较大邮，约衡占市两场使确用的在95姻%，壁这都望是由抖它的岛结构堆特点储所决减定的小。钻头页不变糟径跟投管的核主要雾缺点慰有1、效钻具永在工惹作时爹，内舱外管健同时盈回转捕，易托造成知内外聚管之夕间的处环状陶间隙访被岩座粉堵既塞或稍被大笛块岩旅屑卡疮住，殿造成古内管育反转搁失灵堡，内蜜外管舞无法检分离桃。这血种方候法需州要大冶扭矩科的回置转钻赵机，蝴能源围消耗到大，淘不利事于环尤保；2、矛由于战钻头秒不变世径跟良管钻搏具的兽钻进绒是同颠口径仆进入微，尤赞其是鸡遇到虫漂石探时，塌钻进县将非顽常困颈难，诵即使畏钻孔赢成功怖，由终于钻真孔缩叔径，推起拔券套管该也非哑常麻存烦，贴甚至臣经常救造成辜套管患断裂胀等孔够内事疮故。吉林步大学盾郑治浮川成流果三活持瓣跟兄管钻甚具的艇组成钻头铁活瓣让结构钻头师活瓣排张开钻头萍活瓣奔闭合单偏税心跟默管钻和头—士Ⅰ型张开摩状态单偏蒸心跟橡管钻婶头—扫Ⅱ型该型婚钻头择优点1.递连接唇偏心欠钻头事和钻捎头体栋的横硬销只纷起到针悬挂煮钻头魂的作输，不翻承担粥扭矩赖，避扇免了笨销子罢的变良形、柜折断袋所造础成孔吉内事遥故；2.伐目前估国内纽奉采用残的偏戴心跟我管钻要头需饿要转讯动1剑75冠°左丝式右才味能实音现钻爪头的扬张敛耍，而苦这种遣类型叫钻头艳的钻历头体量正转烦一个跨很小梨角度浴（8锋°左头右）蜓即可摸使钻课头直谊径增片大到霞设定宗的扩企孔直帜径，夫钻头核收回公时，弊反转密一个朝很小扑角度耀即可庸使钻罩头直慢径缩墙小到虾设定并的直粱径，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基本参数3.1

钻孔直径φ110-219mm

钻杆直径60，89mm

钻孔角度全方位

钻机外廓尺寸4800X2000X2500mm

钻机重量7500Kg3.2

动力头

后动力头：（钻杆）

转速转矩

单马达

低速

0-120

r/Min1600Nm高速

0-310

r/Min700

Nm

双马达

低速

0-60

r/Min3200Nm高速

0-155

r/Min1400Nm

前动力头：（套管）

转速转矩

单马达低速

0-60

r/Min2500Nm

双马达低速

0-30

r/Min5000Nm

动力头给进行程：

2200Nm3.5

卷扬机

提升速度0.2—0.7m/s

提升能力15

KN

钢丝绳直径12

mm

容绳量50

M3.6

行走装置

液压钢制履带

理论速:

2.1Km/h

额定牵引力

10KNm

爬坡度：

上坡:小于25度

下坡：

20度

侧翻角：35度

履带宽：400mm

履带中心距:2260mm

接地压强：≤35KPa3.7

配备动力

道依兹风冷柴油机

46KW3.3

给进装置：

单油缸链条倍增

动力头提升能力50

KN

动力头给进能力35

KN

动力头提升速度16

M/min

动力头给进速度24

M/min3.4

夹持器

夹持范围50-200

mm

夹持力6000

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