030.浅谈隧洞超前管棚施工工艺

浅谈隧洞超前管棚施工工艺

（隧道工）

论 文

姓 名： 向 志 敏

单 位：中铁隧道集团股份有限公司

隧道工技师结业论文

浅谈隧洞超前管棚施工工艺

向志敏

（中铁隧道股份有限公司引红济石调水工程Ⅳ标项目部，陕西 太白 721603）

摘要：超前管棚支护是隧洞进洞施工和穿越软弱破碎围岩的一种有效处理措施，本文结合引红济石调水工程主要介绍超前管棚施工技术在引红济石调水工程引水隧洞进洞段破碎岩体中的应用。对管棚施工的工艺原理、工艺流程、施工技术要点及施工安全措施进行了归纳总结，以期为类似工程提供借鉴依据。 关键词：管棚；超前支护；软弱破碎围岩；矿山法

1 工程概况

引红济石调水工程位于陕西省宝鸡市太白县内，引长江水系褒河支流红岩河水通过横穿秦岭的隧洞自流调入黄河水系渭河南岸支流石头河，经石头河水库调节后向西安、咸阳、杨凌等城市提供生活饮用水，是陕西省的“南水北调”工程，也是陕西省“十一五”重点水利工程。

引红济石调水工程由低坝引水枢纽和引水隧洞组成，其中引水隧洞全长19795m，采用钻爆法+TBM法施工的联合施工方案，钻爆法施工段8700m，断面为城门洞形，成洞尺寸为2.8m（宽）×3.0m（高），TBM施工段长11095m，断面为圆形，成洞直径3.0m。全隧设计纵坡1/890，明渠无压流方式调水，最大引水流量为13.5m3/s，年调入石头河水量9210万立方米。

隧洞出口位于陕西省S210省道五里坡坡脚下，隧洞进洞段围岩为第四纪黄土，原设计隧洞进洞方式为大刷坡后开挖进洞，施工单位进场后考虑隧洞上部为公路，刷坡后加固防护工程量巨大，提出采用大管棚施工工艺，前接一段明洞进洞，减少刷方量，得到设计、监理、业主的一致认可。 2 管棚施工 2.1 工艺原理

管棚施工是在软弱地层或岩层裂缝中钻孔并打入管棚钢管，利用注浆机具向管内注入具有一定压力的水泥浆液，对管棚周围的软弱、松散岩体进行固结，使土层或岩层的力学性质得以改善，形成一个整体棚架式的加固拱圈，从而起到超前支护作用。

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2.2 工艺流程

管棚施工工艺流程如图1所示。 2.3 施工方法 （1）施作钢筋砼套拱

套拱在明洞衬砌轮廓线以外施作。套拱砼内埋设3榀I16钢拱架，并安设控制钻孔方向的Ф150导向套管。套拱的主要作用是保持钻孔的稳定和定位。施工中，既要做到牢固可靠，又要保证位置正确。

图1 隧洞超前管棚施工工艺流程图

①测量放线

测量时应准确控制衬砌外轮廓线的空间位置。计算控制点坐标并设定在仰坡坡面上，桩位用Ф10mm、35～40cm的钢筋打入坡面30cm，作为孔口的中心点，孔口管孔位按设计要求布设，误差应控制在50mm以内。

②架立钢拱架

根据钢管设计位置架设并定位钢拱架。为准确控制钢管仰角，相邻钢拱架的

钻孔、扫孔 安装管棚钢管 钢管注浆 撤离现场 加工管棚钢管 配制浆液 施工准备（岩面清理及防护） 测量定位、施作套拱 搭设作业平台、安装钻机 2

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高度亦应保持一定的仰角。钢拱架加工应符合GBJ205-95《钢结构工程施工及验收规范》，准确度应高。钢架安装垂直度偏差为±2°，中线及高程允许偏差为±50mm。

③安设导向管

钢拱架准确架立后，其上安设Ф150×6mm长2m（实际长度可根据现场确定）的孔口管，间距50cm，孔口管与钢拱架焊成一体，保证孔口管稳固可靠，并用全站仪准确测定其角度及方向，确保其角度与方向与设计值一致。

④施作套拱砼

套拱模板可采用组合钢模板，内外模用连接筋联成一体。套拱面须与岩面密贴，砼脱模后及时对靠岩面处进行喷浆封闭，以免注浆时造成边坡破裂而漏浆，影响注浆效果。

（2）钻机就位 ①搭设作业平台

钻机作业平台采用15×15cm方木按“井”字形搭设，并将预留的核心土整平夯实，方木间用扒钉铆钉牢固，以利安装和固定钻机，防止施钻时摆动、移位倾斜等影响钻孔质量。

②钻孔定向

根据孔口管的倾角和方向，利用钻杆的延伸和吊锤准确确定钻孔的方向，即可固定钻机。然后利用钻机的变角度油缸，参照导向管的倾角确定钻机的倾角，确保钻杆线与开孔角度一致，以达到钻进的导向作用。

③钻机的固定

钻机就位前，可先利用M20的沉头螺栓将钻机固定在基台木上，再按确定好的方位角将基台木固定在搭设的井型钻作业平台上，四周用横木支撑，必要时打设地锚。

（3）钻孔

采用空压机干式成孔，每钻完一孔便顶进一根钢管，及时注浆，下一钻孔同步进行。

①钻具的连接

根据施工中的碎石土岩性，采用风动冲击器+螺旋钻杆组合钻具进行钻进。

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冲击器后直接接螺旋钻杆，一则利于排碴，二则便于保直，螺旋钻杆的长度以1.5～4.5m为宜。

②开孔

为了保证孔口的成孔质量，开孔时宜用小给进力、高转速。给进力一般0.5～1.0Mpa，转速80～100转/分钟，每钻进40cm时，退出扫孔，后再钻进。待成孔2～3m时，再加压全速钻进。

③钻进

钻进时，如遇到岩层或孤石时，为保证钻进效率，可适时增加钻机的给进力，降低转速。给进力一般1.0～2.5Mpa，转速60～80转/分钟，每钻进50～80cm时退出扫孔。扫孔时，给进速度应控制在1m/分钟；如遇到土层或土加石层时，应先背压，后给进，使给进与起拔的压差保证在1.0Mpa以下，并控制给进速度1m/分钟，便于孔内排碴，至钻杆回转时无较大跳动为宜。

钻进过程中应经常用测斜仪测量方位角，随时检查钻孔方向的准确性。成孔一半时，应用套管测量控制偏斜度，确保成孔偏差在±0.10m范围内。

④扫孔

成孔后进行扫孔，目的是顺孔及清碴。为保证管棚钢管顺利下到孔底，每钻进5m，应全部将钻具退出孔外，再控制给进度1m/分钟，扫孔至孔底，直至钻具能顺利下到孔底无阻力为止。

⑤地质分析

钻进过程中应根据钻进速度、岩土取芯、司钻压力等情况判断孔内地质情况。如钻速加快，说明地质变软或前方出现溶洞等现象；如钻速减慢，说明地质变硬。施工中应及时做好原始施工记录并绘制地质剖面图和展开图，为控制钻进度速度及隧道开挖提供施工依据。

（4）顶管（安装管棚钢管）

管棚钢管采用钻机顶进，如遇故障。须重新清孔后再将钢管顶入。地质条件较差时，顶管应及时、快速，以保证钻孔稳定时将管子送至孔底，防止时间过长造成塌孔而影响顶管。

钢管采用Ф89×6mm热轧无缝钢管，节长1.9m、3m、6m。其中，第一节管均采用6m长的钢管（单头锥形），中间5根管均为3m长，尾管1.9米长。钢管节

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