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1、方证出品（1）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
2、坏也较缓慢。方证出品 掘进距离取决于管棚深度掘进距离取决于管棚深度 管棚支护的施工掘进管棚支护的施工掘进 方证出品 管棚工法：管棚工法是在隧道开挖之前沿隧道开挖面内轮廓，以一定间隔与管棚工法是在隧道开挖之前沿隧道开挖面内轮廓，以一定间隔与隧道平行钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内压注充填水泥浆或隧道平行钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆，来增加钢管外围岩的抗剪强度，并使钢管与围岩一体化，砂浆，来增加钢管外围岩的抗剪强度，并使钢管与围岩一体化，由管棚与围岩构成棚架体系。由管棚与围岩构成棚架体系。管棚超前支护定义管棚超前支护定义 方证出品 管棚的工作原理：梁效应。形成梁式结构，防止
3、围岩崩塌和松弛；加强效应。提高钢管周围围岩的强度和刚度；方证出品 长管棚的布设：在隧道洞口、浅埋段、拱顶地质松软易塌落、下穿公路与建筑物、地表沉降要求严格的地段，沿着隧道断面周边的一部分或全部，以一定的间距环向布设，以形成管棚群；沿周边布设的长度及形状,主要取决于地形、地层以及地中或地面和周围建(构)筑物的状况。方证出品 管棚的布设形式(a)(a)扇形布设；扇形布设；(b)(b)半圆形布设；半圆形布设；(c)(c)门型布设；门型布设；(d)(d)全周布设；全周布设；(e)(e)上部双层布设；上部双层布设；(f)(f)上部一侧布设；上部一侧布设；(g)(g)一字形布设一字形布设 方证出品 扇形管
4、棚布置形式 方证出品 半圆形管棚布置形式半圆形管棚布置形式 方证出品 门形管棚布置形式门形管棚布置形式 方证出品 全周布置与上部一侧布置全周布置与上部一侧布置 方证出品 双层布置双层布置 一字布置一字布置 方证出品 长管棚的布设形式 扇形布设:用于隧道断面内地层比较稳定,但拱部附近的地层不稳定的场合。半圆形布设:用于隧道下半部地层稳定,但起拱线以上的地层不稳定的场合。门形布设:隧道基础稳定,但边墙和拱部不稳定时。全周布设:用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等。上部一侧布设:隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需防护,或斜坡地形可能形成偏压时采用。上部双层布设:用于隧道上部有重要设施,拱部地层不稳定
5、的地段,或地铁车站等大断面地铁施工时。一字形布设:在铁路、公路正下方施工,或在某些结构物下方施工时采用。方证出品 钢管的选择：从确保管棚施工质量出发,管棚长度一般为1035m不等,最近也有管棚一次施工长度超过100m的记录。采用长管棚超前支护施工时,管棚一般选用 70180mm的焊接钢管,入土端制作成尖靴状或楔形,顶进端焊一圈 8mm圆钢筋箍。对于特殊地段,可采用长大管棚,大直径钢管多为 300500mm。管棚超前支护参数的选择管棚超前支护参数的选择 方证出品 钢管环向布设间距的选择钢管环向布设间距的选择：钢管环向布设间距对防止 上方土体塌落及松弛有很 大影响,施工中须根据结 构埋深、地层情况
6、、周围 结构物状况等合理选择；一般采用的间距为2.02.5倍钢管直径；在铁路、公路正下方施工时,要采用刚度大的大中直径钢管连续布设。方证出品 管棚超前支护施工流程管棚超前支护施工流程 管棚法的施工工艺流程为:设置管棚基地水平钻孔压入钢管向钢管内或管周圈土体注浆管棚支护条件下进行开挖。如隧道内的岩土层结构松软,或有破碎带,或自承力很低,可再提高管棚的支承力及侧墙的承载力,包括在管棚间的缝隙打上顶板锚杆或扇状锚杆、管棚孔内安放小钢筋笼。方证出品 方证出品 方证出品 方证出品 方证出品 方证出品 地质勘查管棚设计设备材料准备管棚加工与制作浆液制作建立工作室测量定位钻机定位钻孔与清孔插入管棚注浆加固隧
7、道开挖管棚施工工艺流程管棚施工工艺流程 方证出品 钻孔流程钻孔流程 准备工作套管定位钻孔安装下节套管安装管棚取出套管退钻 继续钻孔钻机移位下一孔位一节套管钻完孔深到位方证出品 注浆流程注浆流程 水泥 水 水泥浆池稀释水玻璃注浆泵混合器 钻孔注浆三通方证出品 成孔方法成孔方法 常用的施工方法有夯管法、顶管法、钻孔等。但钻孔法是目前最常用的成孔方法。随着钻探设备的专业化分工越来越细，管棚专用钻机也应运而生。管棚钻进为近水平钻进，性质上与勘探钻孔有所不同，对钻孔方向(空间位置)的精度要求很高，终孔测量一旦发现孔斜或超出设计允许偏差，会造成严重的后果。方证出品 意大利产管棚钻机意大利产管棚钻机 方证出
8、品 DDLDDL-300300型钻机型钻机 方证出品 管棚钻机管棚钻机 工作平台车工作平台车 方证出品 新型凿岩台车新型凿岩台车 方证出品 大断面隧道施工技术大断面隧道施工技术 方证出品 主要施工设备主要施工设备 支护架设机支护架设机 单臂掘进机单臂掘进机 自动喷浆机自动喷浆机 钻孔台车钻孔台车 方证出品 隧道通风隧道通风 方证出品 钢管的安装钢管的安装 管棚钢管在跟进过程中要派专人进行套接加长，管棚相接时，保证管棚中线在同一轴线上，顺丝拧紧，不应出现扭曲现象，并确保连接头与管棚钢管丝扣紧密结合，不出现不同轴、偏心现象。考虑到钢管受力、结构整体及施工方便等因素，同一断面内的钢管接头数一般不大于
9、50%，且相邻钢管的接头位置至少错开1m，常用的作法是将钢管按奇、偶编号，可确保钢管接头错开，钢管接头采用丝扣连接。钢管的分节长度一般为4m到6m，管壁加工梅花状透浆孔，管棚安装可采用人工或机械下管的方式。方证出品 钢管的安装钢管的安装 梅花孔梅花孔 方证出品 注注 浆浆 在设计给出浆液种类、预期注浆效果等条件下，为保证施工质量，在实际注浆施工前宜进行现场原位注入试验，确定最优注浆参数等来指导注浆，以保证注浆效果。为防止出现塌孔或注浆窜孔，可在钻孔时隔孔位钻孔，加大孔与孔之间的距离，待注浆完成凝固后再钻相连孔位，这样可有效保证钻孔和注浆质量，管棚和注浆混凝土形成厚拱，实现管棚纵向成梁、横向成拱
10、的承载作用。方证出品 施做方法：隧道周围小导管注浆，是在开挖面前方，沿开挖面的拱部外周打入直径为3870mm的钢管，压注浆液，开挖时用钢架支护等支承这种钢管。作用：起到稳定开挖面和止水作用；起到超前管棚支护作用；同时，拱脚径向小导管注浆法还具有锁脚锚杆的功能，对防止正台阶落底时的下沉非常有利。（2 2）小导管预注浆工法）小导管预注浆工法 方证出品 小导管布置图小导管布置图 方证出品 优点：该工法具有施工设备少、工艺简单、成本低、质量可靠、安全等特点。小导管预注浆工法小导管预注浆工法 注浆小导管用风镐打入。注浆小导管用风镐打入。方证出品 适用范围：小导管预注浆法适用于拱顶薄层松软带、断层破碎带、
11、有地下水小导管预注浆法适用于拱顶薄层松软带、断层破碎带、有地下水影响的地质不稳定、易于塌落掉块的影响的地质不稳定、易于塌落掉块的、级围岩隧道段级围岩隧道段,它常同台它常同台阶法施工配合使用。阶法施工配合使用。注浆压力一般控制在注浆压力一般控制在0.51.0MPa之间之间 方证出品 小导管预注浆参数：注浆小导管采用 3250mm的 焊接钢管制成，导管沿掘进面 的上半断面轮廓线布置，间距 0.20.3m，仰角控制在5o15o。注浆小导管管头为25o30o的锥体，管长3.03.5m，其中端头花管长2.02.5m，花管部分钻有 610mm的孔眼，每排4个孔，交叉排列，间距1020cmm左右。A大图在下
12、方大图在下方 方证出品 图图1 临时仰拱施工例临时仰拱施工例 （1）临时仰拱）临时仰拱 在台阶法中，常常采用修筑临时仰拱的方法，如图。在台阶法中，常常采用修筑临时仰拱的方法，如图。大断面隧道施工技术大断面隧道施工技术 方证出品 1、管棚设计、管棚设计 1.1管棚施工设计参数 (1)钢管规格：采用108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长分别为3 m、6m。钢管前段呈尖锥状。(2)管距：环向间距中至中为40cm。(3)外插角：与水平线角度为1（不包括路线纵坡）。(4)钢花管：钢管上钻注浆孔，孔径8mm，孔间距75cm，呈梅花型布置。钢花管尾部（孔口段）1.5m不钻花孔作为止浆段。(5)导向管：采
13、用127mm，长2m的热轧无缝钢管，并模筑60cm厚的C25混凝土来固定导向管。(6)数量：37孔。（3 3）七坡隧道管棚方案）七坡隧道管棚方案 方证出品 隧道施工的现场布置隧道施工的现场布置 方证出品 1.2管棚设计注浆 (1)灌注浆液：采用水泥浆注浆。(2)注浆参数：水泥浆水灰比：1：1；(3)注浆压力：初始压力0.51.0Mpa，终止压力2.0Mpa。注浆前应进行现场注浆试验，根据现场实际情况调整注浆参数 方证出品 2、施工工序及工艺、施工工序及工艺 2.1套拱制作及导向管安装 为确保超前大管棚施工的准确性和有效性，进行超前大管棚施工前，必须进行导向管施工，C25级混凝土套拱施工，导向管
14、直接焊接在拱架上方。隧道导向管安装里程为ZK35+568-ZK35+570，ZK38+280-ZK38+282，K35+587-K35+589，K38+260-K38+262。Zk35公里处568米-570米。Z（左）方证出品 套拱施工工艺如下：(1)测量放线，确定施工里程及钢拱架加工尺寸。(2)套拱钢拱架：现场架立3榀I18钢拱架，间距为75cm，钢拱架距套拱边缘距离为25cm，导向管布置于支撑钢拱架上方，钢拱架之间采用22钢筋进行连接固定。连接筋环向间距为100cm。(3)安装固定导向管；导向管采用127mm的无缝钢管进行加工制作。其安设的平面位置、外插角的准确度直接影响管棚的质量。现场施
15、作由测量人员利用全站仪在钢架上测量定出其平面位置，设定导向管的倾角、外插角，然后将导向管按要求与附近钢拱架焊接，同时在导向管内外两侧用2根20钢筋环向焊接成一整体，防止混凝土施工过程中产生位移。此外，导向管靠近掌子面端头必须密贴掌子面。(4)导向管两端采用尼龙编制袋进行封堵，便于随后的混凝土施工。(5)现场采用C25混凝土进行浇筑,待混凝土强度达到设计强度80后，方可进行管棚钻孔作业。方证出品 2.2搭建钻机平台 以洞口预留核心土作为钻机平台，局部用15cm15cm400cm的方木辅助搭建，由下向上，由两边至中间，根据孔位依次搭好，要求钻机平台搭建牢固，以利于安装固定钻机，防止钻机不均匀下沉、
16、摆动、倾斜而影响钻孔质量，钻机距工作面不小于2 m。2.3钻机就位 钻机运至洞口，将钻机安放固定在平台上，连接管路，接通电源。方证出品 2.4成孔 (1)根据套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。(2)钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进，当钻至砂层易塌孔时，应加泥浆护壁方可继续钻进；如不能成孔时，可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻进。(3)钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹砂层时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。(4)开孔时钻速要慢，压力要小，根据地层及钻进情况随时调整钻压及钻速以保证成孔精度。钻进中，如遇异常，应立即停钻，查明原因。方证出品 (5)施钻时，钻机大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动，提高施钻精度。(6)钻机开孔时钻速宜低，钻深20cm后转入正常钻速。第一节钻杆钻入岩层尾部剩余20-30cm时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻杆（注意不得卡丝扣），钻机低速反转，脱开钻杆。钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆，并在钻杆前端安装好联接套，
