隧道管棚超前支护技术详解附实例精选文档

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1、隧道管棚超前支护掘进距离取决于管棚深度掘进距离取决于管棚深度1地下工程超前支护方法超超前前支支护护技技术术是是指指在在隧隧道道开开挖挖之之前前，通通过过向向掌掌子子面面前前方方地地层层里里注注浆浆、冷冷冻冻、打打入入钢钢管管、钢钢板板、锚锚杆杆等等技技术术措措施施在在隧隧道道横横断断面面上上形形成成一一个个拱拱形形连连续续体体，使使其其加加固固开开挖挖面面前前方方地地层层，同同时时利利用用其其支支撑撑力力保保持持前方土体的稳定，减少地表沉降量的技术总称。前方土体的稳定，减少地表沉降量的技术总称。研研究究表表明明，围围岩岩注注浆浆加加固固可可提提高高其其强强度度和和变变形形模量，从根本上改善围岩

2、的变形规律，模量，从根本上改善围岩的变形规律，前前苏苏联联的的资资料料表表明明，砂砂岩岩在在注注浆浆后后的的强强度度可可增增加加50%-70%50%-70%，粉粉砂砂岩岩和和泥泥质质岩岩增增加加2-42-4倍倍，而而岩岩石石强强度的增大可使支护荷载减少度的增大可使支护荷载减少2/3 -4/52/3 -4/5。 2实实践践表表明明超超前前支支护护体体系系能能够够有有效效地地限限制制地地面面沉沉降降，并并全全面面地地保保持持自自然然地地层层在在稳稳定定状状态态下下开开挖挖隧隧道道。研研究究表表明明地地面面的的整整个个沉沉降降量量的的30%-40%30%-40%和和地地下下地地层层的的整整个个沉沉降

3、降量量的的40%-50%40%-50%是是在在一一般般的的支支护护开开始始发发生生作作用用之之前前发发生生的的，超超前前支支护护对对地地面面沉沉降降有有30-35%30-35%的的抑抑制制效效果果，对对隧隧道道顶顶上上地地层层( (拱拱顶顶) )沉沉降降有有40%40%的的抑抑制制效效果果，所所以以，加加固固掌掌子子面面前前方方的的地地层层对对抑抑制制地地面面沉沉降降有有非非常常重重要要的的作作用用。超超前前支支护护技技术术作作为为加加固固地地层层、稳稳定定拱拱顶顶及及掌掌子子面面、减减少少地地表表沉沉降降的的辅辅助助施施工工工工法法，己己经在地下工程施工中得到了广泛地应用。经在地下工程施工中

4、得到了广泛地应用。 3根根据据采采取取的的加加固固措措施施对对周周围围地地层层特特性性和和应应力力分分布布的的影影响响，可可将将超超前前支支护护分分为为地地层层改改良良法法和和预预支支护护法法。地地层层改改良良法法就就是是提提高高开开挖挖面面周周围围地地层层土土的的特特性性的的方方法法，这这种种方方法法包包括括注注浆浆、土土壤壤加加固固、排排水水和和地地层层冻冻结结等等；预预支支护护法法就就是是在在隧隧道道开开挖挖前前，先先超超前前对对围围岩岩进进行行加加固固，以以增增加加围围岩岩的的自自稳稳能能力力，并并使使开开挖挖面面周周围围应应力力干干扰扰达达到到最最小小的的方方法法。超超前前支支护护方

5、方法法主主要要包包括括：管管棚棚法法，机机械械预预切切糟糟法法，预预衬衬砌砌法法，水水平平旋旋喷喷注注浆浆法法，超超前前小小导导管管法法，超超前前锚锚杆杆法法、冻冻结结法法等等等等。其其中中管管棚棚法法、水水平平旋旋喷喷注注浆浆法法、小小导导管管法法等等支护方法同时也改良和加固了地层支护方法同时也改良和加固了地层。 4管棚注浆支护就就是是把把一一组组钢钢管管沿沿开开挖挖轮轮廓廓外外己己钻钻好好的的孔孔中中打打入入地地层层内内，并并与与钢钢拱拱架架组组合合形形成成强强大大的的棚棚架架预预支支护护加加固固体体系系，支支承承来来自自于于管管棚棚上上部部的的荷荷载载，通通过过钢钢管管的的梅梅花花形形布

6、布置置的的注注浆浆孔孔加加压压向向地地层层中中注注浆浆，以以加加固固软软弱弱破破碎碎的的地地层层，提提高高地地层层的的自自稳稳能能力力。管管棚棚注注浆浆是是一一种种长长距距离离超超前前支支护护方方法法，超超前前距距离离长长，刚刚度度较较大大，适适用用于于掌掌子子面面不不能能自自稳稳、含含水水的的地地层层，控控制制地地表表沉沉降降、防防渗渗止止水水的的效效果果较较好好，施施工工工工艺艺要要求求较较高高。如如将将管管棚棚注注浆浆与与小小导导管管补补充充注注浆浆法法结结合合，除除具具有有大大管管棚棚的的特特点点外外，能能够够防防止止管管棚棚下下方方三三角角土土体体的的塌塌落落，这种长短结合的预支护效

7、果更为理想。这种长短结合的预支护效果更为理想。 5管棚支护的主要作用和优点（1 1）梁梁拱拱效效应应：先先行行施施设设的的管管棚棚，以以掌掌子子面面和和后后方方支支撑撑为为支支点点，形形成成一一个个梁梁式式结结构构，二二者者构构成成环环绕绕隧隧洞洞轮轮廓廓的的壳壳状状结结构构，可有效抑制围岩松动和垮塌。可有效抑制围岩松动和垮塌。（2 2）加加固固效效应应：注注浆浆浆浆液液经经管管壁壁孔孔压压入入围围岩岩裂裂隙隙中中，使使松松散散岩岩体体胶胶结结、固固结结，从从而而改改善善了了软软弱弱围围岩岩的的物物理理力力学学性性质质，增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。强了围岩的自承能力

8、，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。（3 3）环环槽槽效效应应：掌掌子子面面爆爆破破产产生生的的爆爆炸炸冲冲击击波波传传播播和和爆爆生生气气体体扩扩展展遇遇管管棚棚密密集集环环形形孔孔槽槽后后被被反反射射、吸吸收收或或绕绕射射，大大大大降降低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。（4 4）确确保保施施工工安安全全：管管棚棚支支护护刚刚度度较较大大，施施工工时时如如发发生生塌塌方方，塌塌碴碴也也是是落落在在管管棚棚上上部部岩岩碴碴上上，起起到到缓缓冲冲作作用用，即即使使管管棚棚失稳，其破坏也较缓慢。失稳，其破坏也较缓慢。 6隧道超前支护法一览 根

9、根据据采采取取的的加加固固措措施施对对周周围围地地层层特特性性和和应应力力分分布布的的影影响响，可可将将超超前前支支护护分分为为地地层层改改良良法法和和预预支支护护法法。地地层层改改良良法法就就是是提提高高开开挖挖面面周周围围地地层层土土的的特特性性的的方方法法，这这种种方方法法包包括括注注浆浆、土土壤壤加加固固、排排水水和和地地层层冻冻结结等等；预预支支护护法法就就是是在在隧隧道道开开挖挖前前，先先超超前前对对围围岩岩进进行行加加固固，以以增增加加围围岩岩的的自自稳稳能能力力，并并使使开开挖挖面面周周围围应应力力干干扰扰达达到到最最小小的的方方法法。超超前前支支护护方方法法主主要要包包括括：

10、管管棚棚法法，机机械械预预切切糟糟法法，预预衬衬砌砌法法，水水平平旋旋喷喷注注浆浆法法，超超前前小小导导管管法法，超超前前锚锚杆杆法法、冻冻结结法法等等等等。其其中中管管棚棚法法、水水平平旋旋喷喷注注浆浆法法、小小导导管管法等支护方法同时也改良和加固了地层法等支护方法同时也改良和加固了地层。 7管棚注浆支护 就就是是把把一一组组钢钢管管沿沿开开挖挖轮轮廓廓外外己己钻钻好好的的孔孔中中打打入入地地层层内内，并并与与钢钢拱拱架架组组合合形形成成强强大大的的棚棚架架预预支支护护加加固固体体系系，支支承承来来自自于于管管棚棚上上部部的的荷荷载载，通通过过钢钢管管的的梅梅花花形形布布置置的的注注浆浆孔孔

11、加加压压向向地地层层中中注注浆浆，以以加加固固软软弱弱破破碎碎的的地地层层，提提高高地地层层的的自自稳稳能能力力。管管棚棚注注浆浆是是一一种种长长距距离离超超前前支支护护方方法法，超超前前距距离离长长，刚刚度度较较大大，适适用用于于掌掌子子面面不不能能自自稳稳、含含水水的的地地层层，控控制制地地表表沉沉降降、防防渗渗止止水水的的效效果果较较好好，施施工工工工艺艺要要求求较较高高。如如将将管管棚棚注注浆浆与与小小导导管管补补充充注注浆浆法法结结合合，除除具具有有大大管管棚棚的的特特点点外外，能能够够防防止止管管棚棚下下方方三三角角土土体体的的塌落，这种长短结合的预支护效果更为理想。塌落，这种长短

12、结合的预支护效果更为理想。 8管棚支护适用范围 根根据据国国内内外外的的施施工工实实践践，综综合合我我国国目目前前地地下下工工程程管管棚棚支支护护应应用用的的实实际际案案例例，管管棚棚支支护护可可适适用用于于：软软弱弱砂砂土土质质地地层层、砂砂卵卵砾砾石石地地层层，膨膨胀胀性性软软流流塑塑、硬硬可可塑塑状状粉粉质质粘粘土土地地层层，裂裂隙隙发发育育岩岩体体、突突泥泥突突水水段段、断断层层破破碎碎带带、塌塌方方段段、破破碎碎土土岩岩堆堆地地段段、浅浅埋埋大大偏偏压压等等地地质质和和地地下下水水丰丰富富条条件件的的地地下下构构筑筑物物施施工工的的支支护护，隧隧道道进进出出口口段段开开挖挖的的支支护

13、护，也也多多应应用用于于地地铁铁等等穿穿越越城城区区的的地地下下工工程程的的开开挖挖预预支支护护，可可作作为为穿穿越越既既有有建建筑筑物物、公公路路、铁铁路路及及地地下下结结构构物物下下方方修修建建隧隧道道的的辅辅助助方方法法；作作为为隧隧道道洞洞口口段段及及修修建建大大断断面面隧隧道道施施工工的的辅辅助助工工法法及及作作为为其其他他施施工工的的辅辅助助工工法法，也也常常用用于于浅浅埋埋但但不不宜宜明明挖挖地地段段或或浅浅埋埋隧隧道道情情况况下下，地地表表有有建建筑筑物物、或或隧隧道道接接近近地中结构物时等对施工沉降有特殊要求的工程等。地中结构物时等对施工沉降有特殊要求的工程等。9管棚支护的设

14、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70-127mm；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。 10掘进距离取决于管棚深度掘进距离取决于管棚深度11管径的选择 大大部部分分工工程程的的钢钢管管直直径径在在中中50-180mm50-180mm之之间间，有有学学者者将将管管棚棚支支护护按按管管径径分分

15、类类为为小小管管棚棚和和大大管管棚棚，小小管管棚棚管管径径一一般般在在30-50mm30-50mm，大大管管棚棚管管径径介介于于89-159mm89-159mm，工工程程中中多多用用108mm108mm的的钢钢管管，环环向向间间距距以以不不大大于于3-53-5倍倍管管径径为为宜宜。管管棚棚钢钢管管的的选选择择根根据据计计算算结结果果和和技技术术经经济济因因素素分分析析，对对于于支支护护条条件件要要求求较较高高的的松松软软地地层层，应应选选取取127mm127mm钢钢管管，土土体体凝凝聚聚力力较较高高的的粘粘性性土土，可可选选取取89mm89mm钢钢管管，一一般般土土层层在在多多数情况下选取数情

16、况下选取108mm108mm钢管。钢管。 12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： 13管棚钢管环向间距的确定 管管棚棚钢钢管管直直径径范范围围一一般般为为70-180mm70-180mm，我我们们可可将将管管棚棚支支护护按按管管径径分分类类为为小小管管棚棚、中中管管棚棚、大大管管棚棚。小小管管棚棚管管径

17、径一一般般在在3250mm3250mm范范围围内内，多多采采用用管管径径为为42mm42mm的的钢钢管管，管管长长以以3.5-5m3.5-5m为为宜宜，环环向向间间距距一一般般取取0.3-0.4m0.3-0.4m，水水平平搭搭接接长长度度1-1.5m1-1.5m。中中管管棚棚管管径径一一般般在在50-89mm50-89mm范范围围内内，管管长长一一般般不不超超过过20m20m，环环向向间间距距一一般般取取0.3-0.4m0.3-0.4m，水水平平搭搭接接长长度度1-2m1-2m。大大管管棚棚一一般般可可选选用用89-159mm89-159mm的的钢钢管管，常常用用管管径径108mm108mm，

18、管管长长以以不不超超过过40m40m为为宜宜，钢钢管管一一般般分分节节长长4m4m或或6m6m，以以丝丝扣扣连连接接，丝丝扣扣长长不不小小于于150mm150mm，环环向向间间距一般不大于距一般不大于3-53-5倍管径为宜。倍管径为宜。14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5-15，中管棚常取2-8，长管棚多取1-3。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

19、于1米，特殊情况下需加密。 15管棚布置形式16管棚布置形式17管棚布置形式18管棚布置形式19门型布置20全周布置与上部一侧布置21管棚布置形式22管棚施工工艺流程23钻孔流程24注浆流程25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。但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。26钻孔方法常规回转钻进硬质合金（刮刀、牙轮等）钻进；常规风动潜孔锤钻进；ODEX法风动潜孔锤跟管钻进；双动力头跟管钻进

20、；长螺旋跟管钻进；27潜孔锤跟管钻进28“土星”跟管钻进法孔孔锤锤通通过过焊焊在在套套钻钻头头和和潜潜管管靴靴（3 3）内内壁壁上上的的三三个个凸凸块块（4 4）来来控控制制中中心心。当当偏偏心心钻钻头头向向下下伸伸出出套套管管靴靴时时，凸凸块块处处于于控控制制潜潜孔孔锤锤位位置置，这这时时实实现现偏偏心心扩扩孔孔钻钻进进，套套管管同同时时跟跟进进，当当钻钻孔孔完完成成钻钻具具往往上上提提拉拉时时，凸凸块块位位于于控控制制钻钻头头体体位位置置，且且有有一一凸凸块块嵌嵌入入钻钻头头体体凹凹槽槽，偏偏心心钻钻头头即即可进入套管并提出地表。可进入套管并提出地表。29“海王星”跟管钻进法 “ “海海王

21、王星星” ”跟跟管管系系统统如如图图2-92-9所所示示，这这种种系系统统的的内内外外管管系系统统基基本本和和 “ “土土星星“ “跟跟管管系系统统相相似似，内内管管定定心心是是通通过过回回转转内内管管（3 3），借借助助一一个个螺螺旋旋伸伸缩缩接接头头（8 8）和和套套管管在在潜潜孔孔锤锤外外部部的的带带有有凸凸台台（7 7）的的套套筒筒（6 6）一一齐齐向向下下移移动动，使使凸凸台台座座落落在在套套管管（4 4）底底部部套套管管靴靴（5 5）内内的的台台阶阶上上。此此时时将将潜潜孔孔锤锤（1 1）挤挤向向一一侧侧，并并实实现现偏偏心心钻钻头头（2 2）的的扩扩底底钻钻进进，偏偏心心钻钻进进

22、进进入入套套管管并并能能提提到到地地表表。为为防防止止套套管管靴靴内内部部磨磨损损，其其内内部部在在与与凸凸台相对应的位置上设有耐磨环。台相对应的位置上设有耐磨环。30 潜孔锤跟管钻具按钻头能否改变直径可分为潜孔锤跟管钻具按钻头能否改变直径可分为两大类：即钻头变径跟管钻具和钻头不变径跟管钻两大类：即钻头变径跟管钻具和钻头不变径跟管钻具。钻头变径跟管钻具目前主要有单偏心变径跟管具。钻头变径跟管钻具目前主要有单偏心变径跟管钻具、双（三）偏心变径跟管钻具和径向变径跟管钻具、双（三）偏心变径跟管钻具和径向变径跟管钻具等结构。除单偏心变径跟管钻具属于偏心跟管钻具等结构。除单偏心变径跟管钻具属于偏心跟管外

23、，其余结构的钻头变径跟管钻具由于钻头翼瓣在外，其余结构的钻头变径跟管钻具由于钻头翼瓣在张敛的过程中沿钻具中心轴线是对称的，因此应属张敛的过程中沿钻具中心轴线是对称的，因此应属于同心跟管钻具。钻头不变径跟管钻具均采用内外于同心跟管钻具。钻头不变径跟管钻具均采用内外钻头结构，一般套管需要回转，此类钻具属同心跟钻头结构，一般套管需要回转，此类钻具属同心跟管钻具。相对来说钻头变径跟管钻具使用的比例较管钻具。相对来说钻头变径跟管钻具使用的比例较大，约占市场使用的大，约占市场使用的95%95%，这都是由它的结构特点所，这都是由它的结构特点所决定的。决定的。31钻头不变径跟管的主要缺点有1、钻具在工作时，内

24、外管同时回转，易造成内外管之间的环状间隙被岩粉堵塞或被大块岩屑卡住，造成内管反转失灵，内外管无法分离。这种方法需要大扭矩的回转钻机，能源消耗大，不利于环保；2、由于钻头不变径跟管钻具的钻进是同口径进入，尤其是遇到漂石时，钻进将非常困难，即使钻孔成功，由于钻孔缩径，起拔套管也非常麻烦，甚至经常造成套管断裂等孔内事故。32吉林大学郑治川成果三活瓣跟管钻具的组成三活瓣跟管钻具的组成钻头活瓣结构钻头活瓣结构33钻头活瓣张开34钻头活瓣闭合35单偏心跟管钻头型36张开状态37单偏心跟管钻头型3839该型钻头优点1.1.连连接接偏偏心心钻钻头头和和钻钻头头体体的的横横销销只只起起到到悬悬挂挂钻钻头头的的作

25、作，不不承承担担扭扭矩矩，避避免免了了销销子子的的变变形形、折折断断所所造造成孔内事故；成孔内事故；2.2.目目前前国国内内采采用用的的偏偏心心跟跟管管钻钻头头需需要要转转动动175175左左右右才才能能实实现现钻钻头头的的张张敛敛，而而这这种种类类型型钻钻头头的的钻钻头头体体正正转转一一个个很很小小角角度度（88左左右右）即即可可使使钻钻头头直直径径增增大大到到设设定定的的扩扩孔孔直直径径，钻钻头头收收回回时时，反反转转一一个个很很小小角角度度即即可可使使钻钻头头直直径径缩缩小小到到设设定定的的直直径径，减减少少了钻头收回时被卡住的概率；了钻头收回时被卡住的概率；3.3.单单偏偏心心跟跟管管

26、钻钻头头型型的的扭扭矩矩是是通通过过在在钻钻头头体体上上设设有有一一肾肾形形的的长长圆圆孔孔和和在在偏偏心心钻钻头头上上设设有有一一肾肾形形的长圆轴的配合来传递的；的长圆轴的配合来传递的；4.4.易于实现较大的变径要求。易于实现较大的变径要求。40长螺旋跟管钻进41管棚钻孔轨迹控制方法 管管棚棚钢钢管管钻钻孔孔一一旦旦出出现现孔孔斜斜或或超超出出设设计计允允许许偏偏差差，会会妨妨碍碍邻邻近近钢钢管管的的钻钻设设，造造成成洞洞体体形形状状参参差差不不齐齐，支支护护效效果果不不好好等等结结果果；若若钢钢管管下下沉沉到到一一定定程程度度，开开挖挖时时还还需需要要切切除除，造造成成间间隔隔增增大大，易

27、易坍坍塌塌。为为此此，钻钻进进时时可可采采取取中中压压给给进进、中中等等转转速速、中中等等循循环环液液量量钻钻进进；钻钻孔孔平平面面误误差差径径向向应应控控制制在在20cm20cm内内，角角度度误误差差小小于于11以以免免因因孔孔径径过过大大而而造造成成管管棚棚钢钢管管偏偏斜斜和和向向下下弯弯曲曲。在在实实际际施施工工中中水水平平钻钻孔孔弯弯曲曲一一般般较较难难避避免免，因因此此除除提提高高管管棚棚定定位位精精度度外外，可可再再给给以以适适当当的的上上抬抬量量( (根根据据现现场场地地质质情情况况定定) )，以以补补偿偿部部分分钻钻孔下垂量。孔下垂量。 42掘进距离取决于管棚深度掘进距离取决于

28、管棚深度43钢管的安装 管管棚棚钢钢管管在在跟跟进进过过程程中中要要派派专专人人进进行行套套接接加加长长，管管棚棚相相接接时时，保保证证管管棚棚中中线线在在同同一一轴轴线线上上，顺顺丝丝拧拧紧紧，不不应应出出现现扭扭曲曲现现象象，并并确确保保连连接接头头与与管管棚棚钢钢管管丝丝扣扣紧紧密密结结合合，不不出出现现不不同同轴轴、偏偏心心现现象象。考考虑虑到到钢钢管管受受力力、结结构构整整体体及及施施工工方方便便等等因因素素，同同一一断断面面内内的的钢钢管管接接头头数数一一般般不不大大于于50%50%，且且相相邻邻钢钢管管的的接接头头位位置置至至少少错错开开1m1m，常常用用的的作作法法是是将将钢钢

29、管管按按奇奇、偶偶编编号号，可可确确保保钢钢管管接接头头错错开开，钢钢管管接接头头采采用用丝丝扣扣连连接接。钢钢管管的的分分节节长长度度一一般般为为4m4m到到6m6m，管管壁壁加加工工梅梅花花状状透透浆浆孔孔，管管棚棚安安装装可可采采用用人人工工或或机机械械下下管管的的方方式。式。44钢管的安装45注浆 管棚注浆是管棚施工的关键环节之一，注浆效果的优劣同样影响着整个管棚体系的施工质量。因此，注浆要根据地质情况选用合适的浆液、压力和合理的流量，在注浆过程中压力小则注不进，压力过大则会造成地面外鼓、崩裂，在城市浅埋地段对地面建筑物造成影响。注浆时，一般采用先低压、中流量注入，注浆过程压力逐渐升高

30、，注浆流量逐渐减少；当压力升至终压时，继续压注5min，再结束注浆。46注浆 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、横向成拱的承载作用。 47注浆 为为减减少少相相邻邻管管孔孔注注浆浆间间的的相相互互影影响响，注注浆浆顺顺序序通通常常采采用用由由下下往往上上，左左右右对对称称进进行行；但但由由于于塌塌体体内内有有许许多

31、多块块石石相相互互支支架架，致致使使塌塌体体内内空空洞洞大大而而多多，这这些些空空洞洞有有的的直直接接与与塌塌空空区区相相连连，注注浆浆时时浆浆液液在在压压力力作作用用下下通通过过这这些些空空洞洞泄泄流流至至塌塌空空区区，而而不不能能在在管管棚棚附附近近均均匀匀扩扩散散，从从而而使使注注浆浆加加固固带带无无法法形形成成，为为此此，根根据据经经验验采采用用间间歇歇注注浆浆法法，即即当当长长时时间间注注浆浆压压力力上上不不来来时时，说说明明浆浆液液顺顺空空隙隙泄泄流流至至塌塌空空区区，这这时时将将浆浆液液凝凝结结时时间间调调整整至至30-5030-50秒秒，注注浆浆1-51-5分分钟钟，停停404

32、0秒秒，待待原原注注入入浆浆液液初初凝凝变变稠稠后后再再注注，如如此此反反复复，则则原原先先的的泄泄浆浆通通道道逐逐渐渐变变小小并并最最终终堵堵塞塞，浆浆液液即即在在管棚周围达到均匀扩散的目的。管棚周围达到均匀扩散的目的。48管棚超前支护技术发展趋势 在在目目前前的的超超前前支支护护方方法法中中, , 主主要要有有超超前前锚锚杆杆、超超前前小小导导管管注注浆浆和和超超前前管管棚棚。超超前前锚锚杆杆和和超超前前小小导导管管注注浆浆具具有有施施工工便便捷捷、技技术术易易掌掌握握、机机械械化化配配套套程程度度要要求求不不高高等等优优点点, , 但但支支护护长长度度小小( (仅仅3 3 5 5 m m

33、 ) ) , , 锚锚杆杆或或小小导导管管伸伸入入工工作作面面前前端端滑滑动动线线内内距距离离短短, , 开开挖挖循循环环进进尺尺受受限限制制, , 一一般般在在浅浅埋埋松松散散地地层层中中循循环环进进尺尺多多控控制制在在1515 17 17 m m , , 循循环环次次数数增增加加, , 工工序序交交换换频频繁繁, , 特特别别是是在在自自稳稳能能力力极极差差的的围围岩岩中中, , 锚锚杆杆和和导导管管前前端端仍仍在在滑滑移移面面内内, , 起起不不到到超超前前支支撑撑保保护护的的作作用用, , 极极易易造造成成工工作作面面失失稳稳, , 存存在在较较大大的的安安全全隐隐患患。因因此此，长长

34、管棚的应用越来越普遍。管棚的应用越来越普遍。49 长长管管棚棚超超前前支支护护施施工工技技术术的的支支护护作作用用机机理理在在于于, , 主主要要是是钢钢管管与与浆浆液液固固结结体体共共同同作作用用的的结结果果, , 一一方方面面进进行行钻钻孔孔、下下设设钢钢管管, , 当当钢钢管管穿穿过过松松散散软软弱弱围围岩岩、岩岩石石( (土土) ) 等等破破坏坏区区后后, , 伸伸入入到到原原状状土土部部位位时时, , 有有力力地地保保障障了了开开挖挖掌掌子子面面岩岩土土体体的的稳稳定定, , 起起到到骨骨架架、格格栅栅作作用用; ; 另另一一方方面面通通过过注注浆浆使使浆浆液液从从钢钢花花管管孔孔眼

35、眼中中压压出出, ,并并在在一一定定的的压压力力作作用用下下注注入入到到钢钢管管周周围围松松散散、软软弱弱的的地地层层中中, , 从从而而形形成成复复合合稳稳定定的的固固结结体体, , 使使周周围围地地层层的的力力学学性性质质得得到到改改变变, , 稳稳定定性性能能得得到到加加强强, , 可可以以防止土层坍塌和地表下沉。防止土层坍塌和地表下沉。5051意大利产管棚钻机52DDL-300型钻机53固体矿床的金刚石钻进，硬质合金钻进。同时也可以用于工程地质勘探钻进及基桩孔钻进。广泛应用于地质勘查，工程勘查，锚固护，旋喷注浆，管棚支护等工程施工作业。5455565758596061626364656

36、6676869三技术规格：三技术规格： 基本参数基本参数 3.13.1 钻孔直钻孔直径径 110-219 mm 110-219 mm 钻杆直径钻杆直径 6060，89 mm 89 mm 钻孔角度钻孔角度 全方位全方位 钻机外廓尺寸钻机外廓尺寸 4800X2000X2500 mm 4800X2000X2500 mm 钻机重量钻机重量 7500 Kg 7500 Kg 703.2 动力头 后动力头：（钻杆） 转速 转矩 单马达 低速 0-120 r/Min 1600 Nm 高速 0-310 r/Min 700 Nm 双马达 低速 0-60 r/Min 3200 Nm 高速 0-155 r/Min 1

37、400 Nm 前动力头：（套管）转速转矩 单马达低速 0-60 r/Min 2500 Nm 双马达低速 0-30 r/Min 5000 Nm 动力头给进行程： 2200 Nm 713.53.5 卷扬机卷扬机 提升速度提升速度0.20.20.7 m/s0.7 m/s 提升能力提升能力1515 KN KN 钢丝绳直径钢丝绳直径 1212 mm mm 容绳量容绳量 5050 M M 723.63.6 行走装置行走装置 液压钢制履带液压钢制履带 理论速理论速: : 2.1 Km/h 2.1 Km/h 额定牵引力额定牵引力 10KNm10KNm 爬坡度：爬坡度： 上坡上坡: : 小于小于2525度度 下

38、坡：下坡： 2020度度 侧翻角：侧翻角：3535度度 履带宽：履带宽：400mm400mm 履带中心距履带中心距: :2260mm2260mm 接地压强：接地压强：35KPa35KPa3.73.7 配备动力配备动力 道依兹风冷柴油机道依兹风冷柴油机 46KW46KW733.3 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/min 3.4 夹持器 夹持范围 50-200 mm 夹持力 6000 Nm 74隧道全液压履带管棚钻机-KR80412-3科莱（德国）美美 国国 卡卡 特特 彼彼 勒勒3056DI-

39、T3056DI-T水水 冷冷 发发 动动机机，功功率率：114kW;114kW;工工作作重重量量：14.214.2吨吨( (配配 200V200V钻钻 架架 和和KD1624KD1624凿凿岩岩机机) )，钻钻孔孔深深度度：水水平平30m,30m,钻钻孔孔口口径径89-250mm,89-250mm,也也可可用用于于锚锚索索孔孔钻钻进施工。进施工。 75超前管棚注浆施工案例本本合合同同段段隧隧道道浅浅埋埋类类围围岩岩段段采采用用超超前前长长管管棚棚注注浆浆支支护护，管管棚棚采采用用108mm108mm，壁壁厚厚4mm4mm的的钢钢管管。管管棚棚与与钢钢拱拱架架配配合合使使用用并并从从拱拱架架腹腹

40、部部穿穿过过。在在拱拱架架上上沿沿隧隧道道开开挖挖轮轮廓廓线线纵纵向向钻钻设设管管棚棚孔孔，外外插插角角约约33，以以不不侵侵入入隧隧道道开开挖挖线线越越小小越越好好，孔孔径径比比管管棚棚钢钢管管直直径径大大202030mm30mm，钻钻孔孔顺顺序序由由高高孔孔位位向向低低孔孔位位进进行行。钢钢管管前前端端加加工工成成尖尖锥锥形形，尾尾部部焊焊接接1010加加劲劲筋筋补补强强。钢钢管管上上入入岩岩部部分分梅梅花花形形布布置置12mm12mm注注浆浆孔孔，注注浆浆孔孔间间距距15cm15cm。钢钢管管方方向向与与路路线线中中线线平平行行，纵纵向向搭搭接接长长度大于度大于1.5m1.5m。 76隧

41、道施工工艺流程测量放样钻眼装药联线放炮通风清浮石仰拱装载机装矸（中心水沟挖掘机装矸）自卸汽车排矸施作系统锚杆喷射砼771.主要工艺流程钻孔、安设注浆管在隧道开挖轮廓线以外现浇C25混凝土护拱，搭设钻机平台，用工程水平钻机钻孔，达到设计深度后扫孔，安装注浆管，并在孔口1.5m2.5m处安设与钻孔直径相同的橡胶套，用水泥砂浆封闭孔口，防止浆液沿注浆管与钻孔壁的缝隙挤出。采用钻注的顺序进行施工。781.主要工艺流程配浆及注浆用超细水泥配制注浆液，采用后退式分段注浆，关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，试验压力等于注浆终压，如有漏水及时检修。注浆时采取低压力、中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，

42、流量逐步减小，当压力升至终压时，继续压注5min再结束注浆。注浆孔在注浆结束后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆填充，以增强管棚的刚度和强度。791.主要工艺流程注浆结束标准每段注浆施工正常，注浆压力达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80%及以上，或虽未达到设计终压，但注浆量已达设计注浆量，即可结束单孔注浆，设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象，注水试验地层吸水率0.05L/min，粘土固结强度大于0.4Mpa时即可结束全段注浆。 802、超前小导管注浆施工超超前前小小导导管管采采用用42mm42mm，壁壁厚厚3.5mm3.5mm的的无无缝缝钢钢管管。钢钢管管上上入入岩岩部部分分梅梅

43、花花形形布布置置6mm6mm注注浆浆孔孔，注注浆浆孔孔间间距距12cm12cm。导导管管前前端端加加工工成成尖尖锥锥形形，尾尾部部焊焊接接6.56.5加加劲劲筋筋补补强强。注注浆浆机机选选用用液液压压注注浆浆机机。施施工工时时，先先用用仪仪器器测测量量放放线线，画画出出开开挖挖外外轮轮廓廓线线，定定出出小小导导管管中中心心线线位位置置。导导管管采采用用钻钻孔孔施施工工时时，孔孔眼眼深深度度应应大大于于导导管管长长度度；采采用用锤锤击击或或钻钻机机顶顶入入时时，其其顶顶入入长长度度不不小小于于管管长长的的90%90%。注注浆浆采采用用液液压压注注浆浆机机。注注浆浆前前应应喷喷射射混混凝凝土土封封

44、闭闭作作业业面面，防防止止漏漏浆浆，喷喷层层厚厚度度不不小小于于5cm5cm。导导管管注注浆浆时时，尾尾部部应应设设封封堵堵塞塞，当当灌灌注注水水泥泥浆浆时时，应应在在封封堵堵塞塞上上设设注注浆浆孔孔和和排排气气孔孔。注注浆浆时时，排排气气孔孔出出浆浆后后应应立立即即停停止止注注浆。浆。813、锚杆施工1 1）2222砂砂浆浆超超前前锚锚杆杆锚锚杆杆钻钻孔孔前前根根据据设设计计要要求求和和围围岩岩情情况况，定定出出孔孔位位，作作出出标标记记。钻钻孔孔做做到到圆圆而而直直，其其孔孔径径和和孔孔深深符符合合设设计计要要求求，孔孔内内积积水水和和岩岩粉粉应应吹吹洗洗干干净净；锚锚杆杆孔孔口口岩岩面面

45、应应整整平平，并并使使岩岩面面与与钻钻孔孔方方向向垂垂直直，如如不不垂垂直直，安安装装锚锚杆杆时时可可用用特特制制垫垫板板调调整整，使使托托板板密密贴贴岩岩面面。锚锚杆杆施施工工预预张张拉拉力力时时，预预张张拉拉力力值值宜宜为为锚锚固固力力的的50%50%80%80%，安装后要定时检查，发现松动及时紧固。，安装后要定时检查，发现松动及时紧固。2 2）D25D25中中空空注注浆浆锚锚杆杆各各类类围围岩岩锚锚杆杆采采用用D25D25中中空空注注浆浆系系统统锚锚杆杆，锚锚杆杆长长度度为为3.03.03.5m3.5m，梅梅花花型型布布置置。采采用用风风钻钻钻钻孔孔，钻钻至至规规定定深深度度后后，用用高

46、高压压风风吹吹孔孔，打打入入锚锚杆杆，然然后后用用注注浆浆泵泵由由锚锚杆杆中中孔孔向向孔孔底底灌灌满满砂砂浆浆，安安装装垫垫板板螺螺栓。栓。82锚杆施工要点及注意事项孔位按设计布置，偏差小于10cm，孔深误差10cm。钻孔直径大于锚杆直径15mm。锚杆插入长度不小于设计长度。钻孔本身成直线，不弯曲。方向沿隧道周边径向，但不平行于岩面。施作锚杆时，同时预埋格栅钢架的定位锚杆。锚杆插入后不得随意敲击，三天内不准悬挂重物。83锚杆施工要点及注意事项灌孔前清孔，顺锚杆孔用高压风清除孔内积水、岩粉、碎屑等杂物。注浆使用灌浆罐和注浆管，孔口压力小于0.4MPa。顺着锚杆孔注浆，直到孔口有浆液流出为止。砂浆

47、随备随用，在砂浆初凝前使用完每100根锚杆随机抽样三根，作拉拔试验，以了解锚杆的锚固质量。844、钢筋网施工各类围岩均布置钢筋网。钢筋网采用6圆钢，间距为5cm15cm，钢筋网在现场单根安装。钢筋网与锚杆联接牢固，随着喷面的起伏铺设。钢筋网之间及与已喷砼段的钢筋网搭接牢固，且搭接长度不小于200mm。钢筋网需挂靠牢固，在喷射混凝土时钢筋网不得晃动。855、喷射(湿喷)混凝土施工A、喷射砼配合比设计原则选择喷射砼的配合比，既要考虑砼强度和其它物理力学性能的要求，又要考虑喷射工艺的要求。水泥、砂、石子及各种外加剂必须符合设计和规范要求。设计步骤：确定骨料的最大粒径和砂率确定水泥用量确定水灰比及用水

48、量确定砂、石用量试喷调整、确定施工配合比。865、喷射(湿喷)混凝土施工B、喷射工艺流程：原材料检查：对使用的各种原材料进行质量检查，合格后方能使用。机械设备检查：对机械进行技术检查，对水、风、电路进行试通检查，合格后方可运转。施工现场检查：检查受喷面，清除危岩浮土，用高压风吹扫岩面，埋设厚度标志。875、喷射(湿喷)混凝土施工C、喷射砼顺序喷射砼顺序:垂直方向为自下而上，水平方向从左到右或从右到左，并呈螺旋轨迹运动，一圈压半圈，纵向按顺序进行，旋转半径一般为15cm，每次蛇行长度为34m。岩面不平时，应先喷凹处找平。喷射砼时，其喷射砼速度不宜太慢或太快，适时加以调整。885、喷射(湿喷)混凝

49、土施工D、喷射质量检查按规范检查喷射表面，是否有松动、开裂、下坠、滑移等现象，如有及时清除重喷。喷体达一定强度后可用锤击听声，对空鼓脱壳处及时进行处理。钻眼量测，厚度不够处补喷。及时测定回弹率和实际配合比，以指导下步施工。对喷体试件进行力学试验。89隧道管棚施工工序图片详解超超前前小小导导管管与与管管棚棚的的区区别别: :超超前前小小导导管管的的处处理理范范围围一一般般也也就就6 6米米左左右右，小小导导管管为为壁壁厚厚5mm5mm的的钢钢管管，直直径径一一般般为为42mm42mm。是是通通过过小小导导管管注注浆浆将将掌掌子子面面前前方方的的较较为为破破碎碎的的围围岩岩进进行行固固结结的的一一

50、种种方方法法，使使围围岩岩形形成成一一个个整整体体后后再再进进行行下下一一步步工工序序。而而管管棚棚是是在在进进洞洞口口的的地地质质条条件件非非常常差差（如如：沙沙土土、破破碎碎严严重重的的岩岩石石、黄黄土土等等）的的情情况况下下使使用用，一一般般长长度度就就20-3020-30米米左左右右，管管棚棚为为壁壁厚厚3.5mm3.5mm的的钢钢管管，直直径径一一般般为为108mm108mm。当当然然洞洞内内地地质质条条件件非非常常差差的的时时候候也也可可以以用用管管棚棚（如如：洞洞内内遇遇到到冒冒顶顶现现象象造造成成的的沿沿洞洞轴轴线线长长度度较较大大，放放量量较较大）。大）。901.利用工字钢套

51、拱拱架安装套拱中导向管：912.绑扎套拱钢筋网：923.套拱底模安装934.套拱钢筋绑扎：945.套拱模板加固及泵管安装956.套拱拆模后施钻管棚孔967.套拱施钻管棚孔：978.利用挖机套拱送管棚施工：989.管棚注浆后封孔：9910.套拱施作完成：10011.钢拱架、小导管、钢筋网标准施工：10112.每间隔一榀钢格栅或一榀钢拱架安装小导管，及小导管布置范围：102103附实例附实例：公路隧道洞公路隧道洞133133超前预支护长大管棚施工技术超前预支护长大管棚施工技术104内容l1 前言l2 方案比选l3 方案特点l4 施工工艺流程及操作要点l5 主要结论和创新点l6 经济效益分析及推广应

52、用前景1051 前言p施工背景根据地质钻探SGZK-NYSSD-6钻孔资料和连续超前地质预报表明，南阳山隧道SK50+477435.5段洞身穿越泥岩及砂砾交界地层。拱顶泥岩层围岩节理发育，岩性软弱，厚度0.62.0m不等，泥岩之上的砂砾层厚度22m左右，砂砾层主要由砾石及砂粒组成，砾石含量55%左右，钻孔岩芯采取率低，岩芯呈散体状，砂砾岩胶结较差，砂砾层松散、富水。施工中泥岩层渗水，遇水软化，产生收敛变形，局部可能出现线状水流、涌水现象，隧道洞室开挖若拱顶揭穿该层极易产生冒顶塌方现象，围岩稳定性极差。为规避隧道施工风险，保证隧道安全施工，寻求安全、经济、合理超前预支护方案穿越松散砂砾地层。10

53、61 前言p研究意义随着高速公路建设的快速发展，公路隧道的修建里程也随之增加，与此同时，隧道穿越软弱破碎、松散、整体性较差围岩施工中面临的技术问题、技术难题也日渐突出，特别是在通过浅埋、软弱破碎岩体、塌方段等不良地层，施工难度大，施工风险较高，安全性差。因此选择合理的施工方案和支护参数，有效地控制施工引起地表沉降，保证地层安全稳定，尽量减少对周围建筑物或环境的影响，保证围岩软弱和浅埋地段等不良地质条件下隧道的安全施工是亟需解决技术难题。 1072 方案比选p预支护方案对比选择 隧道施工中顺利通过浅埋、软弱破碎岩体、塌方段等不良地层的预支护方法众多，常规施工方法有超前小导管、超前锚杆、钻孔注浆等

54、预支护体系,但支护效果在减少对周围建筑物的影响、有效保证地层安全稳定性、控制地表沉降、支护体系自身承载能力等方面不尽相同。1082 方案比选u超前锚杆或超前小导管超前锚杆或超前小导管，施工方法为沿隧道开挖轮廓线拱圈外纵向以一定外插角向前方打入锚杆或小导管，以撑托拱部以上临空围岩，起插板作用，通过锚杆或导管注浆固结一定范围围岩，提高围岩自承能力，提高围岩稳定性。可与格栅钢架、混凝土共同组成预支护系统，具有类似管棚的支护作用，但一次超前预支护一般为13m，加固洞壁范围围岩有限，预支护能力较弱。1092 方案比选u超前钻孔注浆 超前钻孔注浆预加固地层是把具有充填和凝胶性能的浆液材料，通过配套的注浆机

55、具设备压入所需加固的地层中，经过凝胶硬化作用后充填和堵塞地层中缝隙，减小注浆区地层渗水系数及隧道开挖时的渗漏水量，并能固结软弱和松散岩体，注浆孔深一般在1530m。使围岩强度和自稳能力得到提高，在加固地层、封堵水源方面效果较佳，但固结围岩自承能力有限。1102 方案比选u管棚 管棚超前支护的基本工作原理是在开挖洞顶轮廓线以外一定角度范围内，环向按照一定的间距超前打入钢管，并通过钢管向松散岩层内压注水泥浆液，固结管棚周边的围岩，改善松散破碎岩层的物理力学性质。环向钢管形成棚架，为开挖及初期支护作业提供了安全保障；浆液固结后的围岩和钢管共同组成了一个固结圈，从而在隧道的纵向和横向分别形成一个刚度较

56、大的梁结构和拱结构，有效提高围岩的承载力及自稳能力，减小围岩的变形，提前承受早期围岩压力，起到超前支护的作用，以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。同时，隧道开挖后与钢架一起共同组成刚度较大的预支护结构。 1112 方案比选 通过以上施工方案对比分析，隧道在穿越松散砂砾层时，通过注浆改善松散破碎岩层的物理力学性质，在拟开挖段上方形成具有较强承载能力的整体排架式加固拱圈，能阻止和限制围岩变形，要求预支护体系自身能提前承受早期围岩压力，起到超前支护的作用，保证隧道施工安全，采用管棚法较为安全和合理。1122 方案比选p管棚管径选择 一般洞口工程选择89mm或108mm管径钢管，但必须根据隧道穿越地

57、层围岩状况、施工位置、管棚自身承载能力、穿越能力、施工安全和工期要求等特设条件，选择钢管直径。南阳山隧道穿越砂砾地层段落地处洞内，洞身所穿越地层为松散、富水砂砾层，砂砾层无任何自承能力，要求管棚自身受力能力要强，加之施工位置特殊，工期要求较紧，管棚自身受力能力必须保证隧道安全施工，最终选择133mm长大管棚。1133 方案特点u大管棚是利用钢管作为纵向支撑、钢拱架作为横向环形支撑,构成纵、横整体,刚度较大,能阻止和限制围岩变形,并能提前承受早期围岩压力，施工安全可靠。u大管棚一次超前量较大,支护过程中搭接较少,节省材料。亦可减少安装钢管次数,并减少与开挖作业之间的干扰,适用于大中型机械进行大断

58、面开挖。u与其它支护方法相比，管棚支护技术机具简单及工艺简单，工期短、效率高，支护效果好，经济和社会效益明显。u大管棚施工可预知管棚范围内复杂围岩的准确情况,对随后的注浆、开挖提供第一手地质资料,有利于施工方案的确定。1143 方案特点大管棚支护示意图1154 施工工艺流程及操作要点p施工工艺流程p施工技术准备p施工材料设备准备p管棚工作室制作p搭设操作平台p测量定位p钻机就位p管棚加工p钻孔与清孔p管棚安装p浆液制备与注浆p隧道开挖p隧道监控量测116p施工工艺流程管棚工作室制作搭设操作平台空压机、潜孔钻机、车床等机具及管棚材料准备管棚加工与制作测量定位钻机就位钻孔与清孔管棚安装注浆隧道开挖

59、及施工浆液制备隧道监控量测4 施工工艺流程及操作要点117p施工技术准备 管棚采用直径133mm无缝钢管，壁厚大于6mm ,管棚环向间距35cm，管棚采用分段制作，丝扣连接,每节长度为35m。隧道断面拱部150范围内布置管棚，每环管棚51根，根据隧道穿越砂砾层长度分两个循环施作超前大管棚。第一循环管棚布置在SK50+483m掌子面上，管棚长度为18m，外插角58（如图一）；第二循环管棚布置在SK50+468m处掌子面上，管棚长度为37.5m，外插角13（如图二）。第一环管棚与第二环管棚搭接长度3m，第二环管棚穿越砂砾层后，伸入泥岩层5m（如图三）。4 施工工艺流程及操作要点1184 施工工艺流

60、程及操作要点1194 施工工艺流程及操作要点1204 施工工艺流程及操作要点121p施工材料设备准备制作管棚工作室的同时，将施工所需空压机、潜孔钻机、钻机液压系统、管棚加工车床、钻机平台机架及管棚钢管准备到位。检查、调试、安装各种机械设备，保证机具施工过程运转正常。将133mm、127mm无缝钢管进场，对无缝管外观质量、壁厚等进行验收，保证合格材料进场，并进行管棚钢管、连接钢管的车丝和加工。4 施工工艺流程及操作要点1224 施工工艺流程及操作要点123p管棚工作室制作 隧道洞口进行管棚施工时，须采用套拱作为管棚导向墙。明洞开挖至明暗交接处时，预留管棚施工平台，为保证棚打设精度，一般明洞衬砌外

61、缘设计管棚导向套拱。而隧道洞内施作管棚较洞外复杂，为保证管棚施工安全，根据超前地质预报资料，准确判断隧道穿越砂砾层桩号及段落，隧道开挖未进入砂砾层之前必须完成隧道扩挖，完成管棚工作室制作。同时保证管棚工作室段落支护结构安全，对管棚工作室布点进行监控量测。 根据管棚钻机长度、高度、管棚施作角度等提前扩挖隧道断面，形成管棚工作室，工作室长度和高度必须满足管棚施工占用空间和搭设管棚施工平台要求，空间过小影响管棚角度，从而影响管棚施工质量。4 施工工艺流程及操作要点1244 施工工艺流程及操作要点125p搭设操作平台 根据管棚工作室与管棚施工掌子面距离，将管棚工作平台及支架搭设完成,将钻机导梁固定于支

62、架上,通过调整支撑杆来调整导梁的倾角,满足管棚设计倾角需要。再将钻机固定于导梁上,工作平台搭建和安装必须牢固、稳定，保证施工过程安全，防止施工中钻机振动过大发生偏移和倾斜，影响管棚钻孔角度。4 施工工艺流程及操作要点126操作平台4 施工工艺流程及操作要点127p测量定位 洞内管棚一般无管棚导向墙,不规则断面管棚施钻点放样较为困难，采用全站仪免棱镜三维坐标进行管棚钻点放样，先在孔口附近测量任意点三维坐标，根据测点桩号与理论钻点桩号差、测点与中线偏距、理论钻点与中线偏距、管棚外插角的水平分角、竖直分角等，计算出实际掌子面放样点的三维坐标，进行管棚施工放样，解决了不规则断面管棚钻点定位难题，大大提

63、高放样速度和放样准确度。现场实地放样每根管棚的具体位置,采用水泥钉作准确标记，并用醒目的油漆对空口位置作明显标识，对管棚位置进行编号。4 施工工艺流程及操作要点1284 施工工艺流程及操作要点129p钻机就位 钻机就位时根据施工放样准确位置安装和固定钻机，并严格进行机位调整。H型钢轨找平误差3mm，底盘对角线误差3mm，四柱对角误差5mm。 采用三维空间控制钻机就位和钻孔，保证管棚打入角度精度。钻机入孔的方位角及倾角必须根据测量数据严格控制，保证打入管棚角度符合要求，钻杆前端准确就位于测量放样点位，钻机后端根据三维坐标测量数据严格调整水平分角和竖直分角，保证钻孔角度符合要求。为避免钻杆及钻头因

64、自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象, 钻孔角度可根据地质条件和钻孔情况作适当调整, 并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。 4 施工工艺流程及操作要点1304 施工工艺流程及操作要点131p管棚加工 管棚钢管采用133mm无缝钢管，分段管棚长度应为3的倍数较合适，可以减少材料浪费。管棚钢管加工成每节长为3.05.0m之间，管口丝扣车深度为6cm母扣，管体每0.5m梅花状设注浆孔，孔径大小1.0cm，连接管采用1278mm无缝钢管，公扣长12cm。4 施工工艺流程及操作要点1324 施工工艺流程及操作要点133p钻孔与清孔 根据管棚穿越泥岩及砂砾层地质条件，泥岩层含水量较大、粘性强，无水干钻法

65、容易出现抱钻现象，而砂砾层富水、松散，成孔难度大，钻孔过程易出现塌孔、卡钻现象，采用先成孔后送管方式，虽工艺简单，但钻孔过程存在塌孔现象，送管困难，根据特殊地层条件，钻孔中需解决抱钻、塌孔、卡钻等难题，成孔后需解决送管过程钢管与孔壁摩阻力大难题，且一次送管长度达到37.5m，最终采用国内较为先进的潜孔锤冲击跟管钻进施工工艺成孔和送管。4 施工工艺流程及操作要点134 钻进时潜孔冲击器震动冲击中心钻头，中心钻头传递冲击给管棚钻头并带动管棚钢管钻头转动钻进，每根管棚之间靠螺纹连接到钻孔所需的长度，管棚与回转动力头无连接。冲击器与内钻杆联接，内钻杆联接到钻孔所需的长度通过连接头的内螺纹与回转动力头连

66、接，回转动力头通过连接头传递扭矩给管棚和钻杆，钻进时的排渣通过管棚和内钻杆的间隙排出，当钻进到所需长度时，反向旋转内钻杆90度即可将中心钻头与管棚钻头分离，将内钻杆全部取出孔外，即可将管棚留在孔内。 4 施工工艺流程及操作要点135 采用跟管钻进施工方案的同时，为保证133大管径钢管顺利穿越松散砂砾地层,送管长度符合要求，采用水泥浆液护壁钻孔，水泥浆液对孔壁取润滑作用，减小钻进过程钢管与孔壁摩阻力，浆液渗入围岩能起到固结作用，提高围岩稳定性和整体性，进一步减少钻孔过程易塌孔、卡钻现象，解决了砂砾层中普通钻孔工艺成孔困难难题。4 施工工艺流程及操作要点136潜孔垂钻头4 施工工艺流程及操作要点1

67、37跟管钻进示意4 施工工艺流程及操作要点138p管棚安装 安装每节钢管前必须进行质量检查，管材不得有弯曲，丝扣四周壁厚均匀，丝扣完好，管材内的铁屑、杂物及锈皮等必须清除干净。 钻进中，每次加尺时要观察丝扣连接是否紧密，如果松动和间隙，将丝扣拧紧并进行焊接，保证跟管钻进过程不掉管。 完成管棚钻孔和送管工作后，应及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实, 在钢管外露端焊上法兰盘、止浆阀。4 施工工艺流程及操作要点1394 施工工艺流程及操作要点140p 浆液制备与注浆u浆液制备 提高注浆效果，注浆浆液采用水泥水玻璃浆液，水玻璃掺量为水泥重量5，水泥浆液水灰比采用1:1；水玻璃浓度35波美度，模数为2.4

68、。 制备浆液加水的同时，将水玻璃按一定比例加入搅拌筒，让水玻璃充分溶解，再加入水泥，搅拌时间23min。 配置好的浆液存放于低速搅拌器的储浆罐内，防止浆液随存放时间产生沉淀、离析现象。4 施工工艺流程及操作要点1414 施工工艺流程及操作要点142 注浆前先检查管路畅通和机械运转状况, 确认机械正常后进行浆液各项检验指标试验, 确定合理的注浆参数； 注浆前掌子面必须先素喷一层混凝土作为止浆墙, 对掌子面进行封闭，确保 注浆过程不漏浆； 管棚注浆方式采用间歇式注浆，即一机两孔换孔注浆。间歇时间不能大于1.5小时，让浆液有一定的凝固时间，防止连续注浆过程浆液无限制扩散。 注浆顺序为先低孔后高孔，先

69、注无水孔后注有水孔，从两拱脚向拱顶对称进行。 注浆标准为单管注浆量达到设计值或注浆压力达到终压并稳压20分钟以上，孔内不再进浆，方可停止注浆。4 施工工艺流程及操作要点143 注浆结束后及时封闭止浆阀，注浆过程中检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象, 如发生串浆,应立即停止该孔注浆，采用间歇式注浆封堵串浆口,间隔一孔或数孔注浆，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵, 直至不再串浆时再继续注浆, 注浆过程中压力如突然升高, 则可能发生堵管, 应停机检查； 注浆过程应派专人负责填写注浆记录表，记录注浆时间、浆液量、注浆压力等数据, 观察压力表值。4 施工工艺流程及操作要点1444 施

70、工工艺流程及操作要点145注浆及浆液扩散示意图4 施工工艺流程及操作要点146p隧道开挖 待管棚注浆达到一定强度,可开始进行隧道开挖,开挖时根据围岩地质状况决定开挖方式、开挖进尺及具体施工方案。南阳山隧道因管棚区穿越松散砂砾层，采用预留核心土上中下微台阶法开挖施工，预留变形量15cm，上中下台阶高分别按3m、2.5m、2.8m进行，每循环开挖进尺按50100cm控制，初期支护紧跟开挖完成，及时将仰拱封闭成环，组织二次衬砌施工。施工中，加强监控量测工作。 4 施工工艺流程及操作要点147隧道开挖4 施工工艺流程及操作要点148p隧道监控量测 根据康临高速公路KL6合同段南阳山隧道监控量测实施方案

71、，对SK50+460断面从开挖初期支护完成至二衬封闭进行了全过程测量。SK50+460断面共埋设7个测点，分别位于拱顶中心布置的A点，起拱线以上垂直距离3m拱腰处B、C点，起拱线处D、E点及下导坑路面标高以上1.0m处F、G点。4 施工工艺流程及操作要点149监控量测布点示意图、：净空收敛观测点隧道中心线路面设计标高下导坑上导坑、：拱部沉降观测点净空收敛与拱部沉降点位布置图4 施工工艺流程及操作要点150监控量测测点示意图4 施工工艺流程及操作要点151隧道监控量测拱部沉降数据分析表隧道监控量测拱部沉降数据分析表项目名称康家崖至临夏高速公路合同段KL6工程名称南 阳 山 隧 道桩 号SK50+

72、460部位及测点编号拱 部 A、B、C设计围岩级别a监测仪器全站仪量测起讫时间2010年9月4日至2010年9月25日量测时间（dt）天0.962.003.004.045.005.977.007.989.0110.0411.0412.0013.0614.0014.9816.0616.9717.9819.0819.9721.0421.96拱顶A沉降量（L）13223038455157626568737678798182838384858686拱顶A沉降速率（V）0.90 0.80 0.73 0.67 0.62 0.58 0.54 0.51 0.48 0.45 0.43 0.41 0.39 0.3

73、7 0.35 0.34 0.33 0.31 0.30 0.29 0.28 0.27 拱腰B沉降量（L）12212835414651555860646768707172727373747474拱腰B沉降速率（V）0.89 0.79 0.71 0.65 0.60 0.55 0.51 0.48 0.45 0.42 0.40 0.38 0.36 0.35 0.33 0.32 0.30 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 拱腰C沉降量（L）11192531364044495253565961636465656666666767拱腰C沉降速率（V）0.88 0.78 0.70 0.63 0.

74、58 0.54 0.50 0.47 0.44 0.41 0.39 0.37 0.35 0.33 0.32 0.30 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 4 施工工艺流程及操作要点152隧道监控量测拱部沉降曲线图表分析隧道监控量测拱部沉降曲线图表分析L(mm)L(mm)V(mm/100)V(mm/100)上台阶支护后9月4日仰拱封闭9月24日下台阶支护后9月14日铺挂防水板9月25日（dtdt）天）天铺挂防水板9月25日拱顶A沉降曲线：拱顶A沉降速率曲线：拱顶B沉降曲线：拱顶B沉降速率曲线：拱顶C沉降曲线：拱顶C沉降速率曲线：4 施工工艺流程及操作要点153隧道监控量测净

75、空收敛数据分析隧道监控量测净空收敛数据分析项目名称康家崖至临夏高速公路合同段KL6工程名称南 阳 山 隧 道桩 号SK50+460部位及测点编号上台阶拱脚DE 最大开挖线FG设计围岩级别a监测仪器数显电子收敛仪量测起讫时间2010年9月3日至2010年9月25日量测时间间隔（dt）天0.962.003.004.045.005.977.007.989.0110.0411.0412.0013.0614.0014.9816.0616.9717.9819.0819.9721.0421.96上台阶拱脚DE收敛值（L）13.30 24.56 34.39 41.57 47.93 53.37 58.24 61

76、.99 64.93 67.76 71.84 75.48 76.68 77.57 78.19 78.66 79.04 79.33 79.59 79.84 80.14 80.37 上台阶拱脚DE收敛速率（V）0.89 0.79 0.71 0.65 0.60 0.55 0.51 0.48 0.45 0.42 0.40 0.38 0.36 0.35 0.33 0.32 0.30 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 量测时间间隔（dt）天1.002.063.003.985.065.976.988.088.9710.0410.96最大开挖线FG收敛值（L）3.46 6.58 8.78 10.

77、61 11.29 11.63 11.92 12.20 12.52 12.73 12.91 最大开挖线FG收敛速率（V）4.96 2.52 1.48 0.95 0.64 0.48 0.36 0.28 0.23 0.19 0.16 4 施工工艺流程及操作要点154隧道监控量测净空收敛图表分析隧道监控量测净空收敛图表分析仰拱封闭9月24日下台阶支护后9月日14日L(mm)L(mm)V(mm/100)V(mm/100)9月3日上台阶支护后铺挂防水板9月25日（dtdt）天）天仰拱封闭9月24日上台阶拱脚DE收敛值曲线：上台阶拱脚DE收敛值速率曲线：最大开挖线FG收敛速率曲线：最大开挖线FG收敛值曲线：

78、4 施工工艺流程及操作要点155u沉降量在各施工阶段分布情况及沉降速率随时间变化关系曲线 根据拱部沉降观测成果表，拱部累计沉降量分别为A点86mm、B点74mm、C点67mm，三点的沉降量分布均在上台阶支护后至下台阶支护期间内最大，分别为A点84.9%、B点86.5%、点83.6%；下台阶支护后至仰拱封闭后分别为点15.1%、B点13.5%、C点16.4%；仰拱封闭后至施工二衬前分别为点0%、B点0%、C点0%。 根据拱部沉降数据绘制沉降速率与时间变化的关系曲线，曲线走势及数据显示，铺设防水板前沉降速率分别为A点0.27mm/d、B点0.25mm/d、C点0.24mm/d，表明A、B、C三点的

79、速率在此时均已基本趋于稳定。4 施工工艺流程及操作要点156u净空收敛量在各阶段分布情况及收敛速率随时间变化关系曲线 根据净空收敛观测成果表，净空累计收敛量分别为DE线80.37mm、FG线点12.91mm。DE测线的收敛量在上台阶支护后至下台阶支护后期间最大，占总收敛量的89.4%；FG测线的收敛量在下台阶支护后至仰拱封闭期间最大，占总收敛量的98.6%。 根据净空收敛数据绘制收敛速率与时间变化的关系曲线，曲线走势及数据显示，铺设防水板前DE测线收敛速率为0.25mm/d，表明DE测线的速率在此时已基本趋于稳定。4 施工工艺流程及操作要点157隧道开挖后管棚预支护效果4 施工工艺流程及操作要

80、点158砂砾层、泥岩层注浆效果4 施工工艺流程及操作要点159 隧道不良地层施工中，通过133超前预支护长大管棚施工技术的应用，取得了较好的社会和经济效益。该工艺施工过程中主要创新点有：u 大管径钢管作为超前支护材料，与小管径的超前锚杆、超前小导管相比，管棚强度较高，自身能够承受部分围岩压力。通过管棚注浆提高围岩自承能力，管内填充高强砂浆增强管棚受力条件，管棚与围岩共同组成支护体系，进一步提升超前预支护结构承受围岩荷载能力，穿越松散地层和不良地质中，技术方面可靠，管棚适用性强，支护效果较为明显，降低不良地质中隧道施工风险，保证了隧道施工质量和结构安全；5 主要结论和创新点1605 主要结论和创

81、新点u 与其他超前预支护相比，管棚一次性能形成较长超前支护体系，减少循环次数，减少劳动强度，加快了隧道施工进度，保证隧道按时交工和通车营运，取得较好社会效益，缩短超前支护施工工期，从而降低施工成本。u 采用跟管钻进和水泥浆液护壁钻孔施工技术施作长大管棚，解决钻进过程钢管与其四周围岩摩阻力大难题，解决砂砾层中普通钻孔工艺成孔困难,钻孔过程易塌孔、卡钻现象,且保证管棚施作长度。u 采用全站仪免棱镜三维坐标进行管棚钻点放样，解决了不规则断面管棚钻点定位难题，放样精确；采用三维空间控制钻机就位和钻孔，保证管棚打入角度精度。161 隧道不良地层施工中，通过133超前预支护长大管棚施工技术的应用，取得了较

82、好的社会和经济效益。经济效益分析及应用前景如下：u大管径管棚强度较高，自身能够承受部分围岩压力，管内填充浆液增强管棚受力条件，通过管棚注浆改变围岩物理受力条件，提高围岩自承能力，穿越松散地层和不良地质中，技术方面可靠，管棚适用性强，支护效果较为明显，降低不良地质中隧道施工风险，保证了隧道施工质量和结构安全；u与其他超前预支护相比，管棚一次性能形成较长超前支护体系，减少劳动强度，加快了隧道施工进度，保证隧道按时交工和通车营运，取得较好社会效益，缩短超前支护施工工期，从而降低施工成本。6 经济效益分析及推广应用前景1626 经济效益分析及推广应用前景u采用跟管钻进和水泥浆液护壁钻孔技术松散砂砾地层中施作管棚, 解决了钻进过程钢管与其四周围岩摩阻力大难题，砂砾层中普通钻孔工艺成孔困难,钻孔过程易塌孔、卡钻难题；u洞内管棚一般无管棚导向墙,不规则断面管棚施钻点放样较为困难，采用全站仪免棱镜三维坐标进行管棚钻点放样，先在孔口附近测量任意点三维坐标，根据测点桩号与理论钻点桩号差、测点与中线偏距、理论钻点与中线偏距、管棚外插角的水平分角、竖直分角等，计算出实际掌子面放样点的三维坐标，进行管棚施工放样，解决了不规则断面管棚钻点定位难题，大大提高放样速度和放样准确度，采用三维空间控制钻机就位和钻孔，保证管棚打入角度精度，提高管棚施工质量。163