浅谈软弱岩洞内管棚超前支护技术的运用

杭爱春

(中铁四局南京分公司，江苏 南京210031)

管棚超前支护工法是在特殊地质和环境条件下保证隧道安全开挖，预先提供增加地质承载力的临时支护方法，管棚主要结构材料是钢管和型钢，管棚工法由于其刚度较大，能够很好的限制围岩变形，并能提前承受早期围岩变形压力，控制隧道拱顶沉降速率，因此在山岭隧道、软弱地层穿越重要结构物施工中应用十分广泛。其在不良地质情况下的使用效果，完全优于超前小导管或超前锚杆，能够提供较强刚度和较长距离超前支护，是控制掌子面、拱顶稳定、变形的一项重要技术。

1 洞内管棚技术参数

洞内管棚由于受施工条件限制，通常为10 ～15 m 左右的短管棚，钢管采用φ89 ×5 mm 热轧无缝钢管，环向间距40 cm 在拱顶120° ～140°范围以1 ～5°仰角打设，实管和花管间隔布置，钢管与工字型钢连接，每环搭接长度不小于3 m，注浆材料通常使用水泥浆、水玻璃或两者混合物，在特殊地质段，通常使用水泥浆和水玻璃混合液。

2 钻机技术要求

洞内管棚机通常采用自重量大、自稳性能好、可自行走、具有一定爬坡能力的的钻机，优先选用履带式管棚钻机系列。洞内管棚的成孔方式主要有两种:一是管棚引孔顶入法，二是管棚跟管钻进法。洞内管棚施工通常地质状况复杂，可采用跟管钻进工艺，即将套管及钻杆同时钻入，成孔后取出钻杆，顶入管棚，拔出外套管。

3 扩幅施工

通常管棚超前支护打设仰角越大，距离开挖轮廓距离越远，降低了超前支护的效果，因此洞内管棚施工需要尽量采用减小仰角角度。为取得较小的仰角，需要提供一个满足钻机施工取得较小仰角的空间即扩幅施工，在洞内管棚施工前对数榀型钢上抬，形成一个利于洞内管棚施工的凹性空间。目前较优的扩幅施工长度一般为3 m，一方面满足钻杆安设打设仰角角度，另一方面容易对管棚搭接长度控制。最先开始为取得良好角度效果，采用大扩幅施工，但大大的增加了施工成本。经长期反复实践提出最小扩幅施工工法。(1)在洞内管棚打设区域将型钢支撑上抬250 ～350 mm，在3 ～4 榀型钢支撑范围内形成最小扩幅空间，管棚架立在型钢上，见下图最小扩幅①施工概况;(2)在型钢上开孔，采用此法就需要对开孔型钢进行补强，如将工25 型钢代替原工20型钢或采用双拼形式，同时将型钢支撑在上3 ～4 榀范围内上抬150 ～250 mm，形成最小扩幅空间，见下图最小扩幅②施工概况。

4 施工技术措施

4.1 打设角度控制

洞内管棚长度通常在10 ～15 m 左右，对打设位置和打设角度的管理非常重要。尽量采用较小的仰角，通常取不大于5°，以避免管棚前端出现较大的误差。隧道坡度较大地段施工前先认真验算打设角度，防止造成对开挖的影响或距离较远起不到超前支护的作用。上坡地段洞内管棚起到的支护效果优于下坡地段，体现在纵坡坡度与管棚角度方向一致，管棚超前支护前端的距离不会偏离开挖轮廓线很大，支护效果明显;下坡施工由于纵坡坡度与管棚角度方向相反，如果管棚打设角度过大，起不到超前支护的作用，为取得良好效果，扩幅施工段距离需要适当加长，以取得较小打设仰角。

4.2 管棚注浆

注浆方式、注浆材料和注浆量因地质情况而有所不同。在富水和砂质底层中宜采用水玻璃系列浆液，粘性土和风化层中宜采用水泥系类浆液。注浆遵循“先两侧、后中间、由稀到浓”的原则。注浆压力一般按设计要求加载，并通过试验来验证，注浆时应徐徐加压，达到压力后，表示已注满，持压一段时间后，浆液有时会从封口处均匀溢出，有时也会从周围的岩隙裂缝处溢出。注浆完毕应把注浆量与理论数值相比较，当注浆量小于理论数值时，说明管内未注满，此时应停止注浆查明原因后再进行压注。所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件、无漏注浆情况发生。

4.3 复喷扩幅部分

注浆合格后对扩幅部分进行混凝土复喷，恢复初支面的光滑效果。复喷前对突出的钢管、钢筋等凸出坚硬物需要进行切割，确保复喷后无坚固物凸出，进而保证防水结构层铺设后不被破坏。对扩幅深度较大的区域应先挂网再复喷混凝土，以防止复喷混凝土与原初支面脱层掉落，造成安全质量事故。

5 结 语

洞内管棚由于能够承受较大的承载力被广泛应用，给拱顶变形、地表下沉及周边保护提供安全、稳定的空间支撑体系，起到良好的超前支护效果。但洞内管棚施工由于较为复杂、不可预见因素多、工序时间较长，限制了其大范围的使用，在今后的技术改进中需要进一步优化，解决精度、进度对施工造成的影响。

［1］《高速铁路隧道工程施工技术规程》(Q/CR9604－2015)

［2］陶赞旭.管棚施工工艺工法［M］.2011.

［3］关宝树，赵勇. 软弱围岩隧道施工技术［M］. 北京:人民交通出版社，2011－08－01.