水利水电技术第４１卷２０１０年第４期 浅议超前管棚在隧道工程中的应用 张佳铭 （中铁十五局集团职工教育培训中心，河南洛阳４７１０１３） 摘要：从管棚的适用范围、施工工艺和方法、超前管棚施工时的注意事项等几个方面，对超前管棚 在隧道施工中的应用进行了论述。 关键词：隧道施工；开挖支护；超前管棚 中图分类号：ＴＶ５５４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—０８６０（２０１０）０４—００５１—０３ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｉｐｅ－ｓｈｅｄ ｔｏ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｍｉｎｇ （Ｓｔａｆｆ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ １５ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１０１３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｉｐｅ—ｓｈｅｄ ｔｏ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｈｅｒｅｉｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ａｒｅａ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ，ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｔ，ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ；ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｉｐｅ—ｓｈｅｄ １ 超前管棚及其适用范围 超前管棚是在隧道施工时，为保证施工安全，在 ４０ ｃｍ，梅花状布置，无孔钢管与有孔钢管间隔设 置。注浆材料采用水泥砂浆，水灰比为１：１，注浆 压力一般为０．５～１．５ ＭＰａ，注浆参数根据现场试验 予以调整，持载时间不应小于２ ｍｉｎ，当地下水发 软弱及不良地质地带采用大管棚超前支护，注浆加固 后再进行开挖的一种辅助施工措施。当隧道通过软弱 地层、洞口浅埋及偏压段、地质破碎带、滑坡体、洞 内断层、洞身线路跨越其他交叉线路结构物距离较近 等不良地质地段时，围岩自稳能力较差，应及时采取 有力的支护措施，减免塌方及围岩变形，给施工造成 极大的困难。因此遇到上述情况采用超前管棚注浆支 是可行、可靠的。 育时采用水玻璃双液浆注浆。部分工程为了提高导 管的抗弯能力，在钢管和钢花管内设置钢筋笼，钢 筋笼由４根主筋和固定环组成，主筋直径为西１８， 固定环采用短管节，与主筋焊接。固定环间距为 １．５ ｍ布置。钢管施工误差：径向不大于２０ ｃｍ， 沿相邻钢管方向不大于１０ ｃｍ。隧道纵向同一横断 面内的接头数不大于５０％，相邻钢管的接头至少错 开１ ｍ。 ２超前管棚施工工艺和方法 ２．１ 管棚主要参数 ２．２施工方法及顺序 ２．２．１ 导向墙施工 管棚的层数、长度、直径、间距及数量应根据地 测量人员准确放样，标出洞中心线及拱顶标高， 质情况、围岩自身强度和整体性，地基沉降要求和钻 机能力综合因素确定。一般为成孔直径 ＝１５０ ｍｍ， 钢管直径 ＝１００ ｍｍ，孔中心距不大于５倍管径， 钻孔深度１５—４０ ｍ，外插角度相对于洞轴线一般为 １。～３。。材料采用钢管和钢花管，材料质量必须符 开挖预留核心土作为导向墙施工的工作平台。采用 Ｃ２０以上混凝土做管棚导向墙，兼作止浆墙。导向墙 在明洞外轮廓线以外，紧贴掌子面施做，导向墙内埋 设４榀Ｉ１６工字钢制作而成的钢拱架作为横架，与管 合设计要求。管棚最外端１．５～２．０ ｍ范围内不设 置注浆孔，其余设置６１２ ｍｍ注浆孔，问距２０～ ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．４ 收稿日期：２００９—１２一Ｏ１ 作者简介：张佳铭（１９７５一），女，甘肃会宁人，工程师。 ５１ 张佳铭∥浅议超前管棚在隧道工程中的应用 棚钢管焊成整体，支撑稳固后，内外模采用５ ｃｍ木 模安装，按设计布筋和安装孔口管，保证布筋、孔口 管的位置和角度准确，然后进行导向墙混凝土的施 工，待导向墙混凝土强度达到８５％时开始长管棚的 施工。 测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求及时 纠正。 ２．２．５钢管加工及安装 钢管接头采用丝扣连接，丝扣长１５ ｃｍ，钢管节 长３ ｒｎ、４ ｍ、６ ｍ。钢管接头要错开。＋１０８ ｍｍ钢管 管壁打孔，布孔以梅花型布置，孔径及间距按照设计 孔口管作为管棚的导向管（导向管为 １４６ ｍｍ， 管壁厚５ ｍｍ），它安设的平面位置、倾角、外插角的 准确度直接影响管棚的质量。充分考虑到上抬量和上 抬角度后，正确算出各钻孔孔口位置，利用测量仪器 要求施作，加工钢管时将钢管进行钢节编号，根据加 工的钢管节搭配好并做好记录待用。管头前端焊成圆 锥形，便于人孑Ｌ。 定出导向管的位置和倾角。孔口管应牢固焊接在工字 钢上，防止浇筑｝昆凝土时产生位移。 ２．２。２搭设钻机施工作业平台 钻机工作台应根据隧道开挖断面尺寸、打人钢管 的可能宽度、钻孔及钢管的最大长度等因素来确定， 并留有调整钢管作业的余量。尽量选择围岩稳定、距 管棚位置较近的地点开挖，如在软弱围岩地带开挖， 则应加强支护，必要时进行混凝土衬砌支护。工作平 台一般为６．０ ｍ长，顶高比钢管高０．５ ｍ，拱脚处比 管棚中心宽０．８ ｍ。 ２．２．３钻机安装 根据地质条件和施工条件，可采用管棚专用钻 机平行作业，并在导向管口编号，按施工顺序从低 孔开始，由两侧往中问方向对称进行施工。钻机应 安装平稳、牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、摆 动、位移等影响钻孔质量。钻孔时钻机距工作面距 离一般情况不少于２ ｍ，钻机摆设钻杆方向与导向 管方向一致，钻孔并顶进长管棚钢管。为减少因钻 具漂移或下垂引起的钻孔偏差，钻机立轴方向严格 准确控制。 ２．２．４钻孔 以４）１０８ ｍｍ超前管棚钻孔为例，钻孔管棚施工 先打有孔钢管，注浆后再打无孔钢管，无孑Ｌ钢管可 作为检查管，检查注浆质量。开钻时，先低速低 压，等成孔几米后，再加速加压。钻进过程中，必 须沿钻机位后定下来的基线钻孔，随时检查钻孔方 向的准确度，根据地质情况的变化，选择不同的钻 头，当遇坚硬孤石不能钻进时，采用冲击钻头，把 岩石击碎，为普通稍软岩石或土质时，采用合金管 钻进行钻进。钻进过程中岩土对管壁的阻力较大， 前段开孔采用 ｌ ２５ ｍｍ钻头，后段根据钻进需要使 用西１１０ ｍｍ钻头钻孔，以便于钢管容易顶人。钻进 过程遇特殊复杂地层，如不能钻进或难以成孔时， 采用预注浆加固钻进成孔，必要时采用加长岩芯管 （跟管钻进）的办法。钻进过程中经常采用测斜仪量 安装时，采用钻机将钢管逐节送入至设计位置，管 节间采用丝扣连接，丝扣长１５ ｃｍ。下管后，＋１０８ ｉｎｌｎ 钢管与６１２７ ｈｉｍ孔口径向锚杆焊成一体。 ２．２．６钻进过程中地质情况判断 根据钻进的速度，岩土取芯，施钻压力等情况判 断此钻孔管段地质情况，并及时作好施工记录，根据 记录数据绘制地质剖面图和展开图，为开挖施工提供 参考。 ２．２．７注浆 注浆浆液采用水泥浆，当地下水较发育时，应改 为水泥一水玻璃双液浆。水泥浆水灰比０．５：１～１：１， 注浆压力控制在０．５一１．０ ＭＰａ。 注浆前，认真做好机具设备的检修工作，并用清 水进行试运转，发现问题及时排除和修复，使其处于 良好工作状态。对注浆管路系统，包括接头、阀门 等，认真检查，如有破损，予以更换，不好用的接 头、阀门，不得使用，以免注浆时在较高压力下发生 脱扣的危险事故。 为防止管路堵塞，注浆过程中，随时注意检测所 注浆液的凝结时间是否与要求相一致，否则，要及时 检查，找出原因，予以排除，以符合要求。结束注浆 后，应尽快卸开孑Ｌ口接头，开清水泵冲洗管路，以免 造成管路中的剩余浆液凝结、堵塞管路。注浆作业应 前后配合，统一指挥，保证注浆计划的实现。施工时 配备专业电工，防止电路、电器设备发生问题，中途 停电，造成意外事故。 ２．２．８施工过程技术措施 施工过程技术措施如下：（１）导向墙内导向管安 装时位置和角度用仪器测量定位，保证准确性，严格 控制管棚打入方向，并做好每个钻孔地质记录；（２）管 棚施工前，应仔细检查管棚材料的外观质量和试验指 标，不合格材料严禁使用于工程部位；（３）在钻孔过 程中用测斜仪测定量测钻进的偏斜度，发现偏斜超过 设计要求，及时纠正；（４）管棚注浆时注意调试好浆 （下转第５６页） 水利水电技术第４ｌ卷２０ｌ０年第４期 孙志峰／／三峡船闸地下输水廊道第一分流口混凝土修复施工 时间内养护薄膜不能被破坏。 （５）检查验收。 对修补成型面采用２ ｍ不锈钢靠尺和塞尺进行平 整度检查，合格标准为偏差±５ ｍｍ。检测点数总２５３ 个，合格率为１００％；其中≤３ ｍｍ的点数为２２６个， 占总检测点数的９０％。 （３）粘结强度检测。 本工程分流舌板Ｓ１８８修补部位选取２个芯样， 拟做新旧结合面的粘结强度检测，受芯样获取条件 养护期达到后，组织由业主、设计、监理、施工 等单位代表进行检查、验收。 （６）表面涂刷ＨＫ一９６１涂层。 养护完成达到规定强度后，将修补表面ＭＡＳ． ＴＯＲＣＵＲＲＯ １２８薄膜养护剂采用钢丝刷清除干净， 再进行表面涂刷ＨＫ一９６１涂层。在分流舌端部２ ｍ 及相邻墙面１ ｍ范围内涂刷ＨＫ一９６１增厚环氧涂料 （过程扰动、结合面有磨损）等因素影响，测定值偏 低，仅作为Ｓ１ ８８修补粘结面质量评定的借鉴和参考， 具体见表５。 表５第一分流口Ｓ１８８修补粘结强度检测成果 试件编号 芯样编号 取芯部位 试件尺寸 轴拉单块粘 龄期 直径／ｍｍ 结强度／ＭＰａ ／ｄ １ ２ ＳＮ一１ 舌板顶面 ４３．７ ６３．９ ０．８７ １．１Ｏ ７ ７ ２道，最后采用ＨＫ一９６１将第一分流口过流面整体 覆盖１道，要求舌板端部２ ｍ范围涂层总厚度不小 于１ ｍｍ。 ４主要修复工程量 本项目主要完成工程量见表４。 表４主要完成工程量统计 序号 项目名称 ＳＮ一２ 舌板顶面 ｍ 注：试件均在新老结合面破坏。 南线船闸 北线船闸 工程量合计 １ 第一分流口混凝土破损面处理 ８０．０８ ３１．１６ １１１．２４ ２ 第一分流口整体涂刷ＨＫ９６１ ５ ５３７．０８ ５ ５３７．０８ １１ Ｏ７４．１６ ６结语 为改善第一分流口运行条件，一方面采取调整输 水阀门的开启程序，减小最大流速；另一方面改善修 补材料性能、优化施工工艺提高修补质量，预计对消 除第一分流口冲蚀损坏有较好的效果。 通过对各分流口修复部位取芯芯样、孑Ｌ壁检查情 况分析，挂网钢筋应减少，可调整为顺切槽长度方向 设置，或适当调大网孔距，以提高喷射的致密性。分 ５修复质量检测 （１）钻孔检查。 经参建四方协商确定，在第一分流口分流舌板蚀 损修补完成７ ｄ后，采取钻孔的方式进行修补质量检 查。钻孔检查布孔位置由监理工程师现场指定后进行 钻孔，共计钻孔２７个，孔径３２～６２ ｍｍ，孔深３— ８ ｃｍ。经检查，钻孔孔壁光滑，芯样密实，￥１８８修 补密实程度符合要求。 （２）平整度检查。 层喷射时，第一层应覆盖网筋为宜。 喷射操作人员应相对固定，减少个体操作水平波 动，也是保证较好质量的原因之一。 （责任编辑欧阳越） —’ｒ．—’ｒ．丫丫 （上接第５２页） 量检查员和安全员旁站，指导班组施工。 液的配合比，控制注浆压力和注浆量，以达到设计 注浆效果；（５）配制水泥浆时，严防水泥包装纸及 ３结语 其他杂物混入，拌好的浆液在进入贮浆槽及注浆泵 之前，对浆液进行过滤，未经过滤网过滤的浆液不 允许进入泵内，配制的浆液在规定的时间内注完； （６）选用钻机首先适合钻孔孔径和孔深的要求，钻 机要求平稳灵活，能在水平方向３６０。范围内钻孔， 施钻时应有导向架；（７）施工中按隧道施工安全操 超前管棚是隧道软弱围岩、偏压洞口段最有效的 辅助施工措施之一。由于其成熟的施工经验以及良好 的施工效果，在隧道施工中得到广泛的应用。超前管 棚施工技术的应用加强了围岩的整体性能，使隧道施 工可以在相对安全的环境下跨越洞口及软弱围岩段， 保障了生命财产的安全，为整个隧道工程正常顺利开 展工作奠定了良好的基础。 （责任编辑水利水电技术作规则和钻孔注浆作业操作规则进行施工，禁止盲 目指挥，造成材料和施工机具的浪费和机械非正常 磨损；（８）钻孔作业和注浆作业时，现场有专业质 陈小敏） 第４１卷２０１０年第４期
