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[摘 要]洞内管棚工法由于其刚度大,超前支护距离远,能够有效控制围岩变形,常在特殊地质环境中使用,但其施工技术相对复杂、难度较大,应做好关键技术措施的施工.
[关键词]洞内管棚；超前支护；扩幅施工 文章编号：2095-4085（2015）11-0064-02
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10～15m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,钢管和工字型钢连接,每环搭接长度不小于3m,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,体现在纵坡坡度和管棚角度方向一致,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和管棚角度方向相反,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和理论数值相比较,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,以防止复喷混凝土和原初支面脱层掉落,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.
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