管棚超前支護(hù)法是近年發(fā)展起來的一種在軟弱圍巖中進(jìn)行隧道掘進(jìn)的新技術(shù)。管棚法作為隧道施工的一種輔助方法，在軟巖隧道施工中穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層，涌水、涌砂層發(fā)揮了重要作用。管棚是利用鋼管作為縱向支撐，鋼拱架作為橫向環(huán)形支撐，構(gòu)成縱、橫向整體，不僅沿隧道縱向具有梁結(jié)構(gòu)的作用，在橫斷方向還具有拱形結(jié)構(gòu)支護(hù)效果。由于其剛度較大，因此能夠很好的阻止和限制圍巖變形，并能提前承受早期圍巖壓力。

工藝工法概況

管棚的成孔方式主要有兩種：一是管棚引孔頂入法，當(dāng)鉆進(jìn)地層易成孔時，一般采用先鉆孔、后插管得方法，即鉆孔完成經(jīng)查合格后，將管棚連續(xù)接長，由鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)將其裝入孔內(nèi)；二是管棚跟管鉆進(jìn)法，當(dāng)?shù)刭|(zhì)狀況復(fù)雜，遇有砂卵石、巖堆、漂石或破碎帶不易成孔時，可采用跟管鉆進(jìn)工藝，即將套管及鉆桿同時鉆入，成孔后取出鉆桿，頂入管棚，拔出外套管。

工藝原理

管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)，一般按松弛荷載理論進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)圍巖地質(zhì)條件和施工條件進(jìn)行力學(xué)計算。鋼管直徑多選用80～180mm，鋼管中心距離一般為30～50cm。鋼管長度視軟弱破碎圍巖的厚度而定，一般為10～45m。鋼管以較小的仰角沿巖面打入，形成了一個梁結(jié)構(gòu)來承擔(dān)圍巖的壓力。鋼管采用內(nèi)注水泥漿、化學(xué)漿液或細(xì)石混凝土、勁性骨架來增加鋼管剛度。

工藝工法特點(diǎn)

（1）在管棚超前預(yù)支護(hù)的作用下開挖，可以防止地表下沉和圍巖坍塌，以保證施工過程中的安全。

（2） 管棚一次超前量較大，支護(hù)過程中搭接較少，節(jié)省材料。亦可減少安裝鋼管次數(shù)，并減少與開挖作業(yè)之間的干擾。

（3） 施工速度快，支護(hù)效果好。

工藝流程及操作要點(diǎn)

1施工工藝流程

2管棚施工序操作要點(diǎn)

開挖管棚工作室

（1） 工作室確定

工作室應(yīng)選擇設(shè)置在圍巖穩(wěn)定地段，盡量接近加固地段，以縮短管棚長度；在軟弱圍巖中開挖工作室，要加強(qiáng)支護(hù)，必要時進(jìn)行混凝士襯砌。

（2）工作室尺寸

為便于架設(shè)鉆機(jī)，安設(shè)鋼管，工作室斷面應(yīng)挖至隧道開挖線以外1～1.5m，最低鉆孔以下1m。工作室長度應(yīng)滿足設(shè)備施工需要。

鉆孔施工工藝

（1）準(zhǔn)備工作

首先，在開挖輪廓線以外施作混凝土套拱作為長管棚導(dǎo)向墻。澆注前，應(yīng)在套拱內(nèi)按設(shè)計仰角安設(shè)孔口管起導(dǎo)向、固定作用�？卓诠艿闹睆綉�(yīng)大于長管棚直徑。導(dǎo)向管由定位筋焊接固定在鋼拱架上。

（2）鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位處的土層應(yīng)進(jìn)行夯實(shí)，確保在鉆進(jìn)過程中，鉆機(jī)不發(fā)生傾斜或滑動。鉆機(jī)的底坐應(yīng)用水平尺或水準(zhǔn)儀將其調(diào)平。鉆臂的仰角與設(shè)計仰角相同。

（3）鉆進(jìn)

①施鉆時，鉆機(jī)大臂必須頂緊在掌子面上，以防止過大顫動，提高施鉆精度。

②鉆機(jī)開孔時鉆速宜低，鉆深20cm后轉(zhuǎn)入正常鉆速。

③換鉆桿時，要注意檢查鉆桿是否彎曲，有無損傷，中心水孔是否暢通等，不符合要求的應(yīng)更換以確保正常作業(yè)。

④由于軟弱圍巖的厚度，無法準(zhǔn)確的判定，有時達(dá)到了設(shè)計深度，可巖質(zhì)仍然比較差。因此，在鉆進(jìn)過程中應(yīng)注意對石粉的收集分析，根據(jù)鉆進(jìn)深度對石粉取樣，作好記錄。

頂管施工工藝

（1） 準(zhǔn)備工作

頂管前，應(yīng)根據(jù)管棚長度，對鋼管進(jìn)行下料，保證鋼管接入后接頭不在同一斷面上。為接管施工方便，應(yīng)搭設(shè)施工臺架。

（2） 頂入施工

鋼管頂入時，一般采用人工，也可借助于挖掘機(jī)、手動液壓千斤頂、鑿巖機(jī)、液壓鉆的沖擊力等機(jī)具輔助進(jìn)行頂入施工。采用機(jī)具頂入時，應(yīng)緩慢，穩(wěn)妥，并隨時掌握好方向，防止硬頂，將管頂彎，至使施工中斷。

（3） 連接

采用焊接連管時，應(yīng)將第二根管固定在施工臺架上，并保證兩根管中心在同一直線上，接口處應(yīng)嚴(yán)密，并檢查鋼管仰角與設(shè)計是否相同。

注漿施工工藝

（1）注漿順序

管棚注漿順序遵循“先兩側(cè)后中間、由稀到濃”的原則。注漿施工由兩端開始施工，向隧道拱頂方向推進(jìn)，開始時注漿的漿液濃度要低一些，逐漸加濃至設(shè)計濃度。

（2）漿液拌制

漿液的拌制要均勻，具有良好的流動性和粘稠度。如要求摻入水玻璃時，應(yīng)先漿水泥漿拌制好，按配比稱量出水玻璃的質(zhì)量，徐徐加入，并隨加入隨攪拌，攪拌工作不能停止，一直至注漿完畢為止。

（3）注漿壓力與注漿量控制

有設(shè)計要求時應(yīng)按設(shè)計壓力施工，無說明時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)來確定。實(shí)際注漿量應(yīng)大于理論計算的注漿量。為防止注漿時跑漿，在掌子面應(yīng)噴射20cm厚混凝土，孔口管與鋼管端部應(yīng)用較粘的素水泥漿封堵嚴(yán)密，待其凝結(jié)硬化后方可開始注漿。注漿時應(yīng)徐徐加壓，達(dá)到壓力后，表示已注滿，注滿后，漿液有時會從封口處均勻溢出，有時也會從周圍的巖隙裂縫處溢出。注漿完畢后，應(yīng)把注漿量與理論數(shù)值相比較，當(dāng)注漿量小于理論數(shù)值時，說明管內(nèi)未注滿，此時應(yīng)停止注漿查明原因后再進(jìn)行壓注。

問題及解決措施

（1） 排碴困難

由于巖層比較松散潮濕，所鉆鉆孔排出的巖碴多為泥團(tuán), 當(dāng)鉆孔較深時, 泥團(tuán)容易堵塞管孔, 排碴十分困難, 當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計孔深, 開始退出鉆頭時, 發(fā)現(xiàn)管內(nèi)巖碴嚴(yán)重卡鉆。因此在鉆進(jìn)過程中, 須嚴(yán)格控制進(jìn)尺, 勤吹孔,必要時從鉆桿內(nèi)向鉆桿與套管的環(huán)狀間隙內(nèi)送水洗孔, 然后退鉆。

（2） 鉆頭脫落

在鉆進(jìn)過程中經(jīng)常發(fā)生偏心鉆頭脫落事故, 經(jīng)分析主要原因是偏心鉆頭橫銷材質(zhì)較差,易斷。當(dāng)事故發(fā)生后,先拔出套管,然后用筒狀巖芯管取芯鉆進(jìn)取出鉆頭。重新鉆進(jìn)時再重新選用軸承鋼加工橫銷。

（3）跟管鉆進(jìn)蹩鉆

在跟管鉆進(jìn)過程中，當(dāng)鉆頭遇地下隱埋物,如硬質(zhì)石英砂巖或土石軟硬不均時，鉆進(jìn)過程會發(fā)生嚴(yán)重蹩鉆,導(dǎo)致鉆具無法正反轉(zhuǎn)，遇到此種情況需及時拔出套管，取芯鉆進(jìn)后再跟管鉆進(jìn)。