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摘要：本文以沙洲坝隧道施工为例，具体阐述超前支护的施工工艺，对超前大管棚支护施工过程中的难点以及注意事项进行了分析，提出施工中必须遵循施工工艺要求和注浆工艺要求。
关键词：隧道施工超前大管棚注浆施工工艺
中图分类号：U45文献标识码： A
1、工程概况
沙洲坝隧道起始里程DK119+600，隧道终止里程为DK119+978，隧道全长378m。隧道为时速200km/h客货共线铁路双线隧道。隧道拱顶以上最大埋深约27m，隧址通过的地层岩性为全风化-弱风化砂岩夹透镜体页岩、煤层，Ⅴ级围岩占100%，地下水主要为基岩裂隙水，较发育。根据预测，本隧道DK119+750-DK119+920段为强富水区，局部可能存在瓦斯富集区域。隧道进口段有20m的浅层溜塌段、冲沟发育，出口附近有既有路堑的弃渣。隧道施工过程大管棚支护有洞口和洞内两种形式。
2、超前支护施工的概述及作用
超前管棚支护适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋软弱围岩、偏压洞口段、砂层、砂卵石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水的隧道。对结构顶部处于亚粘土、粉细砂、中粗砂等地质松软、空隙较大的地层更为适用。
超前管棚、注浆的作用是：
1)加固工作面前方的地层，在开挖面以外注浆范围内形成加固圈。
2)超前导管与钢拱架、地层共同作用形成超前支护结构，从而保证开挖掌子面的稳定，防止掌子面松弛、坍塌、沉降，洞口段控制地表沉降。
3、施工流程
按照现场施工工艺，施工流程为：
4、施工工艺
4.1 施作护拱
（1）混凝土护拱作为管棚的导向墙，在开挖廓线以外拱部120°～135°范围内施作，断面尺寸为1.0×1.0m，护拱内埋设钢筋支撑，钢筋与管棚孔口管连接成整体。导向墙环向长度可根据具体工点实际情况确定，一般为1m～1.5m，要保证其基础稳定性。
（2）孔口管作为管棚的导向管，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。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
4.2 搭钻孔平台安装钻机
（1）钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。
（2）平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。
（3）钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
4.3 钻孔
（1）为了便于安装钢管，钻头直径宜比管径大20mm左右。
（2）岩质较好的可以一次成孔。钻进时产生坍孔、卡钻时，需补注浆后再钻进。
（3）钻机开钻时，应低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
（4）钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。
（5）钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
（6）认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。
4.4 清孔验孔
（1）用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。
（2）用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
（3）用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
4.5 安装管棚钢管
（1）钢管在专用的管床上加工好丝扣，导管四周钻设孔径10～16mm注浆孔（靠孔口2.5m处的棚管不钻孔），孔间距15～20cm，呈梅花型布置。管头焊成圆锥形，便于入孔。
（2）棚管顶进采用装载机和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后用装载机在人工配合下顶进钢管。
（3）接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
4.6 注浆
（1）安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。
（2）注浆材料：注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆。
（3）采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，初压0.5～1.0MPa，终压2MPa，持压15min后停止注浆。
注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。
注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。
5. 施工要求
（1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。
（2）钻孔外插角1°～3°以为宜，工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
（3）严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
（4）经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
（5）掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
6. 劳力组织
动力组织方式：采用架子队组织模式。钻机操作工3～6人，管棚加工2人，钢管顶进8人，注浆6人。
7. 材料要求
管棚采用外径108的热轧无缝钢管，钢管壁厚大于6mm，丝扣长度为15cm，采用方丝，同一截面的接头不能大于50%，管棚间距为40cm，管棚长度大于15m，管棚所用钢管进场必须按批抽取试件作力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求。
8. 设备机具的配置
结合正常施工需要，管棚施工机械设备配置如下：
管棚钻机1～2台、电动空压机1台、注浆机1台、ZJ-400高速制浆机1台、混凝土拌合站一座、混凝土振动棒2个、钢模板、木模板、J3G-400A型型材切割机1台、铣床、钻床各1台、BX1－400型交流弧焊机2台、砼搅拌运输车（3.5m3）1辆、ZLC50C装载机1辆。
9. 质量控制及检验
9.1 验收规范
《铁路隧道工程施工质量验收标准》
9.2 分项验收标准
9.2.1 主控项目
（1）管棚所用钢管进场必须按批抽取试件作力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求。
检验数量：以同牌号、同炉罐號、同规格、同交货状态的钢管，每60t为一批，不足60t按一批计。施工单位每批抽检一次；监理单位按施工单位抽检次数的10%进行见证取样检测，至少一次。
检验方法：施工单位检查每批质量证明文件并进行相关性能试验；监理单位检查全部质量证明文件和试验报告，并进行见证取样检测或平行试验。
（2）管棚所用钢管的品种和规格必须符合设计要求。
检验数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：观察，钢尺检查。
（3）管棚搭接长度应符合设计要求。
检查数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：尺量。
（4）注浆浆液的配合比应符合设计要求。
检验数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：施工单位进行配合比选定试验；监理单位检查配合比选定单，并进行见证试验。
（5）注浆压力应符合设计要求，注浆浆液应充满钢管及其周围的空隙。
检验数量：施工单位全部检查；监理单位按施工单位检查数量的20%见证检查。
检验方法：施工单位查施工记录的注浆量和注浆压力，观察；监理单位见证检查。
9.2.2一般项目
管棚钻孔的允许偏差应符合下表的规定：
管棚钻孔允许偏差
序号 项目 允许偏差
1 方向角 1°
2 孔口距 ±50mm
3 孔 深 ±50mm
检验数量：施工单位全部检查
检验方法：仪器测量、尺量
10. 安全及环保要求
（1）钻孔、注浆人员熟练掌握有关作业规程；禁止在不停机械的情况下进行任何修理；注浆泵及管路内压力未降至零时，不拆除管路或松开管路接头，以免浆液喷出伤人；钻机和注浆泵由专人负责操作，未经同意其他人不得操作；注浆人员在拆管路、操作注浆泵时戴防护眼镜，以防浆液溅入眼睛；
（2）注意用电安全，高空作业应有防坠落措施，采用合格电线，并安装漏电保护装置，防止漏电，布线、接头时要做到安全无障；
（3）在扫孔过程中，人员撤离到安全地带，防止由孔口吹出土石块伤人；
（4）每一孔注浆完成后，先泄压，再拆管，防止注浆管内高压伤人；
（5）钻孔、注浆上下同时作业时，搭设支架必须牢固，同时支架上必须面铺木板，以满足支架上人员和机械设备的安全正常使用；
（6）钻机、注浆泵应定期保养，修护，加油；
（7）注浆过程中的漏浆、泻浆等废弃物不能随意排放，防止污染周围生活用水等，污染灌溉用水等；
（8）尽量减少影响地表水及地下水的走向流动，防止影响周围生态环境。
11.结论与体会
隧道施工地质条件是千变万化的 ,采用管棚支护施工工艺的设计参数也是多种多样的。具体施工中及时把握好各类注意事项 ,通过管棚支护施工技术，为隧道的正常施工提供了有效的安全保证。
参考文献：
【1】关宝树；软弱围岩隧道施工技术；人民交通出版社；2011-8-1
【2】黄志全；软弱隧道塌方机理及治理技术研究；科学出版社；2012-10-1
【3】黄文宇；新奥法在芙蓉山隧道的应用研究[D];中南大学;2006年
关键词：隧道施工超前大管棚注浆施工工艺
中图分类号：U45文献标识码： A
1、工程概况
沙洲坝隧道起始里程DK119+600，隧道终止里程为DK119+978，隧道全长378m。隧道为时速200km/h客货共线铁路双线隧道。隧道拱顶以上最大埋深约27m，隧址通过的地层岩性为全风化-弱风化砂岩夹透镜体页岩、煤层，Ⅴ级围岩占100%，地下水主要为基岩裂隙水，较发育。根据预测，本隧道DK119+750-DK119+920段为强富水区，局部可能存在瓦斯富集区域。隧道进口段有20m的浅层溜塌段、冲沟发育，出口附近有既有路堑的弃渣。隧道施工过程大管棚支护有洞口和洞内两种形式。
2、超前支护施工的概述及作用
超前管棚支护适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋软弱围岩、偏压洞口段、砂层、砂卵石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水的隧道。对结构顶部处于亚粘土、粉细砂、中粗砂等地质松软、空隙较大的地层更为适用。
超前管棚、注浆的作用是：
1)加固工作面前方的地层，在开挖面以外注浆范围内形成加固圈。
2)超前导管与钢拱架、地层共同作用形成超前支护结构，从而保证开挖掌子面的稳定，防止掌子面松弛、坍塌、沉降，洞口段控制地表沉降。
3、施工流程
按照现场施工工艺，施工流程为：
4、施工工艺
4.1 施作护拱
（1）混凝土护拱作为管棚的导向墙，在开挖廓线以外拱部120°～135°范围内施作，断面尺寸为1.0×1.0m，护拱内埋设钢筋支撑，钢筋与管棚孔口管连接成整体。导向墙环向长度可根据具体工点实际情况确定，一般为1m～1.5m，要保证其基础稳定性。
（2）孔口管作为管棚的导向管，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。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
4.2 搭钻孔平台安装钻机
（1）钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。
（2）平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。
（3）钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
4.3 钻孔
（1）为了便于安装钢管，钻头直径宜比管径大20mm左右。
（2）岩质较好的可以一次成孔。钻进时产生坍孔、卡钻时，需补注浆后再钻进。
（3）钻机开钻时，应低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
（4）钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。
（5）钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
（6）认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。
4.4 清孔验孔
（1）用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。
（2）用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
（3）用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
4.5 安装管棚钢管
（1）钢管在专用的管床上加工好丝扣，导管四周钻设孔径10～16mm注浆孔（靠孔口2.5m处的棚管不钻孔），孔间距15～20cm，呈梅花型布置。管头焊成圆锥形，便于入孔。
（2）棚管顶进采用装载机和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后用装载机在人工配合下顶进钢管。
（3）接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
4.6 注浆
（1）安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。
（2）注浆材料：注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆。
（3）采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，初压0.5～1.0MPa，终压2MPa，持压15min后停止注浆。
注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。
注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。
5. 施工要求
（1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。
（2）钻孔外插角1°～3°以为宜，工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
（3）严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
（4）经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
（5）掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
6. 劳力组织
动力组织方式：采用架子队组织模式。钻机操作工3～6人，管棚加工2人，钢管顶进8人，注浆6人。
7. 材料要求
管棚采用外径108的热轧无缝钢管，钢管壁厚大于6mm，丝扣长度为15cm，采用方丝，同一截面的接头不能大于50%，管棚间距为40cm，管棚长度大于15m，管棚所用钢管进场必须按批抽取试件作力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求。
8. 设备机具的配置
结合正常施工需要，管棚施工机械设备配置如下：
管棚钻机1～2台、电动空压机1台、注浆机1台、ZJ-400高速制浆机1台、混凝土拌合站一座、混凝土振动棒2个、钢模板、木模板、J3G-400A型型材切割机1台、铣床、钻床各1台、BX1－400型交流弧焊机2台、砼搅拌运输车（3.5m3）1辆、ZLC50C装载机1辆。
9. 质量控制及检验
9.1 验收规范
《铁路隧道工程施工质量验收标准》
9.2 分项验收标准
9.2.1 主控项目
（1）管棚所用钢管进场必须按批抽取试件作力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求。
检验数量：以同牌号、同炉罐號、同规格、同交货状态的钢管，每60t为一批，不足60t按一批计。施工单位每批抽检一次；监理单位按施工单位抽检次数的10%进行见证取样检测，至少一次。
检验方法：施工单位检查每批质量证明文件并进行相关性能试验；监理单位检查全部质量证明文件和试验报告，并进行见证取样检测或平行试验。
（2）管棚所用钢管的品种和规格必须符合设计要求。
检验数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：观察，钢尺检查。
（3）管棚搭接长度应符合设计要求。
检查数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：尺量。
（4）注浆浆液的配合比应符合设计要求。
检验数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：施工单位进行配合比选定试验；监理单位检查配合比选定单，并进行见证试验。
（5）注浆压力应符合设计要求，注浆浆液应充满钢管及其周围的空隙。
检验数量：施工单位全部检查；监理单位按施工单位检查数量的20%见证检查。
检验方法：施工单位查施工记录的注浆量和注浆压力，观察；监理单位见证检查。
9.2.2一般项目
管棚钻孔的允许偏差应符合下表的规定：
管棚钻孔允许偏差
序号 项目 允许偏差
1 方向角 1°
2 孔口距 ±50mm
3 孔 深 ±50mm
检验数量：施工单位全部检查
检验方法：仪器测量、尺量
10. 安全及环保要求
（1）钻孔、注浆人员熟练掌握有关作业规程；禁止在不停机械的情况下进行任何修理；注浆泵及管路内压力未降至零时，不拆除管路或松开管路接头，以免浆液喷出伤人；钻机和注浆泵由专人负责操作，未经同意其他人不得操作；注浆人员在拆管路、操作注浆泵时戴防护眼镜，以防浆液溅入眼睛；
（2）注意用电安全，高空作业应有防坠落措施，采用合格电线，并安装漏电保护装置，防止漏电，布线、接头时要做到安全无障；
（3）在扫孔过程中，人员撤离到安全地带，防止由孔口吹出土石块伤人；
（4）每一孔注浆完成后，先泄压，再拆管，防止注浆管内高压伤人；
（5）钻孔、注浆上下同时作业时，搭设支架必须牢固，同时支架上必须面铺木板，以满足支架上人员和机械设备的安全正常使用；
（6）钻机、注浆泵应定期保养，修护，加油；
（7）注浆过程中的漏浆、泻浆等废弃物不能随意排放，防止污染周围生活用水等，污染灌溉用水等；
（8）尽量减少影响地表水及地下水的走向流动，防止影响周围生态环境。
11.结论与体会
隧道施工地质条件是千变万化的 ,采用管棚支护施工工艺的设计参数也是多种多样的。具体施工中及时把握好各类注意事项 ,通过管棚支护施工技术，为隧道的正常施工提供了有效的安全保证。
参考文献：
【1】关宝树；软弱围岩隧道施工技术；人民交通出版社；2011-8-1
【2】黄志全；软弱隧道塌方机理及治理技术研究；科学出版社；2012-10-1
【3】黄文宇；新奥法在芙蓉山隧道的应用研究[D];中南大学;2006年