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摘要：管棚施工技术是充分发挥超前支护作用，减少地表下沉，防止围岩坍塌，从而增加施工安全度，提高隧洞长期稳定性的新型有效施工技术。介绍了张掖黑河宝瓶水电站压力管道通过古河床凹槽砂砾石段的管棚施工方法。由于压力管道古河床含漂石砂卵砾石中通过，结构松散，地下水较为活跃。为了保证隧道开挖的顺利进行，经过分析论证，对原古河床段下平洞实行管棚预支护，提高其整体性，增加稳定性，能承受开挖后的应力和抑止围岩变形。
关键词:管棚施工；施工技术；超前支护；注浆加固
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：一、工程概况
宝瓶水电站地处甘肃省张掖市肃南裕固族自治县和青海省祁连县之间的黑河上潘家河沟至夹道沟河段内。工程采用引水式开发方式，主要任务是发电，电站总装机容量为112MW，属中型三等工程，其主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。
引水发电洞全长7017.3m，压力管道位于隧洞与厂房的连接段，全长478.1m，下平洞底板高程为2365.2m。
二、采用管棚施工的原因
压力管道通过古河床凹槽，覆盖层深厚，上部为积块碎石土、粉细砂、砂壤土层厚约5～14m，位于地下水位之下；下部古河床含漂石砂卵砾石厚30～40m，下伏岩性为蛇纹岩、石英砂岩，弱风化厚5～10m，层状～碎裂结构，完整性差，嵌合较松弛。
含漂石砂卵砾石颗粒岩性为蛇纹岩、石英岩、变质砂岩、花岗岩、长石石英砂岩等坚硬岩石，磨园度一般,分选性较差,结构紧密，呈密实状态。根据颗粒分析成果，漂石占25～28%，平均占26.75%，卵砾石占51.25～64.27%，平均占56.89%，砂占13.76～20.75%，平均占17.37%，不均匀系数为27.53～209.54，平均为122.94，曲率系数3.18～9.88，平均为6.81，属于级配不良或级配不连续土。
室内物理力学性质试验成果表明，比重2.75～2.76，天然密度2.13～2.19g/cm3，天然干密度1.99～2.11g/cm3，孔隙率23.27%～27.90%，相對密度一般为0.6～0.7。可见含漂石砂卵砾石层组成物质具有孔隙率小、密实、承载力较高的工程特性。
水上开挖深度30～40m，水下开挖深度约13m，管身在古河床含漂石砂卵砾石层中通过，该层承载力高，抗变形能力强，可作为管道地基，但存在渗透变形破坏的问题，沿裂隙密集带地下水活动较强烈，表现为线状水流或大量突水。
压力管道下平洞段桩号7+387.13～7+474.13m在古河床含漂石砂卵砾石中通过，并地下水位以下，地下水与河水基本持平，水位高出管道约15m。
通过对以上工程地质条件的分析，结合现场施工条件，经技术、经济综合对比，确定采用管棚预加固施工方案。
三.管棚施工参数的确定
1、管棚尺寸参数
孔深为10～15m，根据实际情况适当调整。
钻具采用ø91同心潜孔锤跟管钻进，跟管为钢制ø108、壁厚10㎜的花管，长为1.5～1.8m。
2、管棚位置参数
a、管棚施工倾角为：1°～3°；
b、外插角为：0°～1°；
c、环向间距根据现场地质情况一般为10～30cm。
3、注浆参数
灌浆压力为0.3～0.8MPa，在水灰比采用1:1、0.5:1两个比级。水玻璃浓度为35波美度，水玻璃模数24。
四、管棚施工工艺
传统的管棚施工是采用套管法跟进钻孔，套管护壁并孔，待一次性钻进至设计要求深度后，退出钻杆及钻具，然后分节插入并连接管棚钢管，最后排出套管，即完成了管棚钻设全部工作。采用常规钻进方法容易造成钻孔坍塌埋钻，探头石卡钻等复杂的孔内事故，因此，本工程施工时采用空气潜孔锤跟管钻进和潜孔锤超前扩底，套管扩孔双回旋钻进技术。以压缩空气作为潜孔锤动力，同时冷却钻头，排除岩屑。当钻孔钻进到设计深度后，取出中心钻具，套管留在孔内，钻孔一径成孔。
1、施工工艺流程
施工准备→浇筑混凝土封堵墙→钻孔并同步跟入无缝钢花管→ 注浆→开挖掘进→初期支护→出碴→进入下一循环。
2、混凝土封堵墙浇筑
在开挖撑子面上用C20砼浇筑30～50㎝厚的砼挡墙，并在砼挡墙底部、腰线处安装2～4个ø89钢制排水管。
采用砼封闭墙,一是为了钻进过程中突然出现涌水、塌方等特殊情况，起到保护人员、机械设备安全作用；二是为了在灌浆时，灌浆压力能够达到设计要求。
3、钻孔
操作平台用焊接3×0.9×4.6m高的工字钢框架2个，在洞两侧墙各安装1个框架，中间采用工字钢链接固定，距施工掌子面1.5～2m。
利用全站仪仪按设计位置测放孔口平面位置、倾角、外插角。
在侧墙造孔时，在工字钢框架内布设MD-60A钻机1台，固定并调整钻机仰角为1°～2° 。
在顶拱处造孔时，在此框架顶部安装一个活动平台，平台规格为3×4.5×1.5m，安装2台MD-60A钻机固定，同时造孔。孔深为12～15m，根据实际情况适当调整。
钻具采用ø91同心浅孔锤跟管钻进，跟管为钢制ø108、壁厚10mm的花管，长为1.5～1.8m，螺纹链接。
跟管套管采用DZ40高频淬火的无缝钢管，壁厚4.5 mm，反丝套管用接箍连接，丝扣长70 mm。并保证管内空腔调无凸起部位，保持管内空腔大小一致。
开孔前以孔口导管为准调正钻机，套管从导管中穿过，依导管的方位角为准，尽量调正接近施工设计所需的方位角。套管穿过导管后一头放在需钻进的地表，用水平尺或连通管调平套管，然后将套管调为上倾2°左右的角度，然后开风，不回转钻具将管子打入土层1 m后回转钻具跟管，在开孔时发现套管偏斜等情况时应及时调整，保证以后的跟管精度。
4、灌浆
在钻孔全部完成后，采用P32.5普通硅酸盐水泥，用浓水泥浆加水玻璃搅拌均匀后回填套管外壁与钻孔间隙，使浆液在孔内有压力循环。
采用SGB6-10型灌浆泵灌浆，压力为0.3～0.8MPa，下入ø20聚氯乙烯管距孔底不大于0.5m处作为射浆管，孔口封闭循环灌浆法。
水灰比采用1:1、0.5:1两个比级。根据实际灌浆过程在确定那一级水灰比。根据实际灌浆情况。
灌浆结束标准为吸浆量小于1L/min时,延续30min即可结束该孔灌浆。
5、开挖掘进
管棚注完浆固结达到一定强度后，开始进行开挖掘进。开挖采用手持式凿岩机钻眼，浅眼微振动弱爆破，炮眼深度控制1.0m左右，每循环进尺一般控制在1～1.5m之间。开挖成型后，立即利用碴堆初喷混凝土封闭，进行初期支护。
6、初期支护
利用碴堆及简易台车，作初期的径向锚杆、布挂钢筋网、安装钢拱架，然后喷砼并复喷至设计厚度。
7、出碴
出碴采用装载机装运出碴。出碴完成后，继续开挖掘进直至距管头1.5m左右时，进行下一道管棚施钻。
五、质量控制
整个开挖过程中，严格按照“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的指导思想进行组织施工。
1、严格按设计要求进行钻孔，钻孔前，用全站仪精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。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°～2°，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1％左右，并控制在20～30 cm。
2、严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧洞开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交，并经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
3、为确保管棚进入砂砾石层中接头连接牢固，开挖施工影响不断裂，向ø108管内下入ø28，L=9米的螺纹钢2根。
4、保证浆液流动性好，并具有良好的粘结力和较高的早期强度。注浆过程中，要时刻注意泵口和孔口压力变化情况，发现问题及时处理。
5、认真做好钻进过程中的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断和描述。
6、加强对围岩进行动态监控量测，掌握信息以便科学组织施工。
六.结束语
工程的开挖过程已经验证,选用跟管管棚施工的方法，工期控制和质量控制以及安全管理的目标都达到了预期的效果，因此施工方案是正确的。这也为以后在跨越河卵漂石地层中的类似隧洞开挖提供了借鉴作用。
参考文献：
[1]王向明.跟管管棚施工技术在砂卵砾石层开挖中的应用[J].甘肃水利水电技术,2011,47(8)。
[2]江新.南水北调釜山隧洞管棚施工技术[J].人民长江2008,39(24)。
关键词:管棚施工；施工技术；超前支护；注浆加固
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：一、工程概况
宝瓶水电站地处甘肃省张掖市肃南裕固族自治县和青海省祁连县之间的黑河上潘家河沟至夹道沟河段内。工程采用引水式开发方式，主要任务是发电，电站总装机容量为112MW，属中型三等工程，其主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。
引水发电洞全长7017.3m，压力管道位于隧洞与厂房的连接段，全长478.1m，下平洞底板高程为2365.2m。
二、采用管棚施工的原因
压力管道通过古河床凹槽，覆盖层深厚，上部为积块碎石土、粉细砂、砂壤土层厚约5～14m，位于地下水位之下；下部古河床含漂石砂卵砾石厚30～40m，下伏岩性为蛇纹岩、石英砂岩，弱风化厚5～10m，层状～碎裂结构，完整性差，嵌合较松弛。
含漂石砂卵砾石颗粒岩性为蛇纹岩、石英岩、变质砂岩、花岗岩、长石石英砂岩等坚硬岩石，磨园度一般,分选性较差,结构紧密，呈密实状态。根据颗粒分析成果，漂石占25～28%，平均占26.75%，卵砾石占51.25～64.27%，平均占56.89%，砂占13.76～20.75%，平均占17.37%，不均匀系数为27.53～209.54，平均为122.94，曲率系数3.18～9.88，平均为6.81，属于级配不良或级配不连续土。
室内物理力学性质试验成果表明，比重2.75～2.76，天然密度2.13～2.19g/cm3，天然干密度1.99～2.11g/cm3，孔隙率23.27%～27.90%，相對密度一般为0.6～0.7。可见含漂石砂卵砾石层组成物质具有孔隙率小、密实、承载力较高的工程特性。
水上开挖深度30～40m，水下开挖深度约13m，管身在古河床含漂石砂卵砾石层中通过，该层承载力高，抗变形能力强，可作为管道地基，但存在渗透变形破坏的问题，沿裂隙密集带地下水活动较强烈，表现为线状水流或大量突水。
压力管道下平洞段桩号7+387.13～7+474.13m在古河床含漂石砂卵砾石中通过，并地下水位以下，地下水与河水基本持平，水位高出管道约15m。
通过对以上工程地质条件的分析，结合现场施工条件，经技术、经济综合对比，确定采用管棚预加固施工方案。
三.管棚施工参数的确定
1、管棚尺寸参数
孔深为10～15m，根据实际情况适当调整。
钻具采用ø91同心潜孔锤跟管钻进，跟管为钢制ø108、壁厚10㎜的花管，长为1.5～1.8m。
2、管棚位置参数
a、管棚施工倾角为：1°～3°；
b、外插角为：0°～1°；
c、环向间距根据现场地质情况一般为10～30cm。
3、注浆参数
灌浆压力为0.3～0.8MPa，在水灰比采用1:1、0.5:1两个比级。水玻璃浓度为35波美度，水玻璃模数24。
四、管棚施工工艺
传统的管棚施工是采用套管法跟进钻孔，套管护壁并孔，待一次性钻进至设计要求深度后，退出钻杆及钻具，然后分节插入并连接管棚钢管，最后排出套管，即完成了管棚钻设全部工作。采用常规钻进方法容易造成钻孔坍塌埋钻，探头石卡钻等复杂的孔内事故，因此，本工程施工时采用空气潜孔锤跟管钻进和潜孔锤超前扩底，套管扩孔双回旋钻进技术。以压缩空气作为潜孔锤动力，同时冷却钻头，排除岩屑。当钻孔钻进到设计深度后，取出中心钻具，套管留在孔内，钻孔一径成孔。
1、施工工艺流程
施工准备→浇筑混凝土封堵墙→钻孔并同步跟入无缝钢花管→ 注浆→开挖掘进→初期支护→出碴→进入下一循环。
2、混凝土封堵墙浇筑
在开挖撑子面上用C20砼浇筑30～50㎝厚的砼挡墙，并在砼挡墙底部、腰线处安装2～4个ø89钢制排水管。
采用砼封闭墙,一是为了钻进过程中突然出现涌水、塌方等特殊情况，起到保护人员、机械设备安全作用；二是为了在灌浆时，灌浆压力能够达到设计要求。
3、钻孔
操作平台用焊接3×0.9×4.6m高的工字钢框架2个，在洞两侧墙各安装1个框架，中间采用工字钢链接固定，距施工掌子面1.5～2m。
利用全站仪仪按设计位置测放孔口平面位置、倾角、外插角。
在侧墙造孔时，在工字钢框架内布设MD-60A钻机1台，固定并调整钻机仰角为1°～2° 。
在顶拱处造孔时，在此框架顶部安装一个活动平台，平台规格为3×4.5×1.5m，安装2台MD-60A钻机固定，同时造孔。孔深为12～15m，根据实际情况适当调整。
钻具采用ø91同心浅孔锤跟管钻进，跟管为钢制ø108、壁厚10mm的花管，长为1.5～1.8m，螺纹链接。
跟管套管采用DZ40高频淬火的无缝钢管，壁厚4.5 mm，反丝套管用接箍连接，丝扣长70 mm。并保证管内空腔调无凸起部位，保持管内空腔大小一致。
开孔前以孔口导管为准调正钻机，套管从导管中穿过，依导管的方位角为准，尽量调正接近施工设计所需的方位角。套管穿过导管后一头放在需钻进的地表，用水平尺或连通管调平套管，然后将套管调为上倾2°左右的角度，然后开风，不回转钻具将管子打入土层1 m后回转钻具跟管，在开孔时发现套管偏斜等情况时应及时调整，保证以后的跟管精度。
4、灌浆
在钻孔全部完成后，采用P32.5普通硅酸盐水泥，用浓水泥浆加水玻璃搅拌均匀后回填套管外壁与钻孔间隙，使浆液在孔内有压力循环。
采用SGB6-10型灌浆泵灌浆，压力为0.3～0.8MPa，下入ø20聚氯乙烯管距孔底不大于0.5m处作为射浆管，孔口封闭循环灌浆法。
水灰比采用1:1、0.5:1两个比级。根据实际灌浆过程在确定那一级水灰比。根据实际灌浆情况。
灌浆结束标准为吸浆量小于1L/min时,延续30min即可结束该孔灌浆。
5、开挖掘进
管棚注完浆固结达到一定强度后，开始进行开挖掘进。开挖采用手持式凿岩机钻眼，浅眼微振动弱爆破，炮眼深度控制1.0m左右，每循环进尺一般控制在1～1.5m之间。开挖成型后，立即利用碴堆初喷混凝土封闭，进行初期支护。
6、初期支护
利用碴堆及简易台车，作初期的径向锚杆、布挂钢筋网、安装钢拱架，然后喷砼并复喷至设计厚度。
7、出碴
出碴采用装载机装运出碴。出碴完成后，继续开挖掘进直至距管头1.5m左右时，进行下一道管棚施钻。
五、质量控制
整个开挖过程中，严格按照“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的指导思想进行组织施工。
1、严格按设计要求进行钻孔，钻孔前，用全站仪精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。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°～2°，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1％左右，并控制在20～30 cm。
2、严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧洞开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交，并经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
3、为确保管棚进入砂砾石层中接头连接牢固，开挖施工影响不断裂，向ø108管内下入ø28，L=9米的螺纹钢2根。
4、保证浆液流动性好，并具有良好的粘结力和较高的早期强度。注浆过程中，要时刻注意泵口和孔口压力变化情况，发现问题及时处理。
5、认真做好钻进过程中的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断和描述。
6、加强对围岩进行动态监控量测，掌握信息以便科学组织施工。
六.结束语
工程的开挖过程已经验证,选用跟管管棚施工的方法，工期控制和质量控制以及安全管理的目标都达到了预期的效果，因此施工方案是正确的。这也为以后在跨越河卵漂石地层中的类似隧洞开挖提供了借鉴作用。
参考文献：
[1]王向明.跟管管棚施工技术在砂卵砾石层开挖中的应用[J].甘肃水利水电技术,2011,47(8)。
[2]江新.南水北调釜山隧洞管棚施工技术[J].人民长江2008,39(24)。