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[摘 要]管棚超前支护技术是隧道施工的一种辅助施工技术，既能够稳定掌子面又能够控制地表下沉，而且施工速度快、安全性高，在隧道穿越破碎带、松散带、软弱地层等不良地质中发挥了重要作用，具有广阔的应用前景。本文结合工程实际，对隧道超前支護大管棚的工作原理及施工要点作一些探讨。
[关键词]公路隧道 超前支护 管棚 工作原理 施工要点
中图分类号：U431 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0186-01
隧道超前支护管棚施工是指在隧道洞口的隧道拱顶前沿沿着隧道轮廓线外钻设水平孔，然后进行注浆对围岩进行固结，对隧道拱顶形成棚架保护环，以确保隧道施工开挖的安全顺利进行。本文结合工程实际，对隧道管棚超前支护的工作原理及施工要点作一些探讨。
一、工程概况
某高速公路施工合同段路河山隧道地貌属低山地貌，地面高程在190m-420m之间，相对高差约272m。隧道洞身段由砂岩、泥质粉砂岩构成的山体较陡，地形切割较深，山坡较陡，地表横向沟谷较发育，由于长期受风化剥蚀切割作用，隧道洞身穿越地段山体较为陡峻，沿山体沉积覆盖层普遍掩盖，山体上植被较茂密，种植有松树、桉树等经济林木，线路局部地段见基岩出露。
在如此不良的地质条件下修建双线隧道，隧道不具备开挖后的自稳能力，特别是地表受雨水冲刷的影响特大，如果在施工过程中对隧道的监控量测、特变是拱顶下沉控制措施不当，围岩会很快产生松弛现象，最终导致直达地表的塌陷，从而酿成严重的后果，为确保施工安全，本隧道Ⅴ级围岩浅埋段、偏压地层段采用长管棚。长管棚采用Φ108mm，壁厚6mm，长3m、6m的热扎无缝钢管，钢管前端加工成尖锥状。环向间距为50cm，倾角为1°（不包括线路纵坡），方向与线路中线平行（见图1）。
二、管棚施工技术要点
1、施工准备
（1）管棚制作：大管棚采用2-3m的管节，钢管上钻中10mm孔，间距为500mm，十字对打状布置。
（2）破除孔位喷射混凝土：按测量放线点标示大管破除一个。待这批大管棚完成施工后，再破除其余孔位混凝土。
（3）移动钻机至钻孔部位，调整钻机高度，将钻具放人导向孔中，使导向孔、钻机立轴和钻杆在一条直线上，并用仪器量测这一条直线的角度（一般使用地质罗盘或使用悬吊式量角器）。亦可使用经纬仪标定角度及方位。
2、钻孔施工
（1）现场加工，钢管管壁打孔，钢管尾部留200cm不钻孔的止浆段，其余部分按15cm间距交错呈梅花型设置漏浆孔，孔径10mm。管节长度3m、6m，采用丝扣连接，丝扣螺纹段长大于15cm，相邻两根钢花管的接头相互错开，错节长度不小于1.0m。管棚钢管接头采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于150mm，接头应在隧道横断面上错开。
（2）采用MGJ-50型管棚钻机使用偏心钻头施钻，大管棚施工的准备工作主要包括钻机保养和试运转、封闭掌子面、测量放样布孔和孔位插钎标记，以及铺设钻机走行轨等。
（3）长管棚施工前先做好施工准备，将洞口土方挖至导向墙（套拱）拱脚标高，在套拱前10米范围内预留核心土，以备后期安设钻机。
（4）为保证钻孔方向，在衬砌外设25#钢拱架混凝土套拱，长2.0m。套拱内设4榀18号工字钢，环向间距0.6m，工字钢与管棚孔口管焊成整体。长管棚钢管直径为108mm，套拱内孔口管直径为127mm，用Φ25钢筋固定于钢拱架上。在施作套拱混凝土前，对孔口管的间距精确调整。在套拱内轮廓线每一孔位预埋一根Φ25末端弯成圆环状钢筋，以备后期悬挂钻杆。
（5）套拱施工完毕，达到强度后即可开始进行钻孔施工。钻机平台搭设要稳固可靠，以免钻进过程中由于平台振动而造成偏位。
（6）为使钢管接头错开，确保管棚受力要求，编号为奇数的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节钢管采用6m钢管，以后每节均采用6m钢管。当前一根钢管推进孔内，孔外剩余30-40cm时，开动钻机反转，使顶进联接套管与钢管脱离，钻机退回原位，人工装上一节钢管后，钻机低速前进，对准前一节钢管端部，人工用管钳进行钢管联接。
（7）为了加强管棚的刚度和强度，按设计将管棚钢管全部顶入后，注浆结束后，清除管内残渣，进行管内充填，增加管棚整体刚度。
3、注浆施工
（1）设计的注浆参数为：水泥浆与水玻璃体积比1：0.5，水泥浆水灰比1：1，必要时掺速凝剂。注浆初压0.5-1.0Mpa，终压2.0MPa。注浆前先进行注浆现场试验，按实际情况确定注浆参数，以利施工和保证工程质量。为在注浆过程中及时将孔内空气排出，达到注浆饱满目的，在每根钢管内全长加设1根Φ20mm塑料排气管。
（2）注浆前的准备和要求注浆前先进行现场注浆试验，确定注浆参数及缓凝剂掺入量，用于实际施工。注浆时要求：注浆前在钢管中沿管壁安设φ15mm的塑料硬管至孔底，在管口（外端）处与堵浆塞排气孔相连接，作为排气孔（安设钢管盖和注浆阀门。）注浆管与堵浆塞进浆孔相连，堵浆塞与超前锚杆间为丝扣连接。注浆采用从孔口一次注入，为使管内浆液饱满密实，注浆时等排气孔有浆液流出，进行终压注浆，直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止，然后闭其阀门。注浆结束标准：按单孔注浆量达到设计注浆量时，可作为结束注浆标准；注浆压力达到设计终压并延时不少于5分钟时，也可结束注浆，同时注浆扩散半径不小于0.5m。
（3）注浆机械选用两台2TGZ-120型注浆泵，采用分段注浆。单孔注浆量达到设计注浆量时，作为结束注浆标准；注浆压力达到设计终压力并延时不少于5分钟时，方可结束注浆。
（4）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，应尽快卸开孔口接头，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。
（5）注浆管的止浆和固定：在注浆管口预定的位置，焊接带有阀门的套丝管头，注浆时，将注浆管和套丝管口连接，并用铁丝扎紧。注浆时打开阀门；注浆完成后关闭阀门。
（6）注浆作业完毕后，对所有的机具设备，特别是搅拌机、注浆管、接头、阀门、贮浆桶等，认真清洗干净，收好后撤出洞外，并定期进行检查、保养，保证其处于良好状态，以备下次注浆使用。钻孔施工误差：径向不大于20cm，沿相邻钢管方向不大于10cm。孔斜预防措施：导向管导向、扶正器扶正钻具、测斜仪检查；发现偏斜，岩芯管扫孔检查控制，发现孔斜超过允许范围，则停止钻孔，进行注水泥浆充填，凝固后重新钻孔。
三、结束语
总之，超前管棚支护结构有足够的可靠性能，对于各种特殊、困难地段有较好的适用性。它利用钢管和钢拱架作为纵向和横向支撑，能限制围岩变形，提前承受早期围岩压力，加固效果明显。其施工速度快，临时支护及时、效果好，安全性高，能阻止严重渗水，经济和社会效益明显。
参考文献
[1] 陈向利.公路隧道大管棚施工技术分析[J].中化民居，2014（4）.
[关键词]公路隧道 超前支护 管棚 工作原理 施工要点
中图分类号：U431 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0186-01
隧道超前支护管棚施工是指在隧道洞口的隧道拱顶前沿沿着隧道轮廓线外钻设水平孔，然后进行注浆对围岩进行固结，对隧道拱顶形成棚架保护环，以确保隧道施工开挖的安全顺利进行。本文结合工程实际，对隧道管棚超前支护的工作原理及施工要点作一些探讨。
一、工程概况
某高速公路施工合同段路河山隧道地貌属低山地貌，地面高程在190m-420m之间，相对高差约272m。隧道洞身段由砂岩、泥质粉砂岩构成的山体较陡，地形切割较深，山坡较陡，地表横向沟谷较发育，由于长期受风化剥蚀切割作用，隧道洞身穿越地段山体较为陡峻，沿山体沉积覆盖层普遍掩盖，山体上植被较茂密，种植有松树、桉树等经济林木，线路局部地段见基岩出露。
在如此不良的地质条件下修建双线隧道，隧道不具备开挖后的自稳能力，特别是地表受雨水冲刷的影响特大，如果在施工过程中对隧道的监控量测、特变是拱顶下沉控制措施不当，围岩会很快产生松弛现象，最终导致直达地表的塌陷，从而酿成严重的后果，为确保施工安全，本隧道Ⅴ级围岩浅埋段、偏压地层段采用长管棚。长管棚采用Φ108mm，壁厚6mm，长3m、6m的热扎无缝钢管，钢管前端加工成尖锥状。环向间距为50cm，倾角为1°（不包括线路纵坡），方向与线路中线平行（见图1）。
二、管棚施工技术要点
1、施工准备
（1）管棚制作：大管棚采用2-3m的管节，钢管上钻中10mm孔，间距为500mm，十字对打状布置。
（2）破除孔位喷射混凝土：按测量放线点标示大管破除一个。待这批大管棚完成施工后，再破除其余孔位混凝土。
（3）移动钻机至钻孔部位，调整钻机高度，将钻具放人导向孔中，使导向孔、钻机立轴和钻杆在一条直线上，并用仪器量测这一条直线的角度（一般使用地质罗盘或使用悬吊式量角器）。亦可使用经纬仪标定角度及方位。
2、钻孔施工
（1）现场加工，钢管管壁打孔，钢管尾部留200cm不钻孔的止浆段，其余部分按15cm间距交错呈梅花型设置漏浆孔，孔径10mm。管节长度3m、6m，采用丝扣连接，丝扣螺纹段长大于15cm，相邻两根钢花管的接头相互错开，错节长度不小于1.0m。管棚钢管接头采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于150mm，接头应在隧道横断面上错开。
（2）采用MGJ-50型管棚钻机使用偏心钻头施钻，大管棚施工的准备工作主要包括钻机保养和试运转、封闭掌子面、测量放样布孔和孔位插钎标记，以及铺设钻机走行轨等。
（3）长管棚施工前先做好施工准备，将洞口土方挖至导向墙（套拱）拱脚标高，在套拱前10米范围内预留核心土，以备后期安设钻机。
（4）为保证钻孔方向，在衬砌外设25#钢拱架混凝土套拱，长2.0m。套拱内设4榀18号工字钢，环向间距0.6m，工字钢与管棚孔口管焊成整体。长管棚钢管直径为108mm，套拱内孔口管直径为127mm，用Φ25钢筋固定于钢拱架上。在施作套拱混凝土前，对孔口管的间距精确调整。在套拱内轮廓线每一孔位预埋一根Φ25末端弯成圆环状钢筋，以备后期悬挂钻杆。
（5）套拱施工完毕，达到强度后即可开始进行钻孔施工。钻机平台搭设要稳固可靠，以免钻进过程中由于平台振动而造成偏位。
（6）为使钢管接头错开，确保管棚受力要求，编号为奇数的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节钢管采用6m钢管，以后每节均采用6m钢管。当前一根钢管推进孔内，孔外剩余30-40cm时，开动钻机反转，使顶进联接套管与钢管脱离，钻机退回原位，人工装上一节钢管后，钻机低速前进，对准前一节钢管端部，人工用管钳进行钢管联接。
（7）为了加强管棚的刚度和强度，按设计将管棚钢管全部顶入后，注浆结束后，清除管内残渣，进行管内充填，增加管棚整体刚度。
3、注浆施工
（1）设计的注浆参数为：水泥浆与水玻璃体积比1：0.5，水泥浆水灰比1：1，必要时掺速凝剂。注浆初压0.5-1.0Mpa，终压2.0MPa。注浆前先进行注浆现场试验，按实际情况确定注浆参数，以利施工和保证工程质量。为在注浆过程中及时将孔内空气排出，达到注浆饱满目的，在每根钢管内全长加设1根Φ20mm塑料排气管。
（2）注浆前的准备和要求注浆前先进行现场注浆试验，确定注浆参数及缓凝剂掺入量，用于实际施工。注浆时要求：注浆前在钢管中沿管壁安设φ15mm的塑料硬管至孔底，在管口（外端）处与堵浆塞排气孔相连接，作为排气孔（安设钢管盖和注浆阀门。）注浆管与堵浆塞进浆孔相连，堵浆塞与超前锚杆间为丝扣连接。注浆采用从孔口一次注入，为使管内浆液饱满密实，注浆时等排气孔有浆液流出，进行终压注浆，直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止，然后闭其阀门。注浆结束标准：按单孔注浆量达到设计注浆量时，可作为结束注浆标准；注浆压力达到设计终压并延时不少于5分钟时，也可结束注浆，同时注浆扩散半径不小于0.5m。
（3）注浆机械选用两台2TGZ-120型注浆泵，采用分段注浆。单孔注浆量达到设计注浆量时，作为结束注浆标准；注浆压力达到设计终压力并延时不少于5分钟时，方可结束注浆。
（4）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，应尽快卸开孔口接头，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。
（5）注浆管的止浆和固定：在注浆管口预定的位置，焊接带有阀门的套丝管头，注浆时，将注浆管和套丝管口连接，并用铁丝扎紧。注浆时打开阀门；注浆完成后关闭阀门。
（6）注浆作业完毕后，对所有的机具设备，特别是搅拌机、注浆管、接头、阀门、贮浆桶等，认真清洗干净，收好后撤出洞外，并定期进行检查、保养，保证其处于良好状态，以备下次注浆使用。钻孔施工误差：径向不大于20cm，沿相邻钢管方向不大于10cm。孔斜预防措施：导向管导向、扶正器扶正钻具、测斜仪检查；发现偏斜，岩芯管扫孔检查控制，发现孔斜超过允许范围，则停止钻孔，进行注水泥浆充填，凝固后重新钻孔。
三、结束语
总之，超前管棚支护结构有足够的可靠性能，对于各种特殊、困难地段有较好的适用性。它利用钢管和钢拱架作为纵向和横向支撑，能限制围岩变形，提前承受早期围岩压力，加固效果明显。其施工速度快，临时支护及时、效果好，安全性高，能阻止严重渗水，经济和社会效益明显。
参考文献
[1] 陈向利.公路隧道大管棚施工技术分析[J].中化民居，2014（4）.