1、40 m 长大管棚超前支护的施工技术 关键词：长大管棚；施工技术；参数确定；机具选择；质量控制； 成本分析 1 工程概况 杨梅岭隧道设计为上下行分离式 4 车道高速公路隧道，隧道左线长 1 365 m，右线长为 1 340 m。全隧道按新奥法设计和施工，进口左 洞和出口右洞洞口浅埋段最薄覆盖层分别为 367 m、405 m，在 洞口 35 m 范围内为强风化、弱风化花岗岩，顶板为残坡积层，风化 裂隙，发育具块状镶嵌结构，局部散体结构，围岩不稳定，易塌。 福建省首次采用 40 m 长大管棚对洞口段进行超前支护。沿隧道衬砌 外缘一定距离打入一排纵向钢管，并且在插入钢管后，再往管内注 浆以固结软弱围
2、岩、充填钢管与孔壁之间的空隙，使管棚与围岩固 结紧密，以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固 的棚状支护结构。 2 施工工艺 2.1 施工工艺流程 施工工艺流程如图 1 所示。 2.2 管棚参数 (1)钢管布设在圆心角为 150的隧道拱部； (2)钢管环向间距为 50 cm； (3)管心与衬砌设计外廓线间距为 40 cm； (4)倾角：仰角 1(不包括路线纵坡 )； (5)钢管施工误差：径向不大于 20 cm； (6)管棚长度为 40 m，热轧无缝钢管 108 mm，壁厚 6 mm，节长 3 m、6 m； (7)孔口管为天缝钢管 127 mm，壁厚 6 mm，节长 2 m。 2.3
3、 机具选择 机具选择如表 1 所示。 表 1 机具选择表 管棚长度（m）管棚机型号管棚机参数 816KSZ100 型钻杆外径 50 mm1640MK 5 型钻杆外径 80 mm24 工艺说明 管棚施工主要工序有开挖支护明洞边坡、仰坡；施作套拱；搭钻孔 平台、安装钻机；钻孔；清孔、验孔；安装管棚钢管；注浆。工序 技术要求高，工艺复杂，现分别叙述如下。 2.4.1 明洞边坡仰坡开挖支护 (1)明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行，应尽量避开雨季施 工。 (2)边坡防护应与明洞开挖同步进行：及时施工明洞边坡的锚杆、挂 设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。 (3)对边坡渗水要及时排、引到坡面外，加强对
4、坡面的防护。 2.4.2 施作套拱 (1)混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱在明洞外廓线以外施作， 套拱内埋设 4 榀工字型钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体。 (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。 2.4. 3 搭钻孔平台安装钻机 (1)钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好， 钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭 设平台时间，便于
5、钻机定位。 (2)平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生 不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。 (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， 确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。 2.4.4 钻孔 (1)为了便于安装钢管，钻头直径采用 115 mm。 (2)岩质较好的可以一次成孔；钻进时产生坍孔、卡钻，需补注浆后 再钻进。 (3)钻机开钻时，可低速低压，待成孔 10 m 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，并根据钻机钻进的现象及 时判断成孔质量，并及时
6、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。作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。 2.4.5 清孔验孔 (1)用地质岩芯钻杆配合钻头( 115 mm)进行来回扫孔，清除浮渣至 孔底，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。 (2)用高压气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。 2.4.6 安装管棚钢管 (1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻 8 出浆孔(靠掌 子面 45 m 的棚管不钻孔)；管头焊成圆锥形，便于入孔。 (2)棚管
7、顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，即先钻大于 棚管直径的引导孔( 115 mm)，然后可用 10 t 以上卷扬机配合滑轮 组反压顶进；也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。 (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 1 m。 2.4.7 注浆 (1)安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆后再施工无孔钢管，无 孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。 (2)注浆参数：水泥浆与水玻璃体积的比例为 105 ；水泥浆水灰 比 11；水玻璃浓度 35 波美度；水玻璃模数 24。 (3)采用 KBY50/70 液压注浆机将双液浆
8、注入管棚钢管内，初压 05 MPa10 MPa，终压 2 MPa，持压 15 min 后停止注浆。注浆 量一般为钻孔圆柱体的 15 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，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围 岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。 (4)注浆结束后及时清除管内浆液，并用 30 号水泥砂浆充填，增强 管棚的刚度和强度。 2.5 劳动力组织 管棚施工工序多，工种杂、技术性强、要求技术工人具有各方面独 立操作能力，又能处理管棚施工中一般的故障，管棚施工的质量很 大程度上取决于钻孔和注浆的质量。一台钻机三班作业劳力组织为： 技术人员 1 人、机长 1 人、班
9、长 3 人、修理工 1 人、电工 1 人、电 焊工 1 人、钻工 15 人、合计 23 人。 3 进度情况 钻机就位、加固：钢管 47 h/t 钻进：钢管 95 h/t 扫孔、顶管：钢管 11 h/t 注浆：钢管 55 h/t 4 质量控制 (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)钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在 1 15，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 cm30 cm。 (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
10、，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)在遇到松散的堆积层和破碎地质时，在钻进中可以考虑增加套管 护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。 5 管棚费用评价 管棚费用主要包括管棚的套拱费用、管棚施工的人工费、管棚施工 的机械台班费、管棚施工的材料费 4 大部分。现以福宁高速公路杨 梅岭隧道进口左洞 40 m 管棚（沿拱顶 150范围内布设 33 根长度各 为 40 m 注浆钢管，管棚的钢管总重量为 21 t）为例，分析管棚在现 场施工中的实际费用。 5.1 套拱费用 （1）套拱18 工字钢：1567 5 t6 000 元/t=9 405 元
11、； （2）孔口管（ 1274mm 无缝钢管）：0 800 58 t5 000 元 /t=4 0029 元； （3）固定钢筋（ 25 钢筋）：0457 38 t4 000 元/t=1 8295 元； （4）普通混凝土（C 25）：4126 m3400 元/m3=1 650 4 元。 5.2 人工费 （1）加工管棚钢管：2145 工日40 元/工日=8 580 元。包括割、 焊钢管锥形探头，钢管施钻 8 mm 出浆孔等； （2）加工钢管丝扣接头：20 元/个231 个=4 620 元； （3）搭工作架、布设水、电、气管路等准备工作：18 工日40 元/ 工日=720 元； （4）钻机就位、钻孔、扫
12、孔、顶管、注浆：5 1576 h4 元 /h=20 6304 元。 5.3 机械台班费 （1）地质潜孔钻机：5376 台班432 元/台班=23 22432 元； （2）电动空压机（20 m3/h ）：5376 台班674 元/ 台班=36 23424 元； （3）压浆机（50 L）：1449 台班36 元/台班=52164 元； （4）拌浆机：1449 台班20 元/台班=2898 元。 5.4 材料费 （1）锯木：352 m3800 元/m3=14 080 元(按两次摊销) ； （2）钢管：21 t4 200 元/t=88 200 元； （3）砂浆（30#）：10 m3240 元/m3=2
13、 400 元； （4）水泥（325 级）：4371 t330 元/t=14 4243 元； （5）水玻璃（35 波美度）：3848 t900 元/t=34 632 元； （6）磷酸氢二钠（缓凝剂）：088 t4 600 元=4 048 元。 4 项费用合计：284 3461 元； 管理费与税收按 15%计：42 65191 元； 管棚费用按每吨钢管计： （284 3461+42 65191 元）/21 t =15 57133 元/t。 按隧道延米计： （284 3461+42 65191 元）/40 m =8 17495 元/m。 6 结语 6.1 对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工 工艺，提前发挥超前支护作用，增加了施工安全度，提高隧道的长 期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。 6.2 在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。 6.3 管棚钻孔可作为地质预探预报，地质资料可指导洞身开挖提供依 据。 6.4 管棚施工工艺的引用，对福建省隧道施工技术的探索迈开新的步 伐。 参考文献 1公路工程预算定额 北京：人民交通出版社，1998 2福建省高速公路施工技术规范 福建省高速公路建设总指挥部， 1999 3TLEJGF9327 岩溶隧道管棚支护工法 北京：人民交通出版 社，1993
