管棚施工技术总结

兰州南绕城高速公路建设项目LRN10合同段

摘 要 介绍牟家大山隧道22m长大管棚超前支护的施工技术，施工工艺、质量控制。 关键词 大管棚 施工技术 施工工艺 质量控制

1 工程概况

牟家大山隧道进口位于小金沟侧壁的黄土梁边缘；出口位于大金沟水库侧壁的黄土梁边缘。隧道右线里程YK32+976～YK34+508，总长1532m；左线里程ZK32+933～ZK34+526，总长1593m，为分离式长隧道。隧址区属于黄土梁区，海拔在1715.57～19m，地形起伏较大，坡高200m左右，坡顶平缓，两翼发育纹流冲沟。隧道进出口均位于黄土梁边，坡度均较陡，自然坡度40～60。地表植被稀疏，坡面凌乱，树枝状冲沟发育，水土流失严重，坡面黄土陷穴发育，稳定性较差。隧址区位于小金沟和大金沟之间。两条沟均为季节性河沟，平时无水，仅在暴雨时形成暂时性水流，冲沟中无泉水出露。设计采用22m长管棚对洞口段进行超前支护。

。

2 施工工艺

管棚是沿隧道衬砌外缘一定距离打入的一排纵向钢管，并且在插入钢管后，再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间空隙，使管棚与围岩固结紧密，以提高钢管的强度。隧道开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构，确保安全施工。

2.1 管棚施工工艺流程（见图2）

2.2 管棚参数 图1 长大管棚对洞口段进行超前支护 2.2.1 钢管布设在圆心角为131°48′33″的隧道拱部。 2.2.2 钢管环向间距为40㎝。

2.2.3 倾角：仰角1°～3°(不包括线路纵坡)。

2.2.4 钢管施工误差：径向不大于20㎝，环向相邻两管之间不大于10㎝。 2.2.5 管棚长度为22m，热轧无缝钢管Φ㎜，壁厚6㎜，节长4.0m、6.0m。 2.2.6 导向管为热轧无缝钢管Φ108㎜，壁厚6㎜，节长1.0m。 2.2.7钢管的接头应采用丝扣连接,丝扣连接长度为15cm。 2.3 施工机具选择

管棚施工机具的选择应根据地质情况、工期安排、设备性能及设备来源综合考虑。因洞口位置处埋深浅，围岩松散破碎，常因孔壁不稳定而导致坍塌、埋钻、卡钻等各种孔内事故

浇筑导向墙砼施工准备测量放线安装套拱钢架安装导向管的发生。对于以上易发生的孔内事故，结合地

管棚加工钻机定位钻孔清孔钻孔验收合格插入钢管管棚注浆结束不合格回填或其他措施质结构特点，施工设备采用Z• GP150履带型

导向控制管棚钻机、KBY-50/70液压注浆机。确保快速、安全、经济地完成工程内容。 2.4 劳动力组织

管棚施工，工种杂、技术性强、要求技术人员具有各方面的操作能力，又能处理管棚施工中一般的故障，管棚施工质量很大程度

丝扣连接上取决于钻孔和注浆的质量。一台Z• GP150履 图2 管棚超前支护工序流程图 带型管棚钻机两班作业，每班劳动力组织为：技术人员2人、领工员1人、班长1人、钻工3人、修理工1人、电工1人、电焊工1人，合计10人/班×2班=20人。 2.5 主要材料计划（见表1）

表1 隧道22m管棚主要工程数量表

序号 一 1 2 3 4 二 1 2 钢花管 钻（清）孔 混凝土 工字钢 纵向连接筋 预埋导向管 工程项目 材料规格 导向墙 C25 I20a型工字钢 Φ22纵向连接筋 Φ108×6㎜热轧无缝钢管 管棚 Φ×6㎜热轧无缝钢管 Φ110 kg m 9996.7 814 m kg kg kg 3单位 数量 35.9 2255.58 152.88 1116.3 3 水泥浆 水泥：水=1:1 m 310.78 2.6 管棚施工工序

管棚施工主要工序有开挖支护边坡、仰坡；施作导向墙；钻孔；清空；验孔；安装管棚钢管；注浆。

2.6.1 边仰坡开挖支护 2.6.1.1洞顶截水天沟施工完成后，开始刷边仰坡。边坡：一级边坡坡率为1:0.75，二级边坡按照1:0.75刷坡至地面线。仰坡：按照1:0.75坡率刷坡至地面线。在刷坡过程当中，采用坡度尺随时控制坡率。

2.6.1.2 边仰坡支护与开挖同步进行，及时施工锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。以防围岩风化，雨水渗透而滑塌（见图3）。

2.6.2 施作导向墙 图3 开挖边仰坡

2.6.2.1导向墙施工前按设计放出导向墙里程、中线、标高，定出导向墙及导向管位置。作为长管棚的混凝土导向墙，在衬砌外轮廓线以外施作，导向墙内埋设2榀I20a轻型工字钢架，钢架与导向管焊成整体。为防止钢架在施工时沉降，在拱脚处施作混凝土基座，并预埋可焊接钢筋。 2.6.2.2 导向管安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用全站仪以坐标法在预埋拱架上定出其平面位置；用测斜仪设定导向管的倾角。导向管牢固焊接在工字钢架上，防止浇筑混凝土时产生位移。（见图4） 2.6.2.3 导向墙截面尺寸为1.0m×1.0m，内模为30×120㎝钢模板，采用2榀I20工字钢架支撑，拱脚支撑在混凝土基座上。外模及

挡头板采用5cm 厚木板，挡头板内镶嵌厚1cm 图4 长大管棚导向墙导向管安装 竹胶面板。模板安装、加固好后浇筑C25混凝土，混凝土捣固均匀、密实。

2.6.3 钻孔

2.6.3.1在钻孔前，将所有管棚进行编号，先钻双号孔，待装管及注浆完成后，再钻单号孔，以避免塌孔或漏浆。

2.6.3.2 为了便于安装钢管，开孔钻头直径采用Φ110 mm，钻孔深度大于设计的0.5m。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。

2.6.3.3 钻机开钻时，采取低速低压，待成孔5m后根据地质情况逐渐调整钻速及风压。 2.6.3.4 在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，并及时处理钻进过程中出现的事故。在钻进过程中认真做好原始记录，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和指导洞身开挖的依据。（见图5） 2.6.3.5 第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，人工用两把管钳卡紧钻杆（注意不得卡丝扣），钻机低速反转，脱开钻

杆。钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆， 图5 管棚钻孔及清孔 并在钻杆前端安装好联接套，钻机低速送至第一根钻杆尾部，方向对准后联接成一体。 2.6.3.6换钻杆时，注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤等异常情况，不符合要求的进行更换，以确保正常作业钻孔达到要求深度后，拆卸钻杆，钻机退回原位。 2.6.4 清孔验孔

2.6.4.1用管棚钻机钻杆配合钻头进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求、防

止堵孔。

2.6.4.2 用高压风从孔底向孔口清理钻渣。

2.6.4.3 用钻杆检测孔深，测斜仪等检测倾角、外插角。 2.6.5 安装管棚钢管（见图6）

2.6.5.1钢管在专用的管床上加工好丝扣，管棚四周钻8㎜注浆孔，呈梅花形布设，间距15cm。尾部留不钻孔的止浆段450㎝，管头焊成圆锥形，便于入孔。

2.6.5.2 管棚顶进采用大孔引到和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于管棚直径的引导孔（Φ 110mm），然后利用钻机的冲力和推力低速顶进钢管，也可采用人工配合挖掘机或装载机顶进。

2.6.5.3 接管：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

套与钢管脱离，钻机退回原位，人工装上后一 节钢管，大臂重新对正，钻机缓慢低速前进对准 图6 安装管棚钢管

前一节钢管端部（严格控制角度），人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接处联成一体。凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。

2.6.5.4 接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头前后错开1.0m，确保同一横断面内的接头数不大于50%。安装前在地面预先排好然后再依次安装，保证接头分布符合要求。 2.6.6 注浆

2.6.6.1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。由拱部向两侧对称、间隔进行，无孔钢管作为注浆质量的检查管，检查注浆质量，并做好注浆记录。

2.6.6.2 水泥浆水灰比为1:1，注浆顺序根据降水漏斗原理，从拱部开始从上而下压注，先压注无水孔，后压注有水孔。在出现串浆、跑浆异常情况下，现场根据实际情况采取间隔一孔

或几孔措施进行灌压（见图7）。 图7 管棚注浆

2.6.6.3 采用KBY-50/70液压注浆机将浆液注入管棚内，初压0.5MPa～1.0 MPa，终压2.0 MPa，持压15min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，在遇到注浆量超限且未达到压力要求情况的时候，采取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。

2.6.6.4 注浆结束后及时清除管内浆液，并用M7.5水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。

3 质量控制

3.1 钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔按照单、双号进行编号。 3.2 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°～3°，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㎝。

3.3 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。 3.4 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。 3.5 掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。

3.6 管棚严格按设计位置施工，钻机立轴方向必须准确控制，每钻完一孔便顶进一根钢管。

4 结束语

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，提高隧道的长其稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌。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。