軟弱圍巖管棚支護施工工藝

薛冰

（中鐵十一局集團有限公司第一工程有限公司）

管棚支護是利用已開挖架設好的鋼拱架為支點，向掌子面地層打入若干鋼管，形成鋼棚架，對地層進行超前支護和加固的一種措施。管棚鋼架支護為初期支護的一部分。對于開挖后自穩時間很短或不能自穩的地層，如斷層帶、巖土堆積體、坍方體等，采用管棚超前支護，是防止隨挖隨坍有效的施工措施。

為保證管棚支護施工質量和施工安全，特制定本施工工藝，科學組織施工。

1 施工準備

收集分析地質勘探提供的工程地質、水文地質資料，必要時需要進一步補充施工地質預報數據，在此基礎上編制施工組織設計，根據施工組織要求備足材料和施工機械設備。施工前進行中線、水平測量中線施工控制點在直線地段每10m設1個，曲線段每5m設1個，設于拱頂處，水平施工控制點每10m設1個，布設在拱腳以上1m處。檢查已開挖斷面的中線、水平線及開挖輪廓線是否符合設計要求。

1.1 施工順序

洞口段開挖及防護→測量定位→混凝土套拱施作→搭設平臺→安裝鉆機→鉆孔(加工管棚鋼管)→管棚插入及孔口處理→注漿→導坑開挖支護。

1.2 施工具體項目

1.2.1 洞口段開挖及防護。洞口邊、仰坡開挖至設計坡率后，施作小導管及注漿，再掛網噴射混凝土，進行坡面及地表的深層防護。為便于鉆機鉆孔，注漿作業，應在作套拱前；洞口土石方開挖應分臺階進行，上臺階高度在起拱線附近作為管棚施作平臺，平臺高度(指鉆孔軸心至鉆機底座距離，應考慮鉆機升降能力。)、長度應根據鉆孔設備和管棚鋼管最長節長度確定，在施作套拱范圍，挖機挖至一定標高后由人工修整為設計要求的形狀作為套拱底模平臺。

12.3開挖要注意不超挖不欠挖，必須做好測量挖，嚴格掌握按設計斷面尺寸進行開挖，保證鋼架支撐的正確位置，減少由于超挖增加的噴射混凝土數量。下半斷面開挖，應左右錯開短進尺，單邊每次開挖長度1.0～3.0m。為防止初期支護有過大的變形，必須及時打仰拱封閉成環。從掌子面開挖到打仰拱各工序間盡量縮短距離，縮短施工時間，仰拱施工要緊跟拱墻襯砌。仰拱開挖長度，一般為3～4m，根據地質和初期支護變形情況而定。對拱墻初期支護的變形情況要隨時監測，以便發現問題及時采取措施。

1.2.2 混凝土套拱施作。采用C30混凝土套拱做長管棚導向墻，混凝土套拱厚1.0m、長3.0m，套拱內埋設四榀I20b工字鋼拱架，導向管采用Ф108mm×4.5mm無縫鋼管，工字鋼和導向管焊成整體，并用“∏”型Ф16鋼筋固定，確保導向管穩定，方向準確。混凝土套拱施作好后與其相臨面進行噴混凝土封閉，保證注漿時不跑漿。

1.2.3 鉆孔。搭建施工平臺，安裝鉆機，鉆機平臺由上而下，由中間至兩邊，根據孔位依次搭好，要求鉆機平臺搭建牢固，利于安裝固定鉆機；開孔時，要低速低壓，等成孔數米后，再加速加壓，鉆孔測斜用經緯儀測斜法，成孔一半時側斜。鉆孔側斜測定方法是先抽出鉆桿鉆頭，然后把專門制作的光源插入管內，送到測定位置，使用安裝在鉆機口的方向十字絲，使兩個十字絲重合再看光源，測定其偏差值。二是采用全站儀測定，其方法是用全站儀從孔口直接看光源，根據光源在孔內位置及孔徑大小大致制定偏斜情況。

1.2.4 管棚插入及孔口處理。超前管棚管徑可選用φ32～φ40mm鋼管，一般選用φ32mm鋼管，特殊地質條件可選用φ80mm鋼管。管棚鋼管長度（L）一般采用3.5～4.0m，特殊地段可采用8.0～10.0m。鋼管長度L=a+b+c*注:a、b、c值可根據地質情況，每循環掘進進尺來確定。管棚應沿隧道開挖輪廓線向外傾斜，其傾角一般不宜大于10℃。管棚鋼管沿隧道拱部開挖輪廓線布設，布設寬度一般為鋼架跨度的1/2～1/3。管棚橫向間距視地質條件而定，一般為0.2～0.4m，沿拱部開挖外輪廓布置。

1.2.5 注漿。采用注漿機注漿，按照鉆一孔注一孔漿的原則進行，全孔一次壓入，注漿參數為:

泥漿水灰比1∶1；注漿壓力:初壓0.5Mpa～1.0MPa，終壓 2.0MPa，漿液擴散半徑≥0.5m，當注漿量達到設計數量或注漿。

終壓達到2.0MPa而漿液注不進時，再穩壓3～5min即可結束注漿。同時，注漿的漿壓濃度及壓力應根據現場的實際情況進行調整。

3 施工注意事項

3.1 根據施鉆部位的地質情況，選取合適的傾角角度，角度過小，將可能導致管棚遠端下垂至隧道開挖輪廓內影響后期施工，角度過大，管棚離開挖輪廓距離過大，管棚下方的三角土體坍塌給洞身開挖支護帶來很大困難。

3.2 長管棚注漿超前支護在破碎堆積物中注漿效果較好，但有時管棚之下所謂擴散半徑以內的巖體自然脫落形成超挖，管棚由于間距達40cm-50cm，石塊及土層在地下水作用下，經常沿縫隙流塌而形成塌穴的現象，必須及時回填封閉或在后期開挖過程中施作超前小導管注漿進行支護。

3.3 鉆孔過程中如出現不均勻地質或孤石，為防止偏孔，在兩種地層特別是從較軟地層到較硬地層或孤石時，必須進行擴孔。

3.4 檢查開挖斷面符合設計后，開始噴射混凝土，噴射混凝土必須用強制式拌合機拌和，采用雙水環噴頭。拌合時先放砂、石子，再放水泥攪拌均勻，顏色應一致。混凝土應隨拌隨用，拌合料存放時間，一般未摻速凝劑不準超過2小時，摻速凝劑時不準過30分鐘。噴射混凝土作業時噴頭應垂直受噴面，噴頭距噴面1m左右為宜。噴射混凝厚度，按設計要求進行，當局部有超挖時要求以噴混凝土補齊，使拱部噴混凝土面基本圓順。在噴射混凝土中，一次噴射厚度不宜過薄、過厚，后一層噴射應在前一層噴射混凝土終凝后進行，但也不宜時間過長。噴頭處的水壓應大于風壓，一般噴頭處的水壓為0.2～0.3MPa，噴射機的工作風壓為0.1～0.15MPa。冬季施工噴射料應在+5℃以上，如低于+5℃應采取防寒措施。