李朋举
中国水电建设集团十五工程局有限公司 710065
摘要：管棚法是软弱围岩底层隧道施工中常用的超前预支护技术，多用于隧道拱顶的支护。管棚法是将管棚的骨架作用和超前小导管注浆固结作用结合起来，以提高软弱围岩的稳定性，为隧道施工提供有力保障。本文就黄土高原地区隧道管棚施工的工艺进行阐述，以供类似工程参考。
关键词：黄土高原地区隧道管棚
某隧道穿越低中山区，黄土冲沟发育，地形起伏大，高程1220～1420m。进口端位于山梁半坡处，沿线路方向山坡自然坡度35度，坡面基岩裸露；隧道洞身段表层黄土覆盖较厚，灌木丛生，植被良好，局部冲沟发育在梁峁顶部；出口端位于山沟东侧山梁坡角处，山坡自然坡度约35度，沟心及两侧坎壁基岩裸露。隧道进口端有便道与外界相通，出口端沟深路窄，交通不便。隧道全长2518m。隧道周边地质复杂，属较典型的地槽区，历经多期强烈的构造运动。路段内有崩塌、碎落、泥石流等地质病害。本工程洞口段为Ⅴ级围岩，长度120m。
1.施工前期准备
1.1导向墙及预埋钢管施工
施工先做100cm厚、纵向长度1.0m的导向墙，预埋φ121导向钢管，再采用30m长管棚超前预灌浆加固围岩、施工作业完成后再进洞开挖，隧道进洞后，Ⅴ级围岩采用上下短台阶预留核心土法人工配合机械开挖为主。开挖遵循“超前探、管超前、严注浆、短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，用超前长管棚注浆和超前小导管预注浆、钢支撑、锚喷支护等方法施工，确保结构稳定和施工安全。
隧道出渣采用机械化作业，装载机或挖掘机配合自卸车出渣。
2.超前长管棚施工
2.1施工工艺
超前长管棚一头深入围岩一定深度，一头与钢拱架连接形成一体为隧道安全开挖提供保证，与钢拱架和围岩共同作用，有效承受围岩变形，管棚是为了防止由于隧道开挖进洞引起的地表下沉和围岩松动。开挖掘进前沿开挖工作面周边打入厚壁钢管，在地层中构筑的临时承载棚防护下，为安全开挖预先提供增强承载力的临时支护，由钢管和钢拱架组成，超前小导管注水泥浆预支护与大管棚相间布置。超前小导管注水泥浆充填围岩空隙和裂隙，胶结松散围岩，增强围岩的整体性和稳定性，可在隧道围岩中形成环向加固层，并有一定的防渗效果。为确保洞身进洞安全，本隧道拱部设置一环向Φ108管棚辅助进洞，管棚长度为30m，壁厚5mm，采用热轧无缝钢管，环向间距50cm，每个洞口共设20根，每根长30m，结合长管棚拱部设置Φ42超前小导管注水泥浆预支护，环向间距为50cm，长度为3.5m。
管棚施工工艺：测量放样→开挖工作平台→施做导向墙（预埋空口段）→钻机就位→钻孔及接长钻杆→钻杆退出→顶进钢管→接长钢管→注浆
管棚施工前先进行测量放样，沿拱部开挖轮廓线并考虑隧道开挖预留沉降量100mm，标定出钻孔位置。为防止管棚加固进入开挖断面范围内，管棚设置外插角度2o。管棚施工平台可利用隧道开挖土石方的平台。
洞口段长管棚采用Φ108热轧无缝钢管，长30m，外插角1°～3°，注浆采用水泥浆液。长管棚施工工作面钻孔采用两台电动钻机，采用注浆泵注浆。
施工时运用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，保证钻孔方向准确。为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节钢管采用3m长钢管，编号为偶数的第一节钢管采用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管，避免钢管接头在同一断面。注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上结束注浆。
隧道开挖前施做30m长大管棚，按照设计坡率进行边仰坡削坡，边开挖边锚喷防护，专人观测原状土的动态，一旦出现滑塌趋势，立即停止开挖对边坡进行组织防护，边坡坡度由技术人员用坡度尺控制。
洞口位置工作平台开挖完成后分台阶开挖导向墙段，边坡及墙脚加强支护。套拱采用先墙后拱方法施工，先做基础底部边墙，待边墙强度满足要求后施工拱圈部分。
洞口端用1m×1m截面的C20砼混凝土导向墙，环向长度视工点情况确定。施工采用先墙后拱法，在导向墙内架立三榀Ｉ16型钢拱架，纵向间距0.5m，工字钢段与段之间螺栓连接，工字钢与工字钢间纵向用Φ22钢筋焊接成一个整体，环向间距1m。整个工字钢采用双面焊接，焊缝厚度不小于4cm。在钢支撑上安装导向管（即孔口管）沿拱圈环向布设20根，间距中对中50cm，孔口管与工字钢焊接牢固，方向与管棚位置方向一致。然后浇筑C20混凝土包裹钢支撑和导向管。导向墙施工同时对四周土体喷射C25砼封闭周围坡面，作为注浆时的临时止浆墙。混凝土配合比严格按照试验室出具的施工配合比拌制，混凝土罐车运输。
2.2施工措施
管棚施工完毕待土体稳定后，再开挖核心土，开挖完成后立即施作仰拱及填充以尽快封闭成环，稳定整个洞口边坡。为隧道正常进洞及洞口V级围岩段开挖提供质量安全保证。
导向墙混凝土强度达到85%时开始钻孔施工。钻孔采用一台ZQZ100D型潜孔钻机，从低孔开始，由两侧往中间方向对称钻进，钻进方向与导向管方向一致。钻孔施工中匀速钻进，钻进作业时，因钻机钻杆长度增加而刚度减小，或钻进过程中围岩的不均质性，均可造成钻孔偏差。为确保管棚施工质量，在钻进过程中需及时对孔位偏差进行检查和纠正。钻孔结束后，用高压风扫孔，清除孔内岩渣和顺通孔道。
长管棚采用φ108钢管，管长30m，共20根，管壁打注浆孔，梅花型布置，孔径为10mm，孔间距为15cm，管头成锥形，管口段2.5m不开孔，做为止浆段。管节间采用丝扣连接或焊接。下管时，由钻机旋转顶入孔内，管间接头尽可能相互错开，同一断面管节接头不超过50%。下管结束后，φ108钢管与孔口导向管焊成一体。
下管完成后高压风清孔，用注浆泵按先下排管后上排管、先稀后浓原则隔孔注浆。注浆孔口压力初压0.5～1.0Mpa，终压2.0Mpa，水泥浆水灰比1：1。注浆结束标准：①注浆压力逐步升高，达到设计终压，并继续注浆10min；②注浆量达到设计注浆量。
Ⅴ级围岩洞身开挖采用短台阶法—环向开挖预留核心土法施工，利用机械开挖以加快施工，施工要求每循环开挖支护进尺不得大于1榀钢架间距，仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆，每循环进尺不得大于3m。采用台阶法开挖时上台阶长度控制在5m左右，下台阶距离控制在15m左右，掌子面距仰拱20～30m。隧道开挖成型后及时支护，开挖成型一榀支护一榀。
2.3施工质量控制措施
管棚施工质量控制按下列措施进行：
2.3.1钻孔精度控制：
a、钻孔开始前在管棚空口埋设套管，把钢管放在标准拱架上，测定钻孔孔位和钻机中心，使两点一致。为了防止钻孔中心受振动影响，钢管采用U型卡与钢架固定，以防止弯曲，并每隔5m对正在钻进的钻孔及插入钢管的弯曲及其趋势进行孔弯曲测定检查。
b、设置外插角，避免管节下垂进入开挖面，注意钻孔的偏斜度，发现偏斜度超出，要需及时调整。
2.3.2钢管就位控制：
a、钢管的打入随钻机同步进行，并按设计要求接长，接长采用厚壁管箍，上满丝扣确保连接牢固。
b、钢管打入岩石就位后，及时隔孔向钢管内及周边岩体压注水泥浆，水泥浆采用PO42.5级硅酸水泥，使钢管与周围岩体密结，并增加钢管的刚度。
2.3.3注浆效果控制：
a、严格控制管棚间距，防止管棚出现间距过大或出现偏离；
b、严格按试验参数，控制注浆量，确保注浆效果；
c、钢管注浆前坡面进行防护，必要时用混凝土封闭，以防注浆时岩面裂隙漏浆；
d、管棚注浆完成后及时进行尾管封闭，并与钢架焊接；
e、开挖后及时施做小导管加固。
3.结语
管棚法在本工程施工中对黄土段隧道加固后未出现塌方等意外情况，已安全进洞，隧道施工正常。