软弱围岩大断面隧道加密大管棚超前支护技术

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1、软弱围岩大断面隧道加密大管棚超前支护技术1概述超前预支护体系能够从时间上、空间上有效地抑制掌子面前方围岩产生过大变形，控制围岩松弛，对地面沉降、拱顶沉降和周边收敛有显著的抑制效果。并能使开挖面前方一定范围内的围岩处于稳定状态。管棚支护是一种常采用的超前预支护措施，它具有超前加固距离长、施工快、安全性高、工期短等优点。被认为是隧道和地下工程防塌防沉最有效的辅助工法之一。在隧道、地铁和地下通道等工程中得到广泛应用。WXX客专线JXX隧道在掘进过程中常遇到断层或软弱带等地质较差的情况，且该隧道断面大，跨度大，埋深浅，岩体自身的稳定性差，极易的引起隧道顶部的围岩失稳漏顶等工程问题，进行超前支护是解决

2、此类问题的一个有效的施工手段。JXX隧道设计有双侧壁导坑法、三台阶临时仰拱封闭法、分部台阶法以及台阶法等施工方法，在软弱破碎围岩（Ⅵ、Ⅴ级）地段设计多采用双侧壁导坑作为初期和临时支护的施工方法。因JXX隧道施工工期十分紧张，采用双侧壁导坑存在开挖工法转换复杂、工效低、无法使用大型设备的缺陷，难以保证隧道施工工期。实际在Ⅵ、Ⅴ级地段采用CRD法，或者三台阶临时仰拱法、分部台阶法等，并在初支仰拱和二衬仰拱完成后，即拆除临时中隔墙及临时仰拱，以方便发挥大型机械效率，加快施工进度。因此，为了防止隧道塌方和控制地表沉降，采用有效的超前预支护手段便显得十分重要。经过多年来的不断发展与实践，大管棚支护已成

3、为浅埋暗挖隧道控制地面下沉和加强隧道围岩的主要技术手段，随着隧道施工要求的不断提高，管棚已经向超长、超大支护延伸。2管棚的作用及其应用条件管棚(PipeRoof)又称为称伞拱(UmbrellaArch)，其实质是在隧道或地下工程的开挖轮廓线外以一定间距、沿洞轴以一定外插角进行钻孔，成孔后推入钢管或者利用夯管、顶推技术直接将钢管夯入或顶入地层，通过钢管上布置的注浆孔向地层注浆，然后清除管内浆液并填充水泥砂浆而形成的超前预支护体系，管棚中钢管起着支承上部荷载和充当注浆管的双重作用，图2-1为常见的管棚支护构造示意图。图1管棚支护构造示意图2.1管棚的分类目前，施工机具的日趋多样化促进了管棚支护技

4、术的发展，管棚种类和形式也越来越多样化，根据我国隧道与地下工程施工中管棚的使用情况可将其分类如下：2.2.1按钢管的布置层数分类⑴单层管棚：沿隧道开挖轮廓线布置单层钢管的管棚，是目前使用最普遍的类型；⑵双层管棚：沿隧道开挖轮廓线布置两层钢管的管棚，在隧道上部荷载较大，对地表沉降有严格控制要求的隧道中使用。为了节约材料和费用，通常只在隧道拱部一定范围内布置双层钢管，而在两侧布置单层管棚。2.2.2.按单循环钢管长度分类⑴短管棚：单循环钢管长度小于6m的管棚；⑵长管棚：单循环钢管长度大于6m的管棚。2.2.3按钢管直径分类⑴小管棚：钢管直径小于129mm的管棚，称为小管棚体系，通常将φ30～φ5

5、0mm的小管棚称为小导管；⑵中管棚：钢管直径在129～299mm之间的管棚，称为中管棚体系；⑶大管棚：钢管直径大于300mm的管棚，称为大管棚体系。2.2.4按钢管之间是否搭接分类⑴搭接管棚：钢管之间采用各类公母接头连接成整体的管棚；⑵非搭接管棚：钢管之间未采用任何搭接，处于地层中的钢管之间相互独立的管棚。2.2.5按注浆分类⑴注浆管棚①先管后注法：即先打设钢管，利用钢管作注浆管向围岩注浆，浆液通过钢管上的预留孔渗入围岩。②先注后管法：即先对围岩进行注浆后再进行钢管打设，在特别破碎地层、砂砾层或流塑状地层中出现塌孔、卡钻等情况下通常采取先注后管法。⑵不注浆管棚：钢管推入地层后不进行注浆，仅用

6、水泥砂浆填充钢管，有时为了增大钢管的强度和刚度，在钢管内设置钢筋笼后再填塞水泥砂浆。2.2.6按施工方法分类⑴钻孔法：是目前最常用的方法，常规钻孔法先采用钻机成孔，然后推入钢管形成管棚；在软弱地层中，为了克服钻孔卡钻、塌孔等问题，通常采用水平导向、跟管钻进技术，即钻孔和进管同时进行。钻孔法施工常采用的钻机有锚杆钻进、坑道钻机、导向钻机、水平钻机以及专用的管棚台车；⑵夯管法：即采用夯管锤直接将钢管夯入地层形成管棚的方法，一般适用于软塑地层；⑶顶管法：即在软弱地层中采用顶推技术直接将钢管顶入地层形成管棚的方法，常用的管技术有螺旋钻进式、水平钻进式、泥浆平衡式。在我国地下工程施工中，除了在管幕顶推

7、施工中通常采用大直径管棚外，应用最广泛的是中小管棚体系，钢管直径多在200mm以下，其中以φ108mm的钢管应用最多。随着地下工程的发展和复杂工程的出现，双层管棚以及横向搭接管棚的运用也逐步增多，管棚的施工方法和设备选型也日趋多样化。2.2管棚的作用管棚超前支护体系起着杠杆作用调节围岩应力重分布，能够有效抑制掌子面上方及前方围岩产生过大变形，从而对地面沉降和地层位移有显著的抑制效果，管棚的作用可以归纳为两点：