管棚支护技术在隧道进口段应用

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1、管棚支护技术在隧道进口段应用　　摘要：本文介绍了在不良地质隧道进口段施工中的受力原理、管棚设计与参数选用、施工重点及适用范围等内容,并结合工程实例,论证了超前管棚技术在隧道施工中的应用价值。管棚是利用钢管作为纵向支撑、钢格栅拱架作为横向环形支撑，构成纵、横向整体刚度较大，能阻止和限制围岩变形，并能提前承受早期围岩压力的一种超前支护形式。关键词：隧道进口段施工大管棚支护施工工艺注浆参数中图分类号：U45文献标识码：A1引言管棚普遍应用在特殊困难地段（如极破碎岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、强膨胀性地层、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩）的隧道进口段施工中。管

2、棚超前支护的应用范围很广，文献中规定了其适用的特殊地质情况。该特殊地质情况不宜直接使用锚喷支护，但管棚超前支护具有很好的支护效果，可将开挖引起的影响控制在最低范围，对控制围岩松弛极其有效。2工程概况7楚阳隧道为全线控制性工程，该隧道为特长隧道，本标段隧道左线起讫桩号ZK176+020~ZK178+638.879，长2618.879米，右线YZ176+000~YZ178+616.705，长2616.705米。隧道进口三面皆为深沟，沟宽60米左右，沟深60多米。隧道左右间距约30米，其中进口17.3米，标段终点约50米。隧道范围内主要地层为侏罗系沙溪庙组，岩性

3、为砖红色、灰黄色强风化砂岩泥岩互层，岩层呈中-厚层状,风化裂隙发育，呈碎裂状结构岩体。开挖时，围岩体无自稳能力，易坍塌，透水性强，雨季施工会洞室有渗水现象。地基容许承载力强风化泥岩为500kPa，强风化砂岩800kPa，Kv=0.35，BQ＜250。洞口处于欠稳定斜坡上，潜在滑体为碎石土，厚约6.00m。3管棚受力原理3.1土拱效应7先行施设的管棚，以掌子面和后方支撑为支点，形成一个梁式结构，二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构，可有效抑制围岩松动和垮塌。土拱有其自身的形成过程:在荷载或自重的作用下，土体发生压缩和变形，从而产生不均匀沉降，致使土颗粒间产生互相“

4、楔紧”的作用，于是在一定范围土层中产生“拱效应”。在非岩石地层中开挖坑道，坑道周围地层就会产生变形或错动，因而产生应力释放现象，这种应力释放现象实际上是坑道周围应力向临近部分传递的结果，即土拱效应。3.2加固效应注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中，改善了软弱围岩的物理力学性质，增强了围岩的自承能力，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。通过管棚注浆,使掌子面预先形成加固的拱结构，发挥“承载拱”的作用,承受拱上部的土层重力和地面载荷,而拱部围岩的形变压力就靠拱内部围岩承受,从而创造了理想的开挖条件。33缓冲效应管棚支护刚度较大，施工过程中如果有塌方发生，塌方体也是落在

5、管棚上部岩碴上，起到缓冲作用，即使管棚失稳，其破坏也较缓慢。当沿隧道开挖轮廓周边密布管棚时,加固环的变形就变得更小,隧道支护结构的上部荷载将大大减小,同时通过管棚,将拱部围岩连接,形成整体支护结构,保证了初期支护和掘进施工的安全。3.4消能效应钻爆法施工产生的爆破气体的扩展和爆炸冲击波的传播遇到管棚密集的凹凸不平的环状槽后会被吸收、反射和绕射，大大减轻了反向拉伸波所造成的岩体破坏和扰动范围。4管棚设计4.1管棚选用7根据上述地质条件,在进口浅埋段拱部设长管棚采用壁厚6mm的ф108热轧无缝钢管,长度30m，管棚与钢拱架配合使用并从拱架腹部穿过，环向间距35

6、cm，仰角3°，以不侵入隧道开挖线越小越好，孔径比管棚钢管直径大20～30mm，钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。钢管前端加工成尖锥形，尾部焊接Φ10加劲筋补强。钢管上入岩部分梅花形布置Φ12mm注浆孔，注浆孔间距15cm。钢管方向与路线中线平行，纵向搭接长度大于1.5m。4.2注浆参数注浆加固参数根据实测选取。管棚的作用可采用等效方法予以考虑，即将管棚的弹性模量折算给地层，计算方法为E=E0+式中，E为折算后地层的弹性模量，E0为原地层的弹性模量，Sg为管棚支护等效截面积，Eg为管棚的弹性模量，Sc为支护断面截面积。长管棚注浆扩散半径0.9～1.2m，注浆速

7、度35～50L/min，凝结时间45s～6min，注浆终压2.0～2.5MPa，水泥浆:水玻璃35Be（体积比）为1:1～3:1,水灰比为2:1～1:1，平均单孔注浆量为4.2～4.6m3（孔隙率0.2）。7楚阳隧道采用超前管棚支护施工,顺利通过隧道进洞浅埋段。超前管棚支护结合注浆技术很好地改良了松软破碎岩层的物理力学性质,水泥浆液在压力的作用下向四周扩散,充满了钢管周围岩石的缝隙,起到了固结围岩的作用。实际施工中的效果证明,采用管棚支护和预注浆加固技术对于大跨度、软弱围岩隧道或隧道的软弱围岩段是安全、可靠的。5管棚施工5.1施工工序图3工序流程图5.2钻

8、孔、安设注浆管在隧道开挖轮廓线以外现浇C25混凝土护拱，搭设钻机平