隧道管棚施工工艺工法，一文看懂！

一、适用范围

超前大管棚施工机理： 洞口暗挖段考虑到埋深浅、易塌方，设计主要采用超前大管棚进行防护。

一般采用的进洞方法是： 首先开挖明洞段拱部部分，并根据设计进行边、仰坡支护处理，再施做C20砼套拱，然后施作超前长管棚，最后在管棚支护下可以安全进洞。

本工艺工法适用于成渝客运专线隧道工程。

二、作业准备

施作管棚套拱先安装套拱内拱架和导向钢管，立模、浇筑套拱混凝土后再钻孔、顶管、注浆、封口，即完成管棚施工。

三、技术要求

洞口土方开挖须避开雨季施工。开挖前先施工截水沟、天沟等排水系统，后进行洞口开挖。明挖段开挖应自上而下逐层进行，随开挖随喷混凝土进行边、仰坡防护。至暗挖段拱顶开挖轮廓线高度时，垂直下挖至设定的上半断面底部，临时喷设混凝土封闭暗洞掌子面。沿开挖轮廓线环向掏槽，安装2榀型钢钢架（型钢尺寸按设计文件），浇筑混凝土，为暗洞开挖作准备。

四、 隧道管棚的工艺流程

大管棚施工工艺流程见图1。

图1  长管棚钻孔工艺流程图

五、大管棚施工要求

（1）为保证成孔质量，防止邻孔钻进时前面的成孔坍塌，钻孔间隔进行。先钻奇数孔，后钻偶数孔，成孔直径为φ140mm，以便顺利安装φ108×6mm钢花管。即采用大引导孔施工，最大程度上克服在顶管施工作业中送管难的情况发生。

（2）施作长管棚时（φ108×6mm），打孔角度洞口段为1°～3°，环向间距40cm，每根长40m（每节长9m，采用长89cm套管连接），施作时每段应交错搭接3m，钢管上按间距15cm梅花形钻10mm的小孔。第一节钢管顶端做成锥型，以便顶进。φ108×6mm钢管采用4.0m和6.0m两种规格，奇数孔首根4.0m，偶数孔首根6.0m，其余的均为6.0m，以避免钢管接头在同一断面上。钢管采用套管联接。

（3）为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆连接套应与钻杆材质一致，两端加工内螺纹（配合钻杆首位端外螺扣），连接套的壁厚≥10mm。为防止钻杆在推力和振动力的双重作用下，上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时，应把扶直器套在钻杆上，随钻杆向前钻进向前平移。

（4）钻机立轴方向必须准确控制，在浇注好的套拱上标出孔位和孔号，孔号分为奇数孔和偶数孔，奇数孔采用无缝钢管，偶数孔采用梅花钢管。奇数孔成孔后及时安装钢花管或无孔钢管，压注水泥浆。偶数孔成孔后也必须立即安装钢管，防止塌孔，同时偶数孔的施工一方面可以检查奇数孔注浆质量，另一方面也可以进行补充注浆，提高注浆加固围岩的效果。

（5）施钻时，台车大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动影响施钻精度。

（6）钻机开孔时的钻速宜采用低速，钻进20cm后转入正常钻速。

（7）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，钻机低速反转，脱开钻杆。钻机沿导轨复位，再装入第二根钻杆。

（8）引导孔的孔径较管棚钢管外径大15～20mm，孔深较管长长0.5米以上。

1、长管棚顶管施工

（1）顶管工艺： 根据快速施工的要求，决定采用大引导孔和棚管钻进相结合的工艺，及先钻大于钢管外径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力（顶进管棚时凿岩机不使用回转压力，不产生扭矩）将安有工作管头棚管沿引导孔顶进，逐节接长管棚，直至孔底。

（2）管件制作： 管棚采用Φ108的无缝钢管，钢管采用3m、6m管节逐段接长，连接接头采用厚壁箍，上满丝扣，丝扣长度为15cm；为保证受力均匀性，钢管接头应纵向错开，偶数第一节用3m，奇数第一节用6m，以后各节均用6m。管棚入土长度为24m。管棚接长时先将前一根钢管顶入钻好的引导孔后再行连接。第一根钢管前段要焊上合金钢片式空心钻头，以防止端部顶弯或劈裂。

（3） 清孔检查钻孔合格后，安装钢管，应每钻完1孔便顶进1钢管，钻进中应经常采用测量仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求及时纠正。接长管件应满足管棚受力的要求，相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一个断面受力。

（4）顶管作业： 将钢管安放在台车大臂上后，凿岩机对准已钻好的引导孔，低速推进钢管，其冲击力控制在18～20MPa，推进压力控制在4.0～6.0MPa。

（5）接管： 当第一根钢管推进孔内，孔外剩余30～40cm 时，开动凿岩机反转，使顶进联接套与钢管脱离，凿岩机退回原位，大臂落下，人工装上第二节钢管，大臂重新对正，凿岩机缓、慢、低速前进对准第一节钢管端部（严格控制角度），人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。根据管棚设计长度，按同样方法继续接钢管。

（6） 封闭钢管尾部先用麻布条封堵管棚钻孔空隙，后用环形楔环顶紧，最后用电焊将楔形环焊接在管棚上。

（7）管棚管补强： 为了加强管棚的刚度和强度，按设计将管棚钢管全部打好后，先用钻头掏尽钢管内残渣，进行棚管补强。

2、配制浆液

（1）水泥浆的搅拌应在高速搅拌机内进行，严格按照施工配合比进行投料，在钢管中注水泥水玻璃浆液，其配比为水泥:水玻璃=1:1，水泥浆水灰比1:1，水玻璃模数m=2.4，浓度Be=35，注浆时初压0.5～1MPa，终压2.0Mpa，注浆结束后用1:1水泥砂浆充填无缝钢管，以增强钢管强度和刚度。

（2）搅拌水泥浆的投料顺序：在放水的同时，将缓凝剂、外掺剂在水中按一定比例加入，搅拌溶解，再将需要的水泥倒入，搅拌2～3min。

（3）外掺剂的重量为水泥重量的5%-10%，缓凝剂的掺量占水泥重量的2%～3%。

（4）制备水泥浆或稀释水玻璃时，严禁水泥块或纸片进入浆液，放浆进入储浆桶时要用滤网过滤，以防止堵塞注浆泵。

（5）做好配置浆液的施工记录，并且在注浆过程中要做好注浆记录，为分析注浆效果提供依据。

（6）配置好的浆液存放在由低速搅拌器的储浆罐内，防止浆液由于存放时间稍长产生沉淀、离析等现象。

3、注浆

（1）安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。

（2）注浆材料：注浆材料为M20水泥浆。

（3）采用注浆机将砂浆注入管棚钢花管内，初压0.5~1.0MPa，终压2MPPa，持压15Min后停止注浆。注浆应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到设计要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围空隙充填饱满。

管棚注浆顺序原则上遵循着“先两侧后中间”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则。注浆施工由两端管棚钢管开始注浆，跳孔进行注浆施工，向隧道拱顶钢管方向推进，开始时注浆的浆液浓度要低一些，逐渐加浓至设计浓度。这样做法有利于注浆的浆液向拱顶方向扩散，而且促进浆液的致密程度，利于防渗的要求。

孔号为偶数的管棚完成后，对这部分管棚进行注浆。长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内的土石设计，浆液扩散半径不小于0.5m，注浆采用分段注浆。

注浆控制要点

①为了保证管棚注浆施工作业顺利进行和保证管棚施工质量和安全，注浆前应做好止水止浆墙的施工：为防止注浆薄弱地段地下水涌出作业面及注浆时跑浆，注浆地段的起始处掌子面应喷射20CM厚混凝土（加单层钢筋网）。此后，每个注浆段终止处留出3米厚围岩作为止浆岩盘。

②注浆孔位要准确，定位偏差应小于5cm，孔底偏差不大于孔深的1%～2%。顶管施工作业过程中会使管内混入一些碎石和碎屑，在注浆施工前一定要用高压风水进行吹洗，如果管内仍有较大的碎石，应采用小于钢管内径的钻头，利用凿眼台车钻进将其钻碎，吹洗干净。

③拌浆时严禁纸屑等杂物混入浆液，拌好的浆液要过滤，未经过滤的浆液严禁进入泵体，以防堵塞。注浆过程中，要时刻注意泵口及孔口的压力变化情况，发现问题及时处理。双液注浆时，要经常测定混合气候的浆液的凝结时间，防止由于泵及管路故障，造成浆液比例改变而发生事故。注浆过程中，如发现孔口及工作面漏浆，要采取封堵，缩短凝胶时间及采用间歇注浆方式。做好钻孔、注浆记录，为分析注浆效果提供依据。注浆结束后，要彻底的清洗泵体和管路，以保证下次注浆安全顺利进行。

④注浆施工过程中如发现掌子面漏浆，应及时用麻布进行封堵。

⑤.注浆结束：进浆量小于20～25L/min；注浆压力逐步升高，达到设计终压后稳定10min以上；注浆结束后采用1：1水泥砂浆填充无缝钢管。完成长管棚注浆施工后，在管棚支护的保护下，按设计的施工步骤进行开挖。

4、严格注浆施工作业现场控制，保证注浆质量

注浆施工作业中，浆液注入的压力是一个最为关键的现场施工过程控制因素。根据流量计显示的孔口压力变化可以判断注浆施工的基本发展状况，并及时采取相应措施。

（1）压力逐渐上升，但达不到设计要求的压力。原因分析是：浆液浓度低、凝胶时间较长、浆液在碎石中形成劈裂脉或者是部分浆液溢出。此时应适度加大浆液浓度、小时间间隔注浆。

（2）注浆开始后压力不上升，甚至离开初始压力呈下降的趋势。原因分析是：表明浆液已经外溢。此时应该采取大浓度浆液和较低注入速度，如果情况无改变，则应先停止注浆。

（3）注浆压力上升后突然下降，表明浆液从注浆管周围溢走，或者是注入速度过大，扰动碎石岩层，或遇到空隙薄弱部位。此时应适度降低注入速度。

（4）压力反复升降，但总趋势呈上升态势。原因分析：由于注浆浆液的凝胶时间较短。此时应该是度调长浆液凝胶时间。

（5）压力上升很快，而注入速度上不去。原因分析：表明注浆岩层较为密实或者浆液的凝胶时间太短。

（6）压力有规律上升，即使达到容许压力时，注浆速度也比较正常，这表明注浆施工作业是成功的。

（7）压力上升后又下降，然而后来压力又再度上升，并达到设计的要求值。这可以认为该种情况的空隙部位已被浆液填满，此种情况也是成功的。

5、管棚注浆施工的结束标准

（1）单孔注浆结束条件。 注浆过程中只要满足以下两个条件之一，即可认为单孔注浆达到设计的要求并可结束注浆施工。

单孔注浆结束条件： a、注浆压力达到注浆设计所规定的终压5.0MPa。b、单孔注浆量达到设计注浆量的80%以上。

注浆量的计算公式如下：

Q=A×β=л×R×L×β

式中：Q---总注浆量（M3）；

A---注浆范围岩层体积（M3）；

β---填充率，根据图纸及岩石地层的情况而定。

R---注浆半径（M）；

L---注浆长度（M）。

（2）全地段结束条件： 所有注浆孔均以符合单孔注浆结束条件，无漏注浆的情况。

六、劳动力组织

管棚施工由隧道专业架子队进行施工，严格执行标准化建设的1152管理模式，由队长和技术负责人主管主要负责，下设技术员、质检员、安全员、材料员、试验员各负其责，组织生产。

七、材料要求

本线在首件认可的东胜隧道进出口明暗交界处设计超前Φ108大管棚，进口长30m，共46根；出口长25m，共46根。

设计参数：

（1）导管规格：外径108mm，壁厚6mm；

（2）管距：环向间距40cm；

（3）外插角：1~30为宜，可根据实际情况作调整；

（4）注浆材料：M20水泥浆；

（5）设置范围：拱部1200范围内；

八、设备机具及配置

九、质量控制与检验

（1）管棚钻孔允许偏差及钢架安装允许偏差见标准见表3、表4。此外，长管棚应注意两次循环之间的搭接，大管棚长度不宜小于2m，两相邻接头不允许出现在同一断面内。

表2 管棚钻孔允许偏差

表3  钢架安装允许偏差

（2）顶进过程应随时注意防止堵孔、坍孔。

（3）注浆前，必要时对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚50～100mm 的砼封闭作为止浆墙。

（4）注浆过程应随时注意注浆压力的变化，压力达到设计值且注浆量也与设计相符后，即可停止注浆。

（5）注浆结束后，再钻孔检查注浆效果是否达到设计要求，如未达到应根据实际情况调整注浆参数进行补孔注浆。

（6）注浆后至开挖前时间的间隔，根据浆液种类控制在4～8h。在管棚相接处开挖时保留1.5～2.0m的止浆墙，以防止注浆时孔口跑浆。

（7）整个过程中做好记录，内容包括打孔的角度、间距、深度、钢管的长度、注浆压力、注浆数量、起止时间等，作为后续施工调整注浆参数依据。

十、安全及环保要求

1、安全质量保证措施

（1）安全保证措施

（2）质量保证措施

2、环境保护及文明施工

（1）环境保护措施

（2）文明施工保护措施