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摘要：目前为了更快实现我国交通运输高速化、重载化，从而加快了基础设施建设的步伐。修建大量的公路隧道也越来越受到重视。而隧道通过软岩地带时，给掘进带来较大的困难，也很容易发生安全事故。本文重点对公路隧道超前大管棚支护技术的应用及施工进行了分析。
关键词：公路隧道 超前支护 大管棚
引言：隧道是处于复杂地质条件下的建筑工程，它受天然形成的地质状态如地应力、地质物理参数、地下水、地质断层等因素和人工开挖操作如开挖方式、支护方式、支护时间等因素影响很大。本文重点分析了超前大管棚支护技术在公路隧道施工中的应用。
1.概述
目前在我国公路隧道的建设中，地方公路隧道占很大比例，其显著特点是长度较短、埋深较浅。目前在建的地方公路隧道埋深一般在10～100m，围岩级别一般为Ⅲ～Ⅴ级。这种埋深浅、风化严重、节理发育，在隧道的进出口尤为严重，部分区段围岩强度很低，岩体高度节理化，在开挖过程中拱顶经常出现掉大块，小坍塌，处理不当就出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，造成推进困难。在这类隧道开挖过程中都要采用超前预支护措施，其中管棚超前支护是较为常用的超前支护手段。
2. 超前大管棚支护技术
2.1受力原理
超前管棚支护是在拟开挖的隧道、地下洞室等开挖轮廓周边上，间隔一定的间距，沿洞轴以一定的外插角钻孔，安装惯性矩大的钢管，然后进行注浆固结的一种预支护措施。其工作原理为：①通过管棚注浆，使拱顶预先形成加固的保护环。而加固环发挥“承载拱”的作用，承受拱上部的地面荷载和岩层重量，使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力，从而创造了理想的开挖条件。②当超前管棚沿隧道开挖轮廓周边密布时，加固环的变形变小，传递给隧道支护结构的上部荷载大大减小，同时通过环形固结层与管棚，将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架。由于支撑拱架间的相互连接，形成整体支护，有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。
2.2管棚施工
（1）施工准备。①在熟悉设计图纸的基础上，进一步调查地质情况，按可灌注和空隙比或渗透系数确定注浆类型；②通过试验确定或调整注浆半径、注浆压力和单管注浆量；③加工导管，准备施工机具和器材。
（2）定向和布孔。布孔参照相关图纸，相邻孔位误差≯5cm。管棚定向可采用以下两种方法：①先施做护拱，护拱做为长管棚导向墙，在开挖轮廓线以外拱部范围内施做，环向间距一般为0.4m，护拱纵长2m，位置在明暗交界外明洞部分。支底模，安装三榀型钢拱架，按孔口管间距，焊接固定孔口管位置，孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度，直接影响管棚质量。应用水准仪配合坡度板设定孔口管的角度，检查无误后，浇筑护拱砼。②采用挂线定向，距离以10m为宜，通过前后两点挂线确定管棚的方向，在定向是应考虑线路纵坡对外插角的影响。 布孔见图一：
（3）钻孔、安装钢管。钻孔前先喷混凝土封闭掌子面，以防漏浆，而后测量布孔，在设计孔位点上标记。然后用地质钻机钻孔，开孔时，先轻压慢速钻进，以保证开孔质量。钻进中用测斜仪量测钻孔方向，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。在钻孔过程中，应认真做好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时地质预报而指导洞身开挖。成孔后，应清孔，用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，然后用高压风从孔底向孔口清理钻渣，以免堵塞。成孔检查合格后，人工和机械推送钢管入孔，为防止塌孔保证孔向正确，每钻一孔注一孔浆。一般设计第一根按有孔钢花管.第二根按无孔钢管，钢管采用丝扣连接，为是接头错开.编号为奇数的首尾两节钢管采用3m钢管，编号为偶数的钢管采用6m钢管，其余每节均采用6m钢管。钢管就位后加以固定，钢管与导向管间隙用麻丝和锚固剂封堵。
（4）注浆施工。①注浆准备：管棚安装完成后，旋上孔口阀，连接注浆管路。利用注浆泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，而后再做压水实验，核实岩石的渗透性。②浆液配制：在注浆前有实验确定浆液配比、注浆压力等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径，现场通过实验确定。配制浆液时，要注意加料顺序和速度，防止浆液结块。③注浆施工：清孔后，按由下至上的顺序施工，浆液先稀后浓、注浆量先大后小，如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。④结束标准：采用终压和注浆量双控制。以单管设计注浆量为标准，当注浆压力达到设计终压≮20min，进浆量仍达不到设计标准时，也可结束注浆。⑤效果检查：开挖检查浆液渗透仍达不到固结状况，根据压力浆量曲线分析判断，没达到设计要求时，应进行布孔注浆。
3.经验及总结
①管棚施工中需根据施钻部位的地质情况选取合适的倾角，角度过小将可能导致管棚遠端下垂至隧道开挖轮廓内，影响后期施工，角度过大管棚离开挖轮廓距离过大，管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难。②长管棚注浆超前支护在破碎堆积体中注浆效果较好，开挖后可看到管棚之上破碎石块被胶结成整体，并且长管棚中补注的水泥砂浆也增大了钢管棚刚度。但是在风化岩层中，即使岩块破碎，但往往岩块中充填湿粘土，粘土具有可塑性，而注浆液渗入几乎为零，隧道拱部开挖后，一般管棚之下所谓扩散半径以内的岩体自然脱落形成超挖，管棚由于间距一般达 40 cm，石块及土层在高速公路活载作用下，经常沿缝隙流塌而形成塌穴的现象，必须及时回填封闭或在后期开挖过程中施作超前小导管注浆进行支护。③钻孔过程中如出现不均匀地质或者孤石，为防止偏孔，在两种地层特别是从较软地层到较硬地层或孤石时，必须进行扩孔。④管棚施工必须选用技术能力强、有责任心的工人，以保证施工质量。
参考文献
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.
[2]曹虎.大管棚超前支护在隧道下穿高速公路中的应用《山西科技》2011.12
[3]王凤.刘珊.杨旭旭.浅析软弱围岩隧道超前预支护技术《高教研究》2010.10
[4] 黄成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001
关键词：公路隧道 超前支护 大管棚
引言：隧道是处于复杂地质条件下的建筑工程，它受天然形成的地质状态如地应力、地质物理参数、地下水、地质断层等因素和人工开挖操作如开挖方式、支护方式、支护时间等因素影响很大。本文重点分析了超前大管棚支护技术在公路隧道施工中的应用。
1.概述
目前在我国公路隧道的建设中，地方公路隧道占很大比例，其显著特点是长度较短、埋深较浅。目前在建的地方公路隧道埋深一般在10～100m，围岩级别一般为Ⅲ～Ⅴ级。这种埋深浅、风化严重、节理发育，在隧道的进出口尤为严重，部分区段围岩强度很低，岩体高度节理化，在开挖过程中拱顶经常出现掉大块，小坍塌，处理不当就出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，造成推进困难。在这类隧道开挖过程中都要采用超前预支护措施，其中管棚超前支护是较为常用的超前支护手段。
2. 超前大管棚支护技术
2.1受力原理
超前管棚支护是在拟开挖的隧道、地下洞室等开挖轮廓周边上，间隔一定的间距，沿洞轴以一定的外插角钻孔，安装惯性矩大的钢管，然后进行注浆固结的一种预支护措施。其工作原理为：①通过管棚注浆，使拱顶预先形成加固的保护环。而加固环发挥“承载拱”的作用，承受拱上部的地面荷载和岩层重量，使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力，从而创造了理想的开挖条件。②当超前管棚沿隧道开挖轮廓周边密布时，加固环的变形变小，传递给隧道支护结构的上部荷载大大减小，同时通过环形固结层与管棚，将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架。由于支撑拱架间的相互连接，形成整体支护，有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。
2.2管棚施工
（1）施工准备。①在熟悉设计图纸的基础上，进一步调查地质情况，按可灌注和空隙比或渗透系数确定注浆类型；②通过试验确定或调整注浆半径、注浆压力和单管注浆量；③加工导管，准备施工机具和器材。
（2）定向和布孔。布孔参照相关图纸，相邻孔位误差≯5cm。管棚定向可采用以下两种方法：①先施做护拱，护拱做为长管棚导向墙，在开挖轮廓线以外拱部范围内施做，环向间距一般为0.4m，护拱纵长2m，位置在明暗交界外明洞部分。支底模，安装三榀型钢拱架，按孔口管间距，焊接固定孔口管位置，孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度，直接影响管棚质量。应用水准仪配合坡度板设定孔口管的角度，检查无误后，浇筑护拱砼。②采用挂线定向，距离以10m为宜，通过前后两点挂线确定管棚的方向，在定向是应考虑线路纵坡对外插角的影响。 布孔见图一：
（3）钻孔、安装钢管。钻孔前先喷混凝土封闭掌子面，以防漏浆，而后测量布孔，在设计孔位点上标记。然后用地质钻机钻孔，开孔时，先轻压慢速钻进，以保证开孔质量。钻进中用测斜仪量测钻孔方向，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。在钻孔过程中，应认真做好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时地质预报而指导洞身开挖。成孔后，应清孔，用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，然后用高压风从孔底向孔口清理钻渣，以免堵塞。成孔检查合格后，人工和机械推送钢管入孔，为防止塌孔保证孔向正确，每钻一孔注一孔浆。一般设计第一根按有孔钢花管.第二根按无孔钢管，钢管采用丝扣连接，为是接头错开.编号为奇数的首尾两节钢管采用3m钢管，编号为偶数的钢管采用6m钢管，其余每节均采用6m钢管。钢管就位后加以固定，钢管与导向管间隙用麻丝和锚固剂封堵。
（4）注浆施工。①注浆准备：管棚安装完成后，旋上孔口阀，连接注浆管路。利用注浆泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，而后再做压水实验，核实岩石的渗透性。②浆液配制：在注浆前有实验确定浆液配比、注浆压力等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径，现场通过实验确定。配制浆液时，要注意加料顺序和速度，防止浆液结块。③注浆施工：清孔后，按由下至上的顺序施工，浆液先稀后浓、注浆量先大后小，如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。④结束标准：采用终压和注浆量双控制。以单管设计注浆量为标准，当注浆压力达到设计终压≮20min，进浆量仍达不到设计标准时，也可结束注浆。⑤效果检查：开挖检查浆液渗透仍达不到固结状况，根据压力浆量曲线分析判断，没达到设计要求时，应进行布孔注浆。
3.经验及总结
①管棚施工中需根据施钻部位的地质情况选取合适的倾角，角度过小将可能导致管棚遠端下垂至隧道开挖轮廓内，影响后期施工，角度过大管棚离开挖轮廓距离过大，管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难。②长管棚注浆超前支护在破碎堆积体中注浆效果较好，开挖后可看到管棚之上破碎石块被胶结成整体，并且长管棚中补注的水泥砂浆也增大了钢管棚刚度。但是在风化岩层中，即使岩块破碎，但往往岩块中充填湿粘土，粘土具有可塑性，而注浆液渗入几乎为零，隧道拱部开挖后，一般管棚之下所谓扩散半径以内的岩体自然脱落形成超挖，管棚由于间距一般达 40 cm，石块及土层在高速公路活载作用下，经常沿缝隙流塌而形成塌穴的现象，必须及时回填封闭或在后期开挖过程中施作超前小导管注浆进行支护。③钻孔过程中如出现不均匀地质或者孤石，为防止偏孔，在两种地层特别是从较软地层到较硬地层或孤石时，必须进行扩孔。④管棚施工必须选用技术能力强、有责任心的工人，以保证施工质量。
参考文献
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.
[2]曹虎.大管棚超前支护在隧道下穿高速公路中的应用《山西科技》2011.12
[3]王凤.刘珊.杨旭旭.浅析软弱围岩隧道超前预支护技术《高教研究》2010.10
[4] 黄成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001