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摘要：本文从工程实践出发，通过对隧道超前管棚支护施工进行介绍,总结了管棚支护施工工艺，为达到质量最好、效率最高、经济效益最大化的隧道超前支护施工提供参考。
关键词：隧道超前支护的原理；超前支护的使用情况；隧道超前管棚支护施工工艺
Abstract: In this paper, starting from the engineering practice, introduced through the tunnel ahead of the pipe-shed support construction summed up the pipe roof support construction process, in order to achieve the quality of the best, the most efficient, maximize the economic benefits of tunnel support construction reference.Keywords: tunnel the advance support the principle; the advance support use; tunnel ahead of pipe roof support construction process
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
前言：近年来,人们对环境保护意识的增强,提倡隧道洞口施工尽量减少对洞口围岩结构的扰动和地表生态环境的破坏,采取超前支护进洞的技术得到越来越多的应用。经过近几年来的不断发展和实践,超前大管棚支护作为一项保证隧道开挖安全、保护地面建筑以及控制地表沉降等的技术越来越受到重视,其应用也越来越广泛。随着隧道超前管棚支护施工的不断发展,新工艺、新技术也不断涌现,极大的提高了地下工程的施工安全和施工效率。
一、超前支护技术
常用的超前支护主要有超前锚杆、管棚、超前灌浆、人工冻结法等。由于地质性质不同，施工实践中形成了在支护原理、施工工艺上各不相同的超前支护技术。在结构破坏的硬岩、松散破碎及软土中多采用超前锚杆、管棚等支护；在裂隙或带孔硬岩地层、卵石砾石地层中采用灌浆法；在渗水严重、地层可灌性差的冲积地层中采用人工冻结法等。
二、管棚支护技术
由于隧道开挖断面大，洞口处岩体风化十分严重，土体松散，洞口开挖面极易发生坍塌，施工进洞困难。采用管棚超前支护施工技术对洞口段堆积体进行注浆固结然后再开挖，这样可以有效保证洞口边仰坡稳定，而且使开挖轮廓线外圈形成棚幕和一层壳体，从而大大增加了进洞施工的安全性，确保顺利进洞的安全。
超前支护的基本工作原理是在待开挖洞顶轮廓线以外一定角度范围内，环向按照一定的间距超前打入钢管，并在钢管内进行压力注浆。环向钢管形成棚架，为开挖及初期支护作业提供了安全保障；浆液固结后钢管和围岩之间组成了一个共同的固结圈，从而在隧道的纵向和横向分别形成一个刚度较大的梁结构和拱结构。这个结构能有效提高围岩的承载力及自稳能力，减小围岩的变形；同时，隧道开挖后与钢架一起共同组成刚度较大的支护结构，以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。
1、管棚设计参数管棚设计宜根据地质情况及施工条件参照下列要求进行。
1)管棚棚管采用热轧无缝钢管,钢管导向端做成尖形,承压端焊上钢箍,管口预留止浆段,注浆孔沿管棚支护技术参数壁呈梅花形布置。2)两根相邻管棚接缝应在垂直面上错开一定距离,全部管棚的接缝应交错布置。3)钢管直径选用80～180mm,钢管中心间距为30～50cm;4)钢管长度一般为10～45m,当采用分段连接时采用4～6m,钢管采用丝扣连接方式,丝扣长度≮15cm;5)钢管沿隧道开挖轮廓线纵向近水平外插设置,外插角为1°～5°;6)钢管施工径向误差≯20cm,沿相邻钢管方向≯5cm;7)纵向管棚水平搭接长度≮115m。
2、管棚施工工艺流程如图。
三、管棚支護工艺
（一）超前锚杆原理及适用情况简介
1.隧道施工中，超前锚围预支护是一种新形支护结构是根据围岩性质、隧洞跨度、地下水状况以及施工段落等布置锚杆、管棚、挑梁、插板等材料预支护工作面前方围岩的措施。按受力条件可分为抗剪破坏和承受松弛荷载两类，它与普通锚同的区别是安装程序的不同：普通锚固是在隧道洞室开挖一段距离后开始安装，超前锚固则在开挖前安装，开挖完成后立即进行正常初期支护。国内外都有运用超前锚杆技术的成功先例。
对于结构相对完整的围岩，其破坏形式多为剪切破坏。在开挖前在工作面沿经向应力方向安设锚杆或锚索。锚杆的限制范围较小，一般不超过5 m，锚索则可以很长；对于砌块结构和散体结构的岩石，其破坏形式多为顶部岩块松脱，超前锚杆、管棚、挑梁等可以间化为梁构件，主要承受松脱地压或上覆岩体的自重。
2.工艺简介
在选取锚杆或管棚间距时，对于松软地层，锚杆或管棚中心间距应当适当缩小，凝聚力较高的黏性土层间距可适当加大。而且实际布锚或布管时，从拱顶到拱脚，间距可以逐渐变疏。如严冬围岩特别松散、破碎，除了加密间距外，还可以采用双层、三层锚杆或管棚。在地下水丰富的地段要注意排水，如遇孔内流水，可在附近另钻排水孔再安插锚杆或管棚。如水量太大，可采用自钻锚杆或药包锚杆。超前锚杆的安装必须作为开挖循环的一个组成部分来完成，旨在缩短围岩暴露时间，增加岩体的自承能力。每循环长度视施工要求而定：隧洞开挖进尺寸过小，则增加工序转换次数和时间，影响施工效率；开挖进尺过大，易产生塌帮或冒落事故。超前锚固支护长度越长，越能节省辅助时间．提高施工效率。但是由于受到钻孔机钻进技术和锚杆或钢管挠度等条件限制，如果超前锚固长度过长就很难保持锚杆或管棚的水平角度和排列规整，从而影响施工质量。在围岩质量差的隧洞中，锚杆、钢管等材料要承受松脱地压，其外插角要尽量小，岩性较硬的岩层巾。锚固材料既有承担岩块自重的作用，又有抗剪的作用。为更好地发挥抗剪作用，需要加大外插角。但是，外插脚太大又减小了锚固材料的影响范围。为了尽早发挥超前锚杆的预支护作用，一般采用早强砂浆作为锚杆杆体与岩层孔壁的胶结物，即全长黏结锚杆。这种锚杆对岩层的适用性很强，阻止围岩移动和变形的能力强，具有防锈价廉且可作永久支护的特点。
（二）超前灌浆原理及适用情况简介
1.当隧道开挖面前方遇到含水裂隙岩层或松散地层时，采灌浆超前支护，可以使松散岩土得到胶结硬化，提高其整体性和密实度，同时使裂隙和空洞得到填充，有效地控制地下水的渗流，从而达到封闭水源和加固围岩的目的，为隧洞开挖创造了一个有利施工的安全条件。超前灌浆的方法主要有工作面超前灌浆、地面剃前灌浆和导洞超前灌浆等。在洞内工作面前方开挖轮廓线钻孔灌浆(GFP)可有效地控制灌浆范围，因此在工程实践中采用这种方法，灌浆套管同时也可以起到预支护作用。
棚管加灌浆是20世纪80年代意大利工程承包商首先提出来的，并在浅埋交通隧洞的应用中获得成功。以后国外发达国家陆续开展管棚的
应用研究，如日本新泻县公路隧洞穿过若软弱的砾石夹黏土和沙层时采用管棚灌浆护顶法施工，以防止人口稠密的居民区发生沉陷，管棚长度已达7l.5 m。美国华盛顿地铁工程成功实施了一套隧洞冠部长距离管棚灌浆超前支护方案，管棚长度目前居世界之最。我国也曾在浙江云寿红岩隧道的塌方整治工程中采用过26 m长的灌浆管棚。国内外对管棚的理论分析研究有一定的成果，主要有以下理论：梁理论，拱壳理论和弹性地基梁理论。分析其各自的优缺点：梁理论计算结构简单，容易操作，但不能完全反映管棚的受力特点，不能正确体现掌子面附近的动态；拱壳理论存在计算复杂且计算结果偏离，不安全。弹性地基梁的简单模式作为管棚的设计方法，是一种新的研究方向。
2.工艺简介
超前灌浆注浆施工包括6个方面：掘进注浆洞室、钻凿注浆孔、注前准备、配置浆液、注浆、注浆管理。
1)灌浆方式，即进行灌浆孔的布置形式。一般根据注浆工作面的大小和钻孔作业方便而定，有地面灌浆、工作面及双侧壁导坑、导洞灌浆等注浆方式。2)通常采用图的工艺流程进行灌浆施工安排。在注浆钻孔前，对掌子面进行加固处理以保证注浆时能承受注浆压力。对于砾岩好的掌子面，进行全断面喷混凝土20 cm～30 CB厚封闭掌子面；对于岩石破碎、地质差的掌子面，则浇筑l，5 m～3．0 m厚的混凝土止浆墙。止浆墙做好并达到一定强度后，利用地质钻机进行超前取芯钻孔，以探明断层长度及断层内地质成分，为制定施工方案和确定注浆参数提供依据。3)注浆顺序及方式。注浆顺序一般是从拱顶顺序向下，先注内圈孔后注外圈孔（在双排或多排孔的情况下)，先注无水孔后注有水孔。如遇窜浆或跑浆，则可间隔或几孔灌注。对每一个孔，灌浆方式一般采取一次压入式，这种方式工艺简单，重复钻孔量小，可以取相对较高的压力把浆液压入较小裂隙，效果好。4)灌浆的质量检测。灌浆完毕后要进行效果检测。
结语:
超前支护作为一种隧洞施技术，对隧洞的安全施工和提高施工进度意义重大，管棚支护技术是超前支护中被广泛应用的技术。但管棚支护技术发展还不够成熟，对其机理研究及参数设计远落后于工程实践，关于机理的研究多停留在定性的解释上，缺少完整规范的理论体系和计算方法。随着科技的发展相信管棚支护技术会有更突出的进步。
参考文献:
[1]黎愛清，吕秀华.长大管棚施工工法[J］.西部探矿工程，2003（12）.
[2]黄成光.公路隧道施工技术[M].北京:人民交通出版社,2001.
关键词：隧道超前支护的原理；超前支护的使用情况；隧道超前管棚支护施工工艺
Abstract: In this paper, starting from the engineering practice, introduced through the tunnel ahead of the pipe-shed support construction summed up the pipe roof support construction process, in order to achieve the quality of the best, the most efficient, maximize the economic benefits of tunnel support construction reference.Keywords: tunnel the advance support the principle; the advance support use; tunnel ahead of pipe roof support construction process
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
前言：近年来,人们对环境保护意识的增强,提倡隧道洞口施工尽量减少对洞口围岩结构的扰动和地表生态环境的破坏,采取超前支护进洞的技术得到越来越多的应用。经过近几年来的不断发展和实践,超前大管棚支护作为一项保证隧道开挖安全、保护地面建筑以及控制地表沉降等的技术越来越受到重视,其应用也越来越广泛。随着隧道超前管棚支护施工的不断发展,新工艺、新技术也不断涌现,极大的提高了地下工程的施工安全和施工效率。
一、超前支护技术
常用的超前支护主要有超前锚杆、管棚、超前灌浆、人工冻结法等。由于地质性质不同，施工实践中形成了在支护原理、施工工艺上各不相同的超前支护技术。在结构破坏的硬岩、松散破碎及软土中多采用超前锚杆、管棚等支护；在裂隙或带孔硬岩地层、卵石砾石地层中采用灌浆法；在渗水严重、地层可灌性差的冲积地层中采用人工冻结法等。
二、管棚支护技术
由于隧道开挖断面大，洞口处岩体风化十分严重，土体松散，洞口开挖面极易发生坍塌，施工进洞困难。采用管棚超前支护施工技术对洞口段堆积体进行注浆固结然后再开挖，这样可以有效保证洞口边仰坡稳定，而且使开挖轮廓线外圈形成棚幕和一层壳体，从而大大增加了进洞施工的安全性，确保顺利进洞的安全。
超前支护的基本工作原理是在待开挖洞顶轮廓线以外一定角度范围内，环向按照一定的间距超前打入钢管，并在钢管内进行压力注浆。环向钢管形成棚架，为开挖及初期支护作业提供了安全保障；浆液固结后钢管和围岩之间组成了一个共同的固结圈，从而在隧道的纵向和横向分别形成一个刚度较大的梁结构和拱结构。这个结构能有效提高围岩的承载力及自稳能力，减小围岩的变形；同时，隧道开挖后与钢架一起共同组成刚度较大的支护结构，以抵挡隧道开挖后产生的围岩压力和变形。
1、管棚设计参数管棚设计宜根据地质情况及施工条件参照下列要求进行。
1)管棚棚管采用热轧无缝钢管,钢管导向端做成尖形,承压端焊上钢箍,管口预留止浆段,注浆孔沿管棚支护技术参数壁呈梅花形布置。2)两根相邻管棚接缝应在垂直面上错开一定距离,全部管棚的接缝应交错布置。3)钢管直径选用80～180mm,钢管中心间距为30～50cm;4)钢管长度一般为10～45m,当采用分段连接时采用4～6m,钢管采用丝扣连接方式,丝扣长度≮15cm;5)钢管沿隧道开挖轮廓线纵向近水平外插设置,外插角为1°～5°;6)钢管施工径向误差≯20cm,沿相邻钢管方向≯5cm;7)纵向管棚水平搭接长度≮115m。
2、管棚施工工艺流程如图。
三、管棚支護工艺
（一）超前锚杆原理及适用情况简介
1.隧道施工中，超前锚围预支护是一种新形支护结构是根据围岩性质、隧洞跨度、地下水状况以及施工段落等布置锚杆、管棚、挑梁、插板等材料预支护工作面前方围岩的措施。按受力条件可分为抗剪破坏和承受松弛荷载两类，它与普通锚同的区别是安装程序的不同：普通锚固是在隧道洞室开挖一段距离后开始安装，超前锚固则在开挖前安装，开挖完成后立即进行正常初期支护。国内外都有运用超前锚杆技术的成功先例。
对于结构相对完整的围岩，其破坏形式多为剪切破坏。在开挖前在工作面沿经向应力方向安设锚杆或锚索。锚杆的限制范围较小，一般不超过5 m，锚索则可以很长；对于砌块结构和散体结构的岩石，其破坏形式多为顶部岩块松脱，超前锚杆、管棚、挑梁等可以间化为梁构件，主要承受松脱地压或上覆岩体的自重。
2.工艺简介
在选取锚杆或管棚间距时，对于松软地层，锚杆或管棚中心间距应当适当缩小，凝聚力较高的黏性土层间距可适当加大。而且实际布锚或布管时，从拱顶到拱脚，间距可以逐渐变疏。如严冬围岩特别松散、破碎，除了加密间距外，还可以采用双层、三层锚杆或管棚。在地下水丰富的地段要注意排水，如遇孔内流水，可在附近另钻排水孔再安插锚杆或管棚。如水量太大，可采用自钻锚杆或药包锚杆。超前锚杆的安装必须作为开挖循环的一个组成部分来完成，旨在缩短围岩暴露时间，增加岩体的自承能力。每循环长度视施工要求而定：隧洞开挖进尺寸过小，则增加工序转换次数和时间，影响施工效率；开挖进尺过大，易产生塌帮或冒落事故。超前锚固支护长度越长，越能节省辅助时间．提高施工效率。但是由于受到钻孔机钻进技术和锚杆或钢管挠度等条件限制，如果超前锚固长度过长就很难保持锚杆或管棚的水平角度和排列规整，从而影响施工质量。在围岩质量差的隧洞中，锚杆、钢管等材料要承受松脱地压，其外插角要尽量小，岩性较硬的岩层巾。锚固材料既有承担岩块自重的作用，又有抗剪的作用。为更好地发挥抗剪作用，需要加大外插角。但是，外插脚太大又减小了锚固材料的影响范围。为了尽早发挥超前锚杆的预支护作用，一般采用早强砂浆作为锚杆杆体与岩层孔壁的胶结物，即全长黏结锚杆。这种锚杆对岩层的适用性很强，阻止围岩移动和变形的能力强，具有防锈价廉且可作永久支护的特点。
（二）超前灌浆原理及适用情况简介
1.当隧道开挖面前方遇到含水裂隙岩层或松散地层时，采灌浆超前支护，可以使松散岩土得到胶结硬化，提高其整体性和密实度，同时使裂隙和空洞得到填充，有效地控制地下水的渗流，从而达到封闭水源和加固围岩的目的，为隧洞开挖创造了一个有利施工的安全条件。超前灌浆的方法主要有工作面超前灌浆、地面剃前灌浆和导洞超前灌浆等。在洞内工作面前方开挖轮廓线钻孔灌浆(GFP)可有效地控制灌浆范围，因此在工程实践中采用这种方法，灌浆套管同时也可以起到预支护作用。
棚管加灌浆是20世纪80年代意大利工程承包商首先提出来的，并在浅埋交通隧洞的应用中获得成功。以后国外发达国家陆续开展管棚的
应用研究，如日本新泻县公路隧洞穿过若软弱的砾石夹黏土和沙层时采用管棚灌浆护顶法施工，以防止人口稠密的居民区发生沉陷，管棚长度已达7l.5 m。美国华盛顿地铁工程成功实施了一套隧洞冠部长距离管棚灌浆超前支护方案，管棚长度目前居世界之最。我国也曾在浙江云寿红岩隧道的塌方整治工程中采用过26 m长的灌浆管棚。国内外对管棚的理论分析研究有一定的成果，主要有以下理论：梁理论，拱壳理论和弹性地基梁理论。分析其各自的优缺点：梁理论计算结构简单，容易操作，但不能完全反映管棚的受力特点，不能正确体现掌子面附近的动态；拱壳理论存在计算复杂且计算结果偏离，不安全。弹性地基梁的简单模式作为管棚的设计方法，是一种新的研究方向。
2.工艺简介
超前灌浆注浆施工包括6个方面：掘进注浆洞室、钻凿注浆孔、注前准备、配置浆液、注浆、注浆管理。
1)灌浆方式，即进行灌浆孔的布置形式。一般根据注浆工作面的大小和钻孔作业方便而定，有地面灌浆、工作面及双侧壁导坑、导洞灌浆等注浆方式。2)通常采用图的工艺流程进行灌浆施工安排。在注浆钻孔前，对掌子面进行加固处理以保证注浆时能承受注浆压力。对于砾岩好的掌子面，进行全断面喷混凝土20 cm～30 CB厚封闭掌子面；对于岩石破碎、地质差的掌子面，则浇筑l，5 m～3．0 m厚的混凝土止浆墙。止浆墙做好并达到一定强度后，利用地质钻机进行超前取芯钻孔，以探明断层长度及断层内地质成分，为制定施工方案和确定注浆参数提供依据。3)注浆顺序及方式。注浆顺序一般是从拱顶顺序向下，先注内圈孔后注外圈孔（在双排或多排孔的情况下)，先注无水孔后注有水孔。如遇窜浆或跑浆，则可间隔或几孔灌注。对每一个孔，灌浆方式一般采取一次压入式，这种方式工艺简单，重复钻孔量小，可以取相对较高的压力把浆液压入较小裂隙，效果好。4)灌浆的质量检测。灌浆完毕后要进行效果检测。
结语:
超前支护作为一种隧洞施技术，对隧洞的安全施工和提高施工进度意义重大，管棚支护技术是超前支护中被广泛应用的技术。但管棚支护技术发展还不够成熟，对其机理研究及参数设计远落后于工程实践，关于机理的研究多停留在定性的解释上，缺少完整规范的理论体系和计算方法。随着科技的发展相信管棚支护技术会有更突出的进步。
参考文献:
[1]黎愛清，吕秀华.长大管棚施工工法[J］.西部探矿工程，2003（12）.
[2]黄成光.公路隧道施工技术[M].北京:人民交通出版社,2001.