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隧道管棚施工介紹

發布日期:2022/3/29 10:03:49 訪問次數:37

隧道管棚施工介紹
一、管棚法的基本概念
 
    管棚工法是隧道開挖施工中用以防止掌子面坍塌并限制圍巖變形的一種預支護手段。其主要原理是在隧道開挖之前,沿著隧道開挖輪廓線外的設定部位水平鋪設鋼管,并可以通過鋼管向圍巖注漿,對管棚周圍的圍巖進行加固,使管棚成為隧道后續開挖的防護傘(棚),達到安全施工的目的。
 
管棚工法最早是作為山嶺隧道施工的一種輔助方法,當隧道穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層、涌水、涌沙等地段時,管棚及其超前注漿對隧道的穩定起到了保護作用。管棚作為隧道頂部和邊墻的超前預支護,可以有效防止掌子面的坍塌及地層過量變位,為隧道開挖提供安全保障。同時管棚施工快、安全性高,被認為是隧道施工中預防事故的最有效、最合理的輔助措施之一。
 
    二、隧道開挖預支護中采用管棚工法的原因
 
     隧道開挖過程中,經常會遇到破碎帶、松散帶、軟弱地層、涌水、涌沙等地段,在這類地質條件下進行開挖,如果不進行超前預支護,很容易出現坍塌情況,導致安全事故,不僅給相關企業造成經濟損失,增加工程成本,而且極大地影響工程施工進度和施工質量。
 
在隧道施工下穿既有線路或建筑物及河流、湖泊的開挖前,如果不進行超前預支護,很容易造成隧道上既有線路或建筑物的沉降以及河流、湖泊涌水而帶來各種安全隱患。
 
對于隧道施工過程中遇到上述情況時,早期隧道開挖時,主要采用插板法、小導管超前注漿法、淺層地表錨桿注漿加固法等進行超前預支護。但這幾種支護工法都有一些不足之處,就是支護范圍和深度有限、加固強度不足,難以形成高強度支護整體,而且往往需要多個循環才能穿越需支護地層段,這樣,不僅造成現場窩工、停工等情況,嚴重影響施工進度,而且有時其安全性也難以保證。
 
     隨著施工技術的不斷改進,管棚工法得到了普遍的利用。特別是在導向跟管鉆進等技術及多種新的施工工藝引入后,管棚施工的精度、打設長度、沉降控制及施工工效有了長足的發展。管棚工法是采用專用鉆機將鋼管沿隧道開挖輪廓線外一節一節地打入需支護的地層中的預定位置,然后進行注漿,通過漿液在圍巖中的擴散,形成一個類似鋼筋混凝土的拱形帷幕,從而達到支護開挖線外側圍巖的作用。
 
    三、管棚工法的優點
 
     管棚工法與前期超前預支護工法相比,具有明顯的優點,主要表現在以下幾方面:
 
   (一)管棚工法所采用的鋼管具有較高的鋼性強度,而且管徑相對較大,能夠承載較大上部負荷。
 
   (二)管棚工法的注漿可以使漿液在管棚鋼管周圍沿著土體縫隙進行擴散,不僅能起來加固土體的作用,而且還能起到一定的止水效果。
 
   (三)管棚工法打設的鋼管長度較大。目前施作管棚長度可以達到100m以上,這樣可以大大地減少預支護循環次數,加快施工進度。
 
   (四)管棚工法能夠通過專用導向儀精確控制管棚鋼管鋪設的軌跡線,確保管棚鋼管按設計要求鋪設,有利于控制隧道施工時的開挖量,減少施工成本。
 
   (五)最新技術可以在軟弱地層中高精度一次性打設數百米的管棚。
 
   (六)管棚工法因為采用大功率的水平定向鉆機,施工效率比較高,大幅度地減少隧道開挖過程中輔助時間,提高施工效率。
 
    四、管棚的作用
 
    管棚工程在隧道開挖前的預支護中的作用主要有以下兩方面:
 
   (一)提高圍巖土體強度,提高開挖線拱部土體承載力,加固隧道圍巖,確保隧道施工安全。在隧道穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層、涌水、涌沙等地段時,管棚的這種作用比較明顯。
 
  (二)控制地表沉降。在隧道穿越既有線、下穿既有建筑物、構筑物等時,管棚的作用主要就是控制地表沉降,防止既有線路、建筑物、構筑物因隧道開挖而遭到破壞,確保既有線路、建筑物和構筑物的安全及隧道開挖的順利進行。此種情況管棚的鋼管直徑可偏大(φ299)。
 
    五、管棚工作的原理
 
    管棚工作的原理主要有兩方面;
 
   (一)利用簡支梁作用的原理;由于管棚的直徑大、剛度大,同時又是較密排布置的,當鋼管兩端支撐梁的剛度達到足夠大之后,開挖引起的變形量非常小,這時候管棚就相當于一道簡支梁,阻隔隧道開挖時釋放應力對圍巖的作用。
 
   (二)利用水泥漿液的流動性和圍巖的裂縫或孔隙,使注入的水泥漿液能與土體進行粘合而形成一種類似混凝土的固結體,從而起到加固圍巖土體的功能。對于含水較小的地層還能起到一定的止水效果。
 
    六、管棚的設計參數
 
   (一)管棚尺寸參數:管棚尺寸參數主要包括管棚的長度、鋼管直徑、鋼管壁厚及隧道內工作室的尺寸參數。
 
    1、管棚的長度一般為20-80m,特殊情況下,管棚打設長度可以達到100m-300m。
 
    2、管棚直徑常用的為φ89mm、φ108mm、φ159mm。
 
    3、管棚壁厚一般為6mm,中間用同直徑的壁厚10-12mm鋼管車絲扣連接。
 
    4、隧道內施作管棚時工作室一般外擴30cm,當地層不允許時可用無工作室管棚施工法。
 
   5、在洞口施作管棚無需導向墻。
 
   (二)管棚位置參數:管棚位置參數主要包括開孔位置、傾角、外插角和環向間距。
 
   1、管棚中心位置距開挖線20-30cm,開孔位置偏差為±2cm。
 
   2、管棚傾角根據地質情況及隧道坡度確定。
 
   3、外插角一般為0。至1。。
 
   4、環向間距根據現場地質條件、管棚管徑確定,一般為25-40cm。
 
   (三)管棚注漿參數:管棚注漿壓力為0.8-1.2MPa,漿液配比按0.8:1或1:1配制,注漿量根據管棚管徑和管棚長度確定。
 
   (四)管棚施工精度:
 
    1、管棚打設傾角偏差根據管棚長度一般都能控制在±0.5。以內,外插角控制在3‰以內。
 
    2、管棚長度誤差控制在±30cm以內。
 
    3、管棚施工過程中因為成管快,注漿能及時跟進,因此上覆地層沉降基本上為零沉降。
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