管棚施工的具体工艺步骤是怎样的
管棚施工方法主要有：管棚引孔顶入法、管棚跟管钻进法。
每循环管棚施工前，应开挖管棚工作室，工作室大小根据钻机要求确定。管棚施工前，在长管棚设计位置安放至少三榀用工字钢组拼的管棚导向架，导向拱架设置孔口管作为长管棚的导向墙，要求在钻机过程中导向拱架不变形、不移位。
管棚节间采用焊接或丝扣连接，管棚单序孔第一节长6(9)m，双序孔第一节长3(4.5)m、，其余管节长度均为6(9)m，安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙，连接压浆管及三通接头；管棚注浆前，应向开挖工作面、拱圈及孔口管周围岩面喷射10cm厚的C25混凝土，以防钢管注浆时岩面缝隙跑浆。
扩展资料：
一、管棚施工工艺原理
管棚支护结构，一般按松弛荷载理论进行设计。根据围岩地质条件和施工条件进行力学计算。钢管直径多选用80～180mm，钢管中心距离一般为30～50cm。
钢管长度视软弱破碎围岩的厚度而定，一般为10～45m。钢管以较小的仰角沿岩面打入，形成了一个梁结构来承担围岩的压力。钢管采用内注水泥浆、化学浆液或细石混凝土、劲性骨架来增加钢管刚度。
二、管棚施工工法特点
1、在管棚超前预支护的作用下开挖，可以防止地表下沉和围岩坍塌，以保证施工过程中的安全。
2、管棚一次超前量较大，支护过程中搭接较少，节省材料。亦可减少安装钢管次数，并减少与开挖作业之间的干扰。
3、施工速度快，支护效果好。
一、管钻进法准备工作
1、箱涵下穿高速公路，路基宽42.5m，箱涵轴线与高速公路斜交夹角为114.228度，箱涵斜向长度49.9m。箱涵共4孔，中间两孔箱涵净宽各为20.8m，净高5.5m；两侧各设1孔箱涵，箱涵内净宽各为12m，净高3.7m。箱涵设计外结构线四孔总宽65.6m，结构顶面距高速公路表面仅0.9～1.3m。
2、顶进框架式隧道采用涵顶超前大管棚支护：棚管单根长度52m，单洞根数189根，管距0.50m，施工总长度9800m，棚管采用Φ180×10mm钢管，钢管每隔m开有Ф10mm小孔螺旋布置于棚管上。
二、管棚施工技术方案
管棚打设工法：本工程设计采用“导向扩孔拉管法”铺设管棚管。
管棚施工工序如下：
1、采用FDP-15B水平定向钻机，Ф60mm钻杆为主钻杆。钻杆前端安装导向专用钻头（内装有导向探头）。采用美国月食导向仪或英国386导向仪全程监控，随导向钻进加尺（当方位角、倾角、深度偏离设计导向轨迹时，随时纠偏）将钻杆依次打入，直至达到预定位置。根据地貌情况，导向孔由A工作面向B工作面穿越。
2、扩孔：将导向钻头换为Ф260mm扩孔钻头，由B端向A端依次回扩成孔，同时将15B钻机专用的Ф60mm钻杆逐根带回到A面孔口。
3、拉管：将钻杆沿已扩孔从A端推至B端，将预先焊接牢固的Ф219mm×6mm钢管用连接管头与扩孔钻头连接，内加万向接头，然后依次由B端向A端回拖，直至达到棚管预定的铺设长度为止。
三、管棚施工工艺流程
工作面基础开挖打造三通一平人员设备进场地板轨道铺设设备安装调试管位复测调试钻机方位及倾角安装探头、钻头（标定）冲洗液循环导向钻进回次打尺导向钻进直至设计位置扩孔钻杆二次推进铺设管棚管（拉管）安装灌浆装置混凝土灌注（管内外注浆）管头封堵。
以加固土体和提高钢管的刚度，使隧道拱部预先形成一伞状钢管棚，此结构本身具抗剪性能，可有效承载上覆局部松软土体的荷载，且使被加固土体的抗剪强度有较大幅度的提高，从而在隧道开挖而拱部支护未施工或未发挥作用时，提供上覆土体所需的支撑力，减小或消除因隧道开挖引起的地面沉降和临近管线的变形，确保隧道开挖安全。隧道导向墙：按字面意思理解就是隧道口处引导隧道方向的拱墙。一般在隧道口需要打管棚的，才会设计导向墙，防止坍塌，里面预埋管棚的导向管，作为管棚施工的指导方向。
根据不同类别岩溶，确定齐岳山隧道岩溶治理方案，如表10-25。
表10-25 齐岳山隧道岩溶治理方案表
（1）贫水管道型
1）充填淤泥型。2004年3月22日，齐岳山隧道施工至PDK361＋582.5后停止掘进，采用地质钻机进行超前地质钻探。3月24日20：00 ，探孔钻进至13.8 m时，钻孔冲洗液变浊；20∶10 ，钻进至15.2 m时，钻孔内开始出现涌泥；20：13 ，钻孔内开始涌水，喷射距离2 m。经测试，涌水量为300m3/h。由于涌水量大，钻机无法钻进，随后停止钻进。1小时后，钻孔内涌水量减小到150m3/h，之后，涌水逐渐减小，稳定在30m3/h。
根据该岩溶涌水特征：随着充填介质淤泥的涌出，开始涌出清水，并且涌水量在短时间内逐渐减小，并稳定在30m3/h。结合该岩溶处于F3 断层，断层带内岩层破碎，平导PDK361＋597发育为垂直向岩溶管道，因此管道相对独立，管道内静储量已基本释放，因而，对于该岩溶，可采取“后处理”措施，即先采取爆破开挖，待岩溶管道完全揭示后，再进行处理。
2004年4月5日，对该岩溶管道进行爆破开挖。爆破开挖后，实际揭示在隧道左侧拱腰位置为一直径ϕ2m的岩溶管道，与预测情况基本一致。针对该岩溶管道，采取以下“后处理”措施，如图10-80。
①对隧道开挖轮廓线外5 m范围进行锚网喷防护。锚杆采用2 mϕ22mm砂浆锚杆，锚杆入岩深度1.5 m，外露0.5 m，间距1 m×1 m。钢筋网采用ϕ6mm钢筋，网格间距20cm×20cm；喷射C20混凝土厚10cm。
②对DK361＋594～＋600段采取格栅钢架支撑，钢架间距1榀/0.5 m。
③对初期支护外岩溶管道采用M5浆砌片石回填，回填高度2 m。
④预埋ϕ100mmPVC排水盲管，保持原有水系排泄通畅。
⑤对DK361＋594～＋600段采用K0.5MPa抗水压加强型衬砌。
2）充填粘土型。2004年4月28日，齐岳山隧道正洞开挖到DK361＋597后，采取超前水平钻探，当钻至DK361＋614位置时，钻孔内出现了少量涌泥，取心显示该位置存在一充填型溶洞，充填介质为软-流塑状黏土。随后，停止钻探，继续开挖。2004年5月7日，隧道开挖到 DK361 ＋611 位置停止掘进，并进行进一步加强探测。当探孔钻探到DK361＋613～＋617时，突然发生突水、突泥，最远喷射距离15 m。随后继续钻探，表明正洞前方存在一条由隧道右侧拱部向隧道左侧底部发育的大型岩溶管道，管道直径3～5m。管道内充填大量泥砂、粘土，储量无法估计。根据对该岩溶管道的判断，为确保安全施工，不留后患，对该溶洞采取“注浆加固-管棚支护”综合措施进行治理，治理方案如图10-81。
图10-80 PDK361＋597岩溶管道治理方案
图10-81 DK361＋614岩溶管道处理方案图
（单位：cm）
①采用C20模筑混凝土封闭掌子面，封闭厚度1 m。
②后部径向注浆加强：对掌子面后部DK361 ＋605～＋610 段采取5 m径向注浆。注浆管梅花型布置，间距1 m×1 m。注浆材料采用普通水泥单液浆，浆液配比：水灰比0.6∶1～1∶1。注浆采取定压控制，注浆终压为1.5～2MPa。
③超前帷幕注浆：对DK361＋611～＋625段14 m范围采取5 m超前帷幕注浆，加固溶洞充填物以及破碎围岩。注浆材料采用普通水泥单液浆、TGRM浆，以普通水泥单液浆为主。普通水泥浆浆液配比为：水灰比0.6∶1～0.8∶1 ，TGRM 浆浆液配比为：水灰比0.8∶1～1∶1。设计注浆扩散半径1.3 m。注浆采取定压控制，注浆终压为1.5～2MPa。
④超前大管棚：对DK361＋611～＋625段14 m拱部120°范围施做超前大管棚。大管棚采用ϕ108mm钢管，环向间距40cm，外插角5°。超前大管棚注入水泥砂浆。
⑤径向补注浆：DK361＋611～＋625段开挖后，对该段进行径向补注浆。注浆范围为开挖轮廓线外5m。
⑥底部加固注浆：对DK361＋611～＋625 段底部溶洞进行垂直加固注浆。注浆范围为基底以下5m。注浆管采用5m长ϕ42mm钢花管，梅花型布置，间距1m×1m。注浆材料采用普通水泥单液浆，浆液配比为：水灰比0.6∶1～1∶1。注浆采取定压控制，注浆终压为1.5～2MPa。
⑦开挖支护：该段采取短台阶法开挖，二次衬砌采用K1.0MPa抗水压加强型衬砌。
3）充填块石型。2005年2月17日，正洞掘进至DK362＋274.5，掌子面超前5 m探孔内出现突水，射距20m，流量为100m3/h。突水4小时后射距减小为12 m，8小时后射距减小为5 m。突水48小时后水量稳定在20m3/h。经现场分析判断，掌子面前方发生大规模突水的可能性不大，于是2月19日22：00揭示该溶腔。揭示后，溶腔内仅有少量零星块石坠落，观察溶腔主要位于隧道顶部（左侧为起拱线上50cm，右侧为55cm），溶腔沿隧道横向发育宽度8.3 m，纵向1.7 m。2月20日23：30，在3#横通道爆破施工时，溶腔上部填充物突然坍塌、涌出，涌出物堆满掌子面17.5 m空间，涌出物体积约500m3。涌出物主要为块石和少量粘性土，最大块石为3 m×2 m×1 m。后经探测，该溶腔沿隧道轴线长14 m，可探高度拱部以上13 m均泥夹孤石。针对DK362＋277溶洞，根据其坍塌介质为块石土的特点，施工中采取以下治理措施。
①在确保安全情况下，对堆积体上半断面向掌子面方向适当清理，形成上、下半断面台阶。
②采用C20混凝土封闭掌子面，止浆墙厚度1.5 m，止浆墙应采用径向锚杆和周边围岩连接。
③对止浆墙下部堆积体进行花管注浆，固结松散堆积体。注浆管长度5 m，注浆材料采用普通水泥单液浆，浆液配比为：水灰比0.6∶1～0.8∶1。注浆采取定压原则，注浆终压1.5～2MPa。
④对拱部120°范围内施作ϕ108mm超前大管棚，管棚长度20m，环向间距30cm，外插角5°。管棚施作完毕后注入普通水泥单液浆，浆液配比为：水灰比0.6∶1～0.8∶1。注浆采取定压原则，注浆终压1.5～2MPa。
⑤采取台阶法开挖，按K1.0MPa抗水压结构设计二次衬砌。
⑥径向注浆加强：DK362＋277～＋297段开挖后，对该段进行径向注浆，注浆范围为开挖轮廓线外5m。
⑦对基底采取ϕ75mm钢管桩加固，加固深度12 m。钢管桩采用花管，梅花型布置，间距0.6 m×0.6 m。注浆材料采用普通水泥单液浆，浆液配比为：水灰比0.6∶1～0.8∶1。注浆采取定压原则，注浆终压1.5～2MPa。
（2）富水管道型
2004年5月31日3：50 ，齐岳山隧道平导掘进至PDK361＋870 ，采取超前炮眼孔进行超前探测。炮眼孔钻至PDK361＋873.5时，突然发生突水，最远喷射距离5 m，单孔涌水量60m3/h。于是，立即启动应急预案，封闭掌子面，进一步进行加强钻探并进行水压测试。针对平导PDK361＋873岩溶，通过采取TSP203、地质雷达，以及深孔超前钻探等综合超前地质预测预报手段，探测到含水体构造溶腔呈上窄下宽、右窄左宽形态。掌子面范围内溶腔宽度为0.4～4.7 m，溶腔由左上向右下延伸，左上最大溶腔宽度12 m，右下最大宽度4 m，如图10-82。测试最大水压力为0.26MPa，稳定水压力为0.14MPa，预估涌水量为（2～7）×104m3/d。
1）方案制定。由于该富水溶腔规模大，同时，进口为反坡施工，因此，对该富水溶腔进行爆破开挖方案、泄水洞方案、绕行方案和注浆堵水方案进行方案比选。
通过对以上方案进行比选，从投资、安全、工艺、可行性、难度、远期危害等方面综合考虑，鉴于该富水动水溶腔规模大，目前针对该类似条件下注浆堵水无成熟的实例，且注浆周期长，投资高，又考虑到该溶腔主要受岩层产状控制，是以溶蚀作用为主而形成的层面裂隙管道型岩溶，该处地质又为背斜构造，这种地质条件下泄水洞方案比较成熟，对地表环境影响有限，同时，该隧道为反坡开挖，若有大量水存在，抽排水费用较高，因此，应采取泄水洞方案。考虑到齐岳山隧道工期紧，采取泄水洞方案需要一定的时间周期，因此，采取迂回导坑开挖，开辟新的工作面。现场采取右侧迂回导坑和左侧泄水洞综合方案，如图10-83。
图10-82 齐岳山隧道PDK361＋873岩溶管道形态图
图10-83 齐岳山隧道PDK361＋873岩溶管道治理方案
2）“迂回导坑＋泄水洞”方案。
①迂回导坑。综合施工地质探测成果，PDK361 ＋873 主要为一竖向发育的管道型岩溶，且具有上小下大，左、右均尖灭的特征，因此，左侧迂回、右侧迂回、竖向绕行均有一定的可行性，但考虑到右侧迂回对正洞施工有利，且费用最低，因而，选择采取右侧迂回方案。右侧迂回方案是从平导PDK361＋805位置向正洞开设2-1#横通道，由横通道进入正洞后，采取下导坑断面向前掘进，至DK361＋891处向左侧进行超前深孔钻探，设置2-2#横通道绕行穿过含水溶腔后拐进平导，之后平导向前正常开挖。迂回导坑完成后，平导正洞向前开挖，同时应尽快由2-1#横通道反向开挖正洞，实现正洞1#横通道与2-1#横通道之间的贯通，避免平导独头掘进。
②泄水洞。考虑到地形条件，以及正洞、平导的平面位置关系，以及出水点情况，在平导左侧距平导20m处设置平行泄水洞。泄水洞洞口设在隧道进口洞口乐园沟位置，高程1112.0（平导洞口高程1125.9），设计泄水洞为1‰上坡。泄水洞采用单车道断面，单道内净空尺寸为2.8 m×3.6 m。泄水洞全长1165 m。泄水洞衬砌Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩段采用喷锚衬砌，Ⅴ级围岩段采用喷锚整体式衬砌结构，在通过断层破碎带、岩溶构造裂隙、溶腔等地段时，采取绕避方案。
在泄水洞施工到PDK361＋873富水溶腔时，施工救援通道，爆开含水体，实现泄水。同时，对平导与正洞相应富水溶腔构造处设置泄水通道，实现泄水，本隧道共设置3条泄水通道。
（3）富水溶槽型
2004年10月15日，宜万铁路齐岳山隧道进口正洞施工到DK362＋050 ，采用TSP203超前预测预报揭示出DK362＋058～＋065段节理裂隙发育，局部有水。10月17日，隧道开挖到DK362＋060，采用5 m加深炮眼孔超前探测时，由探孔中射出水流，射程4 m，随即封闭掌子面。之后，在掌子面布置6 个ϕ90mm超前探孔，加强对前方超前预测预报。超前探测表明：在隧道前方自左上向右下发育一富水溶槽，溶槽左宽右窄，宽度为0.7～0.1 m。溶槽中充满水。经测试，充水溶槽内水压力为0.1MPa。
1）方案设计。
①端部加强：对DK362＋055～＋060已开挖段采取5 m径向注浆，加固该段破碎围岩，以避免由于对DK362＋060～＋070段超前帷幕注浆引起后部结构破坏。
②顶水注浆：对超前水平探孔进行顶水注浆，将水顶回到原有的流水通道，同时达到熟悉注浆工艺、试验注浆材料、确定注浆参数的目的。
③超前帷幕注浆：对DK362＋060～＋070段采取3 m超前帷幕注浆，形成注浆截水帷幕。
④超前大管棚：在DK362＋060～＋070 段开挖轮廓线外布设超前大管棚，并对大管棚进行注浆，大管棚和超前帷幕注浆共同作用，形成超前刚性支护体系，确保开挖施工安全。
⑤径向注浆：对DK362＋060～＋070段开挖后进行5 m径向注浆，提高充水溶槽段的注浆堵水加固效果。它和超前帷幕，以及抗水压二次衬砌结构共同作用，形成抗水压结构体系。
2）注浆设计。
①注浆设计参数：借鉴以往施工经验，制定该充水溶槽注浆堵水设计参数如表10-26。
表10-26 富水溶槽注浆堵水设计参数表
②注浆设计：根据设计参数进行注浆设计。
a.DK362＋055～＋060段径向注浆：分别在DK362＋056、＋057.5、＋059断面全环布置径向注浆孔，注浆孔环向间距1.5 m，孔深5 m。注浆管采用ϕ42mm焊接钢管，管长5 m，花管部分长4 m，溢浆孔间隔垂直梅花型布置，纵向开孔间距20cm，注浆管端部加工呈尖锥状。
b.顶水注浆：对超前探孔的6个钻孔进行顶水注浆。
c.DK362＋060～＋070段帷幕注浆：根据设计参数进行注浆设计，如图10-84。
图10-84 超前帷幕注浆设计图
（单位：cm）
d.DK362＋060～＋070段超前大管棚：超前帷幕注浆结束后，对DK362＋057～＋060段扩大断面1m形成3m（纵向）×1m（环向）工作间，利用工作间施做ϕ108mm超前大管棚，管棚环向间距0.5 m，外插角1°。
e.DK362＋060～＋070段径向注浆：开挖完成后，对DK362 ＋060～＋070 段进行径向注浆加强，确保帷幕注浆的抗水压作用。径向注浆加固孔布设间距为1 m×1 m。
3）注浆材料。注浆材料及浆液配比参数根据不同的注浆方案确定。
对于径向注浆，采用普通水泥单液浆。对于顶水注浆，采用豆石混凝土、水泥砂浆、普通水泥单注液浆和普通水泥-水玻璃双液浆。对于超前帷幕注浆，采用普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆，对于超前大管棚注浆，采用TGRM浆。
普通水泥单液浆浆液配比为：水灰比0.6∶1～0.8∶1。普通水泥-水玻璃双液浆配比为：水泥浆水灰比0.6∶1～1∶1、水泥浆与水玻璃体积比1∶1～1∶0.3、水玻璃浓度35Be′。TGRM浆浆液配比为：水灰比0.8∶1～1∶1。
4）注浆参数。注浆参数见表10-27 ，现场施工可根据实际情况动态优化调整。
表10-27 注浆参数选择表
5）注浆顺序。注浆顺序均采取由下到上、由右到左、间隔跳孔方式进行。
6）注浆结束标准。
①单孔结束标准：注浆压力逐步升高到设计终压，并持续10min以上。注浆结束时地层吸浆量小于5L/min。
②全段结束标准：所有注浆孔均符合单孔注浆结束标准，无漏注现象。钻检查孔，符合注浆效果质量要求。
7）注浆效果检查及评定。
①程序控制法：施工程序按规定的施工顺序进行。
②检查孔法（针对超前帷幕注浆）：在吸浆量较大的部位、设计的帷幕加固圈最外侧范围，以及可能存在的注浆薄弱环节钻设检查孔，检查孔数量为设计注浆孔数量的10%，且不小于3个。检查孔应成孔好，无坍孔现象。对检查孔取心，浆液充填饱满，浆液有效注入范围大于设计值。检查孔涌水量应小于0.2L/（m·min）。
③试验法（针对超前帷幕注浆）：对检查孔进行注浆试验，检查孔注浆压力应很快（一般不应超过10min）达到设计终压，达到终压时地层吸浆量很小（一般应小于5L/min）。
④计量评定法（针对径向注浆）：注浆后涌水量小于设计值5 m3/（m·d）。
8）现场施工。现场施工自2004年10月27日开始，到2004年12月13日结束，历时48天。
径向注浆和顶水注浆按设计正常施工。超前帷幕注浆按设计进行了A圈17 个孔的钻孔及注浆施工，在进行B圈孔钻孔时，发现钻孔中均无水，浆液充填饱满，于是未继续进行B圈和C圈孔的钻孔与注浆施工。根据注浆过程中各孔的吸浆情况，以及加固范围要求，共布置了8个检查孔，检查孔均成孔好，无坍孔现象，浆液充填饱满，无水。对检查孔进行注浆试验，注浆量100L，注浆压力很快达到4～5MPa，这表明原充水溶槽已被浆液有效填充。随后，对钻孔过程中出水量较大、溶槽宽度较宽的拱顶及左侧拱腰位置局部布置了8根超前大管棚，并注入TGRM浆。
2004年12月15日，对该富水溶槽进行爆破开挖，开挖效果如图10-85。和注浆前探水孔相比，原充水溶槽被浆液充填饱满，注浆效果较好，满足了安全开挖要求。开挖后又对该段进行了径向注浆加强。
图10-85 富水溶槽注浆效果照片
1
超前管棚支护的长度和钢管外径应满足设计要求。纵向搭接长度应不小于3m。在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，其外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好。孔深不宜小于10m，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。
2
管棚钢管外径宜为φ（70～180）mm，单根长度宜为4～6m。接长管棚钢管时，接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于150mm。接头应在隧道横断面上错开。钢花管上按设计要求钻孔。
3
管棚定位：以套拱内预埋的孔口管定向、定位，严格控制其上抬量和角度。
4
钻孔施工采用管棚钻机，利用套管跟进的方法钻进、长管安装一次完成。为保证长管棚施工质量，在拱脚部位，选2个孔作为试验孔，找出地层特点，并进行注浆和砂浆充填试验。
5
安装钢管时，先打有孔钢花管，注浆后再打无孔钢管。每钻完一孔便顶进一根钢管。
6
为确保注浆质量，在钢花管安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙，钢管自身利用孔口安装的封头将密封圈压紧，压浆管口上安装三通接头。
7
用双液注浆泵按先下后上，先单液浆、再双液浆，先稀后浓的原则注浆。注浆量由压力控制，初压0.5～1.0Mpa，终压为2.0MPa。达到结束标准后，停止注浆。
8
注浆后，扫排管内胶凝浆液，用水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度；对于非压浆孔，直接充填即可。
