无工作室管棚技术的研究与应用.docx

无工作室管棚技术的研究与应用柳长奔张树（华铁工程咨询有限责任公司，北京100055）摘要在复杂隧道及地下工程施工中，大管棚作为一种行之有效的超前预支护手段发挥了极其重要的作用。然而，常规管棚施工技术存在施工工序多、工作室扩挖工程量大、成本投入高、质量安全难于确保等多种弊端。文章在常规管棚施工技术基础上，大胆提出取消管棚工作室，通过对管棚孔定位及顶进进行优化和调整，形成了无工作室管棚施工工法；同时结合工程实例，从技术可行性、经济合理性、安全可靠性及施工方便性等方面论证了该工法的优越性，并在齐岳山隧道F11断层中成功应用。关键词隧道超前预支护无工作室管棚施工技术中图分类号：U455.7+2文献标识码：A峻考验，并且各项参数都要做出相应的改变[2]。1引言2.2常规管棚施工的难点分析（1）扩挖工作室的同时会对裂隙发育的软弱围岩造成一定程度扰动[3]，不利于围岩稳定，安全得不到有效保证。在软弱围岩、高压富水、裂隙发育及断层破碎带等复杂地质隧道施工中，目前常用的方法是采用大管棚进行超前预支护。其具体施工为：将钢花管(导管)安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓外排列形成钢管棚形支护，通过管内注浆，有时可加钢筋笼，并与型钢钢架组合成预支护系统[1]，以支承和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩下沉、松弛和坍塌等有显著效果。其特点是支护能力强，适用于富含水的泥岩、泥灰岩、砂土质等强风化地层或破碎带，以及深埋隧道或地面有重要建筑物地段。（2）随着断面的扩大，开挖支护参数都需作相应的改变，因此投入的人力、财力、物力都会增加。（3）工作室需采用径向注浆或加强初期支护才能对整个开挖轮廓线外圈进行加固。（4）后期对工作室的回填工程量及处理难度均较大。无工作室管棚的施作技术与方法2.32提出问题及难点分析无工作室管棚技术是在常规管棚施工方法基础上，通过取消管棚工作室，利用下台阶为工作平台，对上半断面施作止浆墙（厚度一般1.5~2m），实施管棚施工。其具体施工为：（1）由测量人员在止浆墙上放出隧道开挖轮廓线，然后在开挖轮廓线内40cm放线定管棚孔位，并将其顺序编号。有工作室及无工作室管棚开孔断面如图1、图2所示。2.1常规管棚施工存在的问题常规管棚施工之前需要在掌子面后方5~8m范围内施作管棚工作室，工作室扩挖深度一般要达到1~3m才利于施工。隧道开挖的原则是尽量不破坏原有地质结构，而在软弱围岩中开挖工作室不仅会破坏原有地层的结构，使其安全性能得不到保障，而且断面变化后给前期支护和后期处理都提出了严修改稿返回日期：2010-01-22作者简介：柳长奔（1965-），男，工程师，从事隧道施工技术管理工作，E-mail：liuchangben@163.com.98第47卷第3期(总第332期)2010年6月出版Vol.47，No.3，Total.No.332Jun.2010图1无工作室管棚断面图（单位：cm）Fig.1Cross-sectionofnon-cavernpiperoofing图2常规管棚开孔断面图（单位：cm）Fig.2Cross-sectionofconventionalpiperoofingshowinghole-drilling图3末端管节示意Fig.3Schematicofthelastpipesection现代隧道技术MODERNTUNNELLINGTECHNOLOGY无工作室管棚技术的研究与应用（4）每根管棚按长短不一管节通过丝扣连接，管节长分别为2～3m，且管壁按15mm×15mm梅花形布置溢浆孔；交错安装，使嵌在围岩内的管棚截面错开0.5～1m。3应用效果分析安全性常规管棚施工断面大，加之断面均为突变式挑顶，为此应选择围岩均匀、整体性较好的围岩稳定段扩挖；对软弱围岩段必须视其情况增强支护措施，如钢架加密支护或施作混凝土衬砌处理方能确保安全，施工具有一定的局限性。再者工作室为突变式挑顶，结构整体受力不均匀，应力集中，隧道结构安全性受到一定影响；而采用无工作室管棚相对灵活性强，质量安全保障性高。3.2经济性常规管棚工作室设计段长度一般以6m为宜[4]，拱墙部位扩挖至正常段开挖轮廓线外1m以上，以1.5抗水压加强型复合式衬砌断面为例，其断面高11.15m、宽9.48m，开挖断面积84.54m2；而管棚工作室断面最大高度12.38m、宽11.39m，开挖断面积109.57m2，每延米增加开挖和回填衬砌混凝土25m3，每循环工作室增加开挖石方及混凝土回填量150m3。3.13.3施工方便性采用优化断面，通过下台阶作业平台实施对上台阶拱部管棚施工。（1）取消工作室，以下台阶为平台对上半断面实施管棚施工，无需搭建施工作业台架，直接凭着钻机的自身条件就可以完成所有钻孔作业。（2）采用自动行走式钻机，施工进场和离场时无需其他机械辅助，进退自如。（3