管棚的适用条件及一些土体状况的应用

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1、管棚的适用条件及一些土体状况的应用引言随着我国道路交通建设的迅速发展，隧道工程施工日益增多，面临一些不良地质条件的隧道掘进施工和事故处理，超前管棚支护技术具有广阔的应用前景。管棚法是公路隧道施工中最常采用而行之有效的超前支护方法之一。在超前预支护工法中，管棚法由于施工便捷、安全可靠、工艺简单、工期短、效率高、预加固效果明显，经济和社会效益显著等优点，被国内工程界广泛采用。管棚法最早于20世纪80年代应用于意大利隧道工程，之后在法国、日本等国家得到广泛推广，目前已成为国内外地下工程施工的主要辅助工法之一，被广泛应用

2、于浅埋、松散、软弱、破碎、塌方、涌水等地质条件下的隧道暗挖施工。仅1998年之前，我国就有13项城市浅埋地下工程采用管棚法施工获得成功，其应用目的主要是在开挖阶段防止围岩坍塌、控制施工引起的地层变位。尽管管棚的工程应用非常普遍，但其理论研究相对较少。现阶段的工程设计大多是通过经验及工程类比确定相应参数，现场施工管理方对其质量控制指标也欠缺了解。本文结合几种地质条件下管棚的支护，对具体地质条件中管棚的作用谈几点思考。1.管棚的适用条件管棚作为隧道施工的辅助方法，可适用于：软弱砂土质地层、砂卵砾石地层，膨胀性软流塑、

3、硬可塑状粉质粘土地层，裂隙发育岩体、突泥突水段、断层破碎带、塌方段、破碎土岩堆地段、浅埋大偏压等地质和地下水丰富条件的地下构筑物施工的支护，隧道进出口段开挖的支护，也多应用于地铁等穿越城区的地下工程的开挖预支护，可作为穿越既有建筑物、公路、铁路及地下结构物下方修建隧道的辅助方法；作为隧道洞口段及修建大断面隧道施工的辅助工法及作为其他施工的辅助工法，也常用于浅埋但不宜明挖地段或浅埋隧道情况下，地表有建筑物、或隧道接近地中结构物时等对施工沉降有特殊要求的工程等。2.管棚的主要作用和优点（1）梁拱效应：先行施设的管棚，

4、以掌子面和后方支撑为支点，形成一个梁式结构，二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构，可有效抑制围岩松动和垮塌。（2）加固效应：注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中，使松散岩体胶结、固结，从而改善了软弱围岩的物理力学性质，增强了围岩的自承能力，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。（3）环槽效应：掌子面爆破产生的爆炸冲击波传播和爆生气体扩展遇管棚密集环形孔槽后被反射、吸收或绕射，大大降低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。（4）确保施工安全：管棚支护刚度较大，施工时如发生塌方，塌碴也是落在管棚上部岩碴上，起到缓冲作用，即使管棚

5、失稳，其破坏也较缓慢。此外，管棚施工过程中可通过钻孔预知管棚范围内围岩的地质情况，为随后的注浆、开挖、支护提供了第一手资料。3.管棚支护原理管棚的作用机理，就是将管棚上部围岩传来的比较集中的荷载分散到掌子面前方的土体和格栅(钢)拱架上，从而减少了掌子面前方土体所受压力的强度，取得比没有管棚预支护条件下更大的掌子面上坡稳定安全系数。国际上如日本，较为常用的管棚结构为大管径(管径为299〜999mm，甚至更大）的钢管密排布置，钢管的两端支撑的刚度达到足够的值之后，管棚在实际工程中将起到简支梁作用。而我国设计规范推荐采

6、用的导管直径为80〜180mm，隧道工程常用直径为108mm，环向间距为40cm，与日本的大管径管棚在刚度上有本质区别。硬质岩石介质中，管棚所受围岩压力会及时转移到支护的钢拱架上，管棚与拱架共同作用，真正形成“棚”。而在软弱围岩区，前方围岩和格栅钢架本身的刚度并不高，且底部围岩软弱，作为支座不具备简支的条件，更类似于弹性支座。此时，管棚更为主要的作用是和围岩共同作用。管棚是在开挖之前先将钢管打入围岩中，外露端支承焊接在立好的钢拱架上，一般主要布置在隧道上断面，即拱部"做好之后再开挖面上就形成了一个保护棚，随后的开

7、挖是在保护棚下进行的。保护棚中钢管有两方面作用，一方面，钢管起着普通锚杆的作用，加强整体性，使围岩形成较强的围岩壳:另一方面，钢管又具有“梁”的功能，它一端支承于拱架上，另一端在围岩中(开挖中要保证有一定长度在未开挖岩体中，也可理解为满足最小搭接长度的要求)，那么具有两端支承的“梁”就能承受一定荷载，即松散下坠的压力。特别是大管棚除具有锚杆功能加固围岩外，还因其本身具有一定刚度与拱架结合能起到支撑作用，故在软弱围岩施工中是一项防止及控制塌方的有效技术措施。管棚将周围的土层和钢管固结成整体，以增强其支撑能力，并起到

8、防水的作用，开挖前使围岩固结成整体防止及控制塌方，增大围岩强度形成拱形薄壳，拱顶预形成加固的伞形保护环防止土层塌方，使塌方体具有一定的支撑和自稳能力，并起到可能的棚架作用。4.几种具体地质情况的分析不同的研究学者针对不同地质条件得出的结论有较大的差异。事实上，在实际的施工中，隧道的地质条件、埋深、隧道几何参数、施工方法等存在较大差异，因此根据不同的条件得出的认识与结论也不