管棚超前支护刚度大，可承受土体的垂直和侧向压力，管棚超前预支护具有棚架、锚固、固结地层的三种功能，它将部分荷载有效地吸收和传递到已封闭的支护结构上。在软弱松散不良地质地带，通过管棚注浆补充固结土体，增强隧道上方土体的稳定性，保证隧道进洞安全，满足围岩开挖稳定的要求。
1、管棚施工原理
管棚一般是在地质较差的情况下，按开挖轮廓线，采用在地层中打入数根钢管的方法形成支护体系。一般要求钢管入土深度必须穿过该类围岩,并要有一定的超前长度。如果地质条件极差且裂隙水较大，则采用在管内注入化学浆液的方法，使该段软弱地层形成一个整体，可以有效地稳定开挖面。在隧道施工中，管棚支护主要适用于以下几种情况：围岩破碎，裂隙较多，洞口开挖难以成形时；隧道处于浅埋段，开挖易使地表失稳时；隧道内遇到断层需要穿过时；隧道洞口位于滑坡体而线路又无法避开时。
管棚管棚搭接长度
超前管棚示意图
2、管棚基本设计参数
五尖大山隧道施工图设计（送审图）在进、出口两端均采用了长
1
20m的长管棚。长管棚采用φ108×5的无缝钢管，入土深度18.5m，由3m、5m两种长度管节由丝扣连接组成，丝扣搭接长度15cm。长管棚环向间距33.3cm，在开挖轮廓线外25cm处，拱部140°范围布置。外插角1°，与隧道中线方相一致。施工采用地质钻水平钻孔，风钻配合顶入，注浆泵注浆。隧道必须在管棚施工以后才能进洞开挖。
五尖大山隧道超前管棚施工示意图
3、管棚常规施工工艺和施工方法
地质调查测量放线劳材机准备套拱施工搭设工作平台钻机就位钻孔与清孔管棚加工浆液制作打入管棚注 浆隧道开挖
对于节理发育但较完整、容易成孔的围岩地段一般采用常规先钻
2
孔、后插入的安设方法，其施工工艺如上页图所示。
注浆施工工艺流程图
施工准备钻 孔孔位检查顶进钢管清孔注浆管路检查拌浆注浆否压力流量达到要求是结束 根据管棚常规施工的过程，可以分为以下几个步骤：
制作导向架（套拱） 钻孔 顶管 封口 注浆。 3.1 导向架（套拱）
导向架的作用是保证钻孔方向的正确，使其孔向不发生偏斜，要求自身要有足够的强度和刚度，可用型钢或混凝土制作而成。五尖大山隧 道设计采用钢筋混凝土套拱作为导向架，纵向长度1.5m，套拱置于明洞之上。
施工时首先在洞外明暗洞的交界处架立两榀20b工字钢，间距60cm，用钢筋焊接成一个整体。在钢支撑上安装Φ150mm，长2～3m的
3
导向钢管，与管棚位置方向一致，然后浇注150cm厚的C30钢筋混凝土包裹钢支撑和导向管。套拱完成后，喷射C25砼15cm厚封闭周围仰坡面，作为注浆时的止浆墙。
套拱施工工艺流程详见下图。
养生、拆模 浇注套拱砼 砼生产、运输 施工钢架加工 立套拱砼施工支撑钢架 孔口管加工 将孔口管定位固定在钢架上 开挖套拱环形槽 测量放样 套拱基础开挖 按设计安装固定套拱内钢架 套拱内钢架加工 加工套拱模板 安装套拱模板
套拱施工工艺流程图
3.2 钻孔
钻孔时间应在套拱混凝土强度达到75%之后，方可进行。钻孔型号根据钻孔深度来选择。因钻孔深度为20m，一般钻机很难达到，宜采用超前水平地质钻机。钻机就位时，搭设平台所用的各种杆件应连接牢固， 保证钻机稳定。钻机顺序由高孔位向低孔位进行，并间隔错开。若由高到低连续钻孔，则因孔距过小，会造成前一个成型孔在未顶管时已出现塌孔现象。在钻到一定深度时，要用测斜仪检查孔的倾角是否正确，以便及时进行纠正，深度达到要求后，应边退钻边清孔。
4
在钻孔过程中，如果出现卡钻、塌孔现象，可能是隧道地质发生了变化，此时应及时退钻，然后采用往孔内压注浆液的方法，待浆液凝固后，再行开钻；如果出现掉钻头、钻杆断裂的现象，可用打捞器取出。
钻孔也可为超前地质预报提供一定的依据，因此每一个孔在开钻时，都必须有详细记录，包括开钻时间、结束时间及遇到的问题等。
3.3 顶管
管棚钢管一般采用的是无缝钢管,每一节钢管应做成尖锥状,起导向和减小摩擦阻力的作用。在钻孔成型后，顶管工作进行得越早越好,否则因拖延时间太长，则导致孔壁变形或孔内塌方，给顶管造成困难。顶管由钻机顶进，钢管节段间用丝扣连接，顶进时，节长3m和5m管节交替使用以错开接头位置，这样可以保证后期开挖时管棚有足够整体强度。管棚顶到位后，钢管与导向管间隙用速凝水泥或其它堵塞严密，以防注浆冒出。
3.4 注浆及封口
注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚最佳注浆参数。浆液采用注浆机灌注。管棚封堵塞设有进浆孔和排气孔，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔,续灌注浆,达到设计注浆量或注浆压力时,方可停止注浆。施工过程中，为了防止注浆过程中发生串浆,每钻完一个孔，随即就安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工。注浆结束后用C30水泥砂浆充实无缝钢管，以增强管棚强度。注浆结束标准：注浆压力逐步升高，达到设计终压(0.8Mpa)并继续注浆10min以上；进浆量，一般为20～30L/min。
4、管棚跟管钻进施工工艺和施工方法
当地质状况复杂，遇有卵石、漂石或破碎带不易成孔时，可采用顶驱动力头的跟管钻进工艺，首先将套管及钻杆同时钻入孔内，成孔后，取出内钻杆，放进管棚，最后取出外套管即可。当围岩结构软硬不均时
5
应采用潜孔锤配同心钻孔系统。跟管钻进程序及跟管钻进图解说明如下图所示。
施工 准 备 钻机就位 跟管钻进 注水清洗内杆 退内杆 插入注浆管 退套管 孔口密封 注浆加固 下一孔 跟管钻进程序
1 、采用顶驱双作用(冲击及回转)液动锤，把套管及钻具同时冲击+回转方式钻入岩
土层内（采用套管跟进提供临时护孔，可避免内钻杆在提出后产生塌孔或涌水，方
便插管注浆）。
2、穿孔完结后，先把套管内孔注水清洗洁
净后，才把内钻杆取出，套管仍保留在孔内供护孔作用。 3、将注浆钢管插进入套管内。钢管可用丝扣或电焊联接。钢管终端要密封。 4、钢管插进后，取出套管继续下一孔眼的钻进。钢管口端与孔口周壁用水泥浆、CS胶泥加麻丝或其他密封材料密封。 5、接上浆液管，用一定压力将浆液压注入钢管内，浆液会通过钢管的孔眼压注入孔壁的缝隙内，固结附近的岩土层。
跟管钻进程序图解说明
6
注：第一孔套管跟进钻孔后，如了解孔壁很稳定，取出套管后亦不产生塌孔，那么可把钻杆与套管一同抽出，马上插放灌浆管，省却第2道工序。
常用的跟管钻进系统见各种跟管钻进系统示意图。
7
各种跟管钻进系统示意图
1、潜孔锤＋偏心钻头扩底式跟管钻进；2、潜孔锤＋潜孔锤钻头跟管钻进； 3、稳定器＋三牙轮钻头跟管钻进； 4、稳定器＋刮刀钻头跟管钻进； 5、金刚石钻头＋套管钻头跟管钻进；6、金刚石钻头＋绳索取芯岩芯管跟管钻进
5、质量控制与检验 5.1管棚钻孔的允许偏差
5.1.1 管棚方向与线路平行，方向角误差≤1°（不包括路线纵坡）；
检验数量：全部检查；
检验方法：观察，钢尺、测量仪器检查。 5.1.2 开孔定位误差≤4cm；孔口距允许偏差≤±50mm；
检验数量：全部检查； 检验方法：观察，钢尺检查。 5.1.3 径向误差应≤20cm；
检验数量：全部检查； 检验方法：观察，钢尺检查。 5.1.4 孔深误差≤±50mm；
检验数量：全部检查； 检验方法：观察，钢尺检查。
5.1.5 隧道纵向同一断面内接头数≤50％，相邻钢管的接头至少错开1m；纵向两组管棚的搭接长度应符合设计要求并应大于3m。
检验数量：全部检查； 检验方法：观察，钢尺检查。 5.2管棚超前支护应满足的要求
5.2.1管棚所用钢管的品种和规格必须符合设计要求；
检验数量：全部检查； 检验方法：观察，钢尺检查。
8
5.2.2管棚所用钢管进场必须按批抽取试件作力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求；管棚应采用热轧无缝钢管制作，必要时钢管内安装钢筋笼；
检验数量：以同牌号、同炉罐号、同规格、同交货状态的钢管，
每60t为一批，不足60t按一批计，每批抽检一次。
检验方法：检查每批质量证明文件并进行相关性能试验。 5.2.3管棚用钢管直径宜为70～127mm，钢管中心间距宜为管径的2～3倍。
检验数量：全部检查； 检验方法：观察，钢尺检查。 5.3 管棚注浆应符合的要求
5.3.1注浆浆液的配合比应符合设计要求；
检验数量：全部检查。
检验方法：进行配合比选定试验。
5.3.2注浆压力应符合设计要求，注浆浆液应充满钢管及其周围的空隙；
检验数量：全部检查。
检验方法：查施工记录的注浆量和注浆压力，观察。 6、主要施工用机具设备 序号 1 2 3 设备名称 超前水平地质钻机 电动空压机 注浆泵 型 号 MKD-5S L3.5-8/20 Y2B/18KW 数 量 1台 8台 2台 备 注 备用一台 9
4 5 6 7 8 9 10 搅拌机 电子计量配料机 砼输送泵 砂浆搅拌机 交流弧焊机 钢筋切割机 插入式捣固器 7、劳动力组织
JDY750BH HPL1200 HBT60 HT200B BX1-500A GQ40 ZX-50 2台 1台 1台 1台 5台 1台 2台 备用一台 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 人员 技术人员 工班长 测量人员 钻孔人员 安装人员 浆液制备人员 注浆泵司机 清洗废浆工 注浆记录工 安全员 搬运工 其他 合计 人数 1 1 2 5 6 5 2 1 1 1 4 8 35 职责 掌握技术标准、负责施工指导、监督施工质量、记录 组织和协调 测量放样、检查验收、并对整个施工过程进行摄像 凿孔施工 准备材料、安装导管 准备材料、制备浆液、搅动浆液、清洗设备 注浆泵的操作、维修保养及鼓掌排除 清理废浆 记录注浆压力、注浆量、流量、胶凝时间及其他的情况 负责施工安全 搬运材料、机具 电工、管棚加工、空压机司机等 8、相关记录表 8.1 钻孔记录表
10
钻孔记录表
工作面里程： 起止时间： 年 月 日 时 分～ 年 月 日 时 分 钻机种类及型号： 孔号 孔深 起止时间 下管深度 地层情况描述 备注 记录： 工地负责人： 年 月 日 填表说明： 1) 地层有变化时，一个孔可分段记录，并有小计；
2) 情况描述：地层地质情况（节理、裂隙、破碎情况等等），有无地下水；
3) 备注：钻孔、下孔等情况时异常情况记录；
8.2 注浆记录表
注浆记录表
工作面里程： 孔号： 孔深： 注浆泵型号： 起止时间： 年 月 日 时 分～ 年 月 日 时 分 时间 浆液种类 配合比 凝胶时间 压力流量 备注 （ 分 秒） （MPa） （L/min） 总注浆量： 记录： 材料消耗： 工地负责人： 年 月 日 填表说明： 1) 改性水玻璃（SS）时，配合比填PH值； 2) C-S、TGRM、HSC浆液填凝胶时间，其他不填；
3) 注浆型式填“小导管、长管棚、全封闭、径向注浆、充填、回填等等”；
4) 备注栏填漏浆、串浆情况。
8.3 注浆效果统计表
11
注浆效果统计表
注浆里程（工作面里程）：K + ~ K + 注浆时间： 年 月 日 时 分～ 年 月 日 时 分 注浆型式： 孔号 孔深（m） 浆液种类 终压 （Pa） 注浆管（m） 注浆量 （m） 3备注 记录： 工地负责人： 年 月 日 填表说明： 1) 1个孔注两种以上浆液，可占2格以上，并有注浆量小计； 2) 备注栏填注浆情况，有无漏浆，串浆等；
3) 统计表后应附注浆记录。
9、施工安全
1、管棚施工前应检查工作环境的安全状态，检查钻机作业平台是否稳定，洞口仰坡及以上是否有危险性落物，以免落物伤人。
2、钻机、注浆机使用前应进行调试，确定技术性能及安全状态良好后方可使用。
3、应指定专人、专业人员进行机械的保管与保养。
4、操作人员应熟悉机械的性能及操作方法，并具有在机械发生事故时采取紧急措施的能力。
5、操作人员应按机械设备的操作规程作业，不得超出规定的使用范围或超负荷运转。
6、操作人员不得擅自离开工作岗位，严禁疲劳作业，严禁机械带故障作业。
7、钻机等施工设备在施工现场停放时，应选择安全地点，并将带负荷的部件全部放松，并设有制动、防滑措施。
12
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容