超前小导管与管棚的区别
浅谈不同超前支护措施在隧道工程中的运用
浅谈不同超前支护措施在隧道工程中的运用发布时间：2021-04-29T07:45:14.005Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年3期作者：符宏珍李芬[导读] 近年来我国公路建设领域隧道安全事故频发，给现场作业人员的生命财产造成极大损失，尤其在西南山区高等级公路大断面隧道施工中更是屡见不鲜。
云南省公路工程监理咨询有限公司云南省昆明市 650000摘要：近年来我国公路建设领域隧道安全事故频发，给现场作业人员的生命财产造成极大损失，尤其在西南山区高等级公路大断面隧道施工中更是屡见不鲜。
据相关统计表明在隧道所有安全事故类型中掌子面坍塌占比近一半，其中超前支护措施弱、未按设计图纸施工是导致掌子面坍塌的重要原因。
现结合本人多年在滇西北从事隧道工程监理工作的经验分别对几种不同超前支护措施的运用条件、技术要点、工艺要求进行分析，为不良地质条件下的隧道工程施工提供参考。
关键词：超前支护；运用条件；技术要点；工艺要求1、超前支护概述及工程简介超前支护是保证隧道掌子面稳定的辅助措施，用来控制周边围岩变形，预防隧道坍塌，保证隧道施工安全。
常见的类型主要有超前小导管、管棚支护、深孔注浆等，其适用的条件、支护效果、经济费用也有较大区别。
在滇西北地区隧道软弱破碎，V级围岩占比重、隧道埋深较大、局部地区裂隙水丰富，所以从设计源头上要加强超前支护，从施工、监理角度要管控好超前支护的施作质量。
现结合大永高速公路（丽江段）土建2合同段三指山隧道现场施工的超前小导管、管棚支护等超前支护措施进行分析探讨。
三指山隧道左幅起止桩号ZK115+087～ZK117+553，长2466m；右幅起止桩号K115+160～K117+573，长2413m。
项目采用设计速度100km/h的双向四车道高速公路标准，按分离式双洞布置纵坡2.5%，最大埋深约260m，隧道净宽10.25m，净高5.0m。
隧道围岩节理裂隙发育，自稳能力差，地质复杂多变，施工难度大，在施工过程中广泛采用三台阶开挖支护方式，严格按照“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”等原则，在项目公司和各级领导的关心支持下顺利实现了零安全生产事故目标。
超前小导管、超前锚杆、超前大管棚3种施工方案对比
小浪底北岸灌区隧洞工程不良地质超前支护方案为了加快隧洞施工进度和提高工效，针对隧洞中出现围岩情况差的不良地质情况，在不同情况下采用超前锚杆、超前小导管和超前大管棚三种支护措施。
一、支护方案简介及设计参数超前锚杆是沿开挖轮廓线，以较大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固(预支护)，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业。
在本项目中，超前锚杆主要用在V级围岩上限（较好）段，施工时间较短；超前锚杆应配合钢拱架或格栅拱架使用，设计参数如下：（1）采用直径φ25mm螺纹钢，长度为3.5m；（2）锚杆沿拱环向布置间距30cm；（3）倾角：外插角10°-15°，可根据实际情况调整；（4）纵向间距2.5m一环，搭接长度不小于1m；（5）注浆材料：M20水泥浆。
超前小导管主要用于自稳时间段的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。
在本项目中，超前小导管主要用在V级围岩下限（较差）段，施工时间较超前锚杆长；超前小导管应配合钢拱架使用，设计参数如下：（1）采用外径φ42mm厚3.5mm无缝钢管，长度为3.5m；（2）钢管钻设注浆孔间距为100 - 150 mm；（3）钢管沿拱环向布置间距30cm-50cm；（4）倾角：外插角10°-15°，可根据实际情况调整；（5）注浆材料：M20水泥浆。
超前大管棚是由钢管和钢格栅或钢拱架组成。
管棚利用钢格栅拱架，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角向开挖面前方打入钢管，形成对开挖面前方围岩的预支护。
管棚适用于特别困难地段（如极破碎岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、强膨胀性地层、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩）的隧洞施工中采用。
在本项目中，主要用在洞内大型塌方，常规办法已无法处理的情况下，施工时间较长。
具体设计参数如下：（1）大管棚钻孔孔口位置沿隧洞拱部开挖轮廓线外10cm布置，环向中心间距30cm，外插角约7°（可根据实际情况确定），每环17根；（2）钢管采用外径φ108mm壁厚8mm无缝钢管，每根长度为10m。
超前大管棚、中管棚、小导管加工技术交底
（1）φ42超前小导管
a、导管规格：热轧钢花管，外径φ42，壁厚3。5mm.长度为3.5m、4m。
b、小导管采用φ42无缝热轧钢管制成，对现场材料进行试验，合格后方可用于施工，在前部钻注浆孔，孔径6mm-8mm，孔间距10cm-20cm，呈梅花型布置,前端加工成锥形，锥头长度10cm,尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段，在末端用φ8的钢筋加工成铁箍。
3、超前小导管所用的钢管和钢筋应平直、无损伤，表面无裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀。
4、电弧焊焊缝咬肉深度不得大于0.5mm，焊缝饱满，不得有虚焊。
四、安全要求
小导管加工时要设置安全人员一名,来保证施工的安全,现场施工人员必须听从管理人员的统一安排。各工种必须严格按照相应的安全操作规程进行作业。
五、环保、水保要求
1.1大管棚
(1）导管规格:钢花管,外径89/108/127mm，壁厚8mm。
(2)大管棚每环施做长度10—40m，对现场材料进行试验，合格后方可用于施工，钢管接头错开，接头百分率不大于50％.以φ108钢管单根长为30m为例：管棚施做时，将钢管截取长3m和9m长度（单根钢管长度9m长3根，3m长1根)，每两段之间采用丝扣连接。单序孔第一节为9m，末端为3m，双序孔第一节为3m，末端节为9m。管体上钻10mm-16mm孔径,孔间距15mm—20cm呈梅花型布置，尾部留100cm不钻孔止浆段，大管棚前端做成圆锥状，椎体长度20cm。
1。2中管棚
(1）导管规格：钢花管，外径φ76、φ60mm,壁厚6mm。
（2)中管棚每环施做长度6m，对现场材料进行试验，合格后方可用于施工，钢管接头错开,管体上钻10mm孔径，孔间距20cm呈梅花型布置，尾部留100cm不钻孔止浆段，中管棚前端做成圆锥状，椎体长度15cm,在末端用φ8的钢筋加工成铁箍.
小导管、大管棚施工方案
一、小导管注浆施工工艺 (2)二、大管棚施工工艺 (4)三、安全要求 (7)四、质量要求 (7)一、小导管注浆施工工艺在软弱地层中施工，采用小导管超前支护预加固地层技术，通过注浆，使小导管周围土体固结成承载壳，在小导管及承载壳的棚架作用下开挖下部土体既安全又稳妥，此时小导管起到悬臂支撑的作用可有效地控制上方土体坍塌。
喷射混凝土完毕后对打设的小导管进行注浆。
42mm，,小:+水玻璃双液镐相连，开启风镐，利用风镐的振动将导管顶进。
如果风镐不能顶进可以利用风枪顶进小导管。
②注浆浆液配制、搅拌：A先将水泥和水进行1：1配制，在搅拌机内搅拌均匀。
B水玻璃和水按照1：2.33配制，进行搅拌，并单独放置。
C将双液注浆泵的两根滤管分别放到水泥浆筒和水玻璃浆筒中，通过双液注浆泵向小导管同时注水泥浆及水玻璃。
两种浆液的注浆比例控制在1：1。
③注浆施工时注意以下几点：A注浆口最高压力严格控制在0.5MPa以内，以防压裂工作面。
B进浆速度控制每根导管双液总进量在30L/min以内。
C导管注浆采用定量注浆，根据设计图纸给定注浆量施工。
如压力逐渐上升，流量逐渐减少，虽然未注入设计浆液，但孔口压力已达到0.5MPa时，即结束注浆。
D注浆结束后及时清洗泵，阀门和管路，保证机具完好，管路畅通。
E注浆泵管与小导管的连接接头为特制，在连接时需于接头上缠密封带，并将接头外套筒圈的螺栓与小导管拧紧，以防接头或浆液喷出。
④小导管注浆施工工艺流程见下图，所用机具见小导管注浆机械配备表。
小导管注浆施工工艺流程图小导管注浆机械配备表二、大管棚施工工艺1)管棚构造于洞门顶外侧沿着8mm 的无缝钢管，并进行注水泥浆，对土体进行加固，形成第一道对开挖面前方土体的预支护。
2)管棚工艺流程图大管棚预留孔示意图预埋φ150PVC管格栅钢架格栅连接筋φ42超前小导管150°0'0"446102,543）成孔①在竖井施工过程中，于竖井侧壁大管棚位置预留PVC管孔，孔径150mm。
小导管超前支护与管棚支护对比
普通水泥单液浆（卵石地ຫໍສະໝຸດ ）改性水玻璃浆（砂性土）水泥-水玻璃双液浆
超细水泥
水泥砂浆
（中粗砂，试验确定配合比）
水泥浆主要成分P·O 42.5级以上硅酸盐水泥
注浆工艺
砂卵地层：渗透注浆
砂层：渗透、压密注浆
黏土层：劈裂、电动化学注浆
淤泥质软土：高压喷射注浆
质量控制要点
1、控制加固范围（导管长度、开孔率、角度、方向，尾部封堵）
小导管超前支护
管棚支护
适用条件
软弱、破碎地层中成孔困难或易塌孔，且施作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时
适用于软弱地层和特殊困难地段，如极破碎岩体、塌方体、砂土质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、
裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩，并对地层变形有严格要求的工程
钢管
钢管
焊接钢管或无缝钢管
直径：30~50mm，管长：3~5m
2、保证注浆效果（配合比、注浆压力、时间，监测）
1、钻孔精度（孔口预埋套管，钻孔偏斜度）
2、钢管就位控制（隔水灌浆）
3、注浆效果控制
注浆孔：间距100~150mm
无缝钢管
直径：70~180mm，管长：10m（短管棚≤10m，长管棚>10m）
钢管布置
沿拱的环向布置
间距：300~500mm；外插角：5~15°
纵向搭接长度：≥1m
沿断面周边环向布置（帽形、方形、一字形、拱形）
间距：2~2.5倍钢管直径；外插角：≤3°
纵向搭接长度：≥3m（铁路公路下方采用刚度大的钢管连续布设）
套拱、管棚、超前小导管(锚杆)施工作业指导书
中铁五局贵阳花溪二道C标段项目经理部超前管棚超、前小导管施工作业指导书编制人：审核人：技术负责人：单位负责人：中铁五局贵阳花溪二道C标段项目经理部二00七年十一月目录一、适用范围...................................................................................................... - 2 -二、概述：.......................................................................................................... - 2 -三、施工工艺及方法.......................................................................................... - 2 - （一）超前管棚、超前小导管施工作业流程图：.......................................... - 3 - （二）施工方法.................................................................................................. - 4 -1、套拱、管棚施工................................................................................ - 4 -2、小导管施工........................................................................................ - 6 -3、注浆施工............................................................................................ - 8 -四、施工技术要点.............................................................................................. - 9 -五、质量检验与控制........................................................................................ - 10 -六、主要机具设备配置.................................................................................... - 10 -七、劳动组织.................................................................................................... - 10 -八、质量、安全及环境保护措施.................................................................... - 10 -超前管棚、超前小导管施工作业指导书一、适用范围本作业指导书适用于花溪二道C标段下坝隧道的拱部超前预支护。
超前小导管与管棚地区别
超前小导管与管棚的区别？超前小导管的处理围一般也就6米左右，小导管为壁厚5mm的钢管，直径一般为42mm。
是通过小导管浆将掌子面前方的较为破碎的围岩进行固结的一种方法，使围岩形成一个整体后再进行下一步工序。
而管棚是在进洞口的地质条件非常差（如：沙土、破碎严重的岩石、黄土等）的情况下使用，一般长度就20-30米左右，管棚为壁厚3.5mm的钢管，直径一般为108mm。
当然洞地质条件非常差的时候也可以用管棚（如：洞遇到冒顶现象造成的沿洞轴线长度较大，放量较大）。
为了保证掌子面在开挖过程中土体不会塌方或产生流沙，开挖前需对前方土体采取超前支护、注浆加固等辅助措施。
小导管注浆加固地层技术，是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的，同时小导管还可起到超前管棚预支护作用。
特点：①小导管注浆施工工艺简单，易于操作，施工安全，土层加固见效快，浆液损失少，成本低，是隧道施工中最常用的加固土层的方法之一。
②小导管注浆仅作为地下工程施工防坍塌和沉陷的辅助手段。
③小导管超前注浆设计应根据地质条件、隧道断面大小及支护结构型式选用不同的设计参数。
适用围：小导管适用于处于无粘结、自稳能力差的砂层及砂砾（卵）石层；小导管施工只是对开挖掌子面局部土层进行加固，开挖土层不宜长时间暴露，应坚持先支撑后开挖的原则；同时小导管注浆也可用于各种临时性的地层加固。
工艺原理：在软弱土层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度，打设一定数量的小导管，用注浆设备把配置好的注浆材料，通过小导管注入到软弱地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使小导管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用。
管棚超前支护法是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进的新技术。
管棚法最早是作为隧道施工的一种辅助方法，在软岩隧道施工中穿越破碎带、松散带、软弱地层，涌水、涌砂层发挥了重要作用。
由于预埋超前管棚做顶板及侧壁支撑．为后续的隧道开挖奠定了坚实的基础，且施工快、安全性高、工期短．被认为是隧道施工中解决冒项的最有效最合理的施工方法。
超前小导管、超前锚杆、超前大管棚3种施工方案对比
超前小导管、超前锚杆、超前大管棚3种施工方案对比
超前小导管、超前锚杆和超前大管棚是隧道施工中常用的三种方法，它们各有
特点，适用于不同的工程环境。
本文将对这三种施工方案进行详细比较，分析其优缺点，为工程实践提供参考。
1. 超前小导管
超前小导管是一种常见的隧道施工方法，通过在隧道掘进前方钻孔安装小导管，用以强化土体或岩体，防止塌方和地表沉陷。
这种方法适用于软弱地层和易塌方区域，可以提高隧道施工的安全性和效率。
然而，超前小导管施工周期长，工程成本较高，对地下水位和地质条件的要求也较高。
2. 超前锚杆
超前锚杆是另一种常用的隧道支护方法，通过在隧道掘进前方预先安装锚杆，
将隧道围岩和锚杆相连接，提高围岩的稳定性和承载能力。
超前锚杆适用于岩石较硬的地层，对地质条件和锚杆施工技术要求高，但相比超前小导管，施工周期较短，成本相对较低。
3. 超前大管棚
超前大管棚是一种新型的隧道支护方法，通过在隧道掘进前方安装大规模钻孔
管棚，形成临时支护结构，保护施工现场和隧道周边环境，减少地表沉陷和开挖过程中的风险。
超前大管棚适用于复杂地质条件和重要道路或铁路隧道，能够提高施工效率和安全性，但对施工技术和材料要求高，成本也较高。
综合比较三种施工方案，可以看出，超前小导管适用于软弱地层和易塌方区域，安全性高但成本较高；超前锚杆适用于岩石较硬地层，成本相对较低但技术要求高；超前大管棚适用于复杂地质条件和重要隧道，效果好但成本较高。
在实际施工中，应根据工程要求、地质条件和预算等因素综合考虑，选择最适合的施工方案。
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超前小导管与管棚的区别？
超前小导管的处理范围一般也就6米左右，小导管为壁厚5mm的钢管，直径一般为42mm。
是通过小导管浆将掌子面前方的较为破碎的围岩进行固结的一种方法，使围岩形成一个整体后再进行下一步工序。
而管棚是在进洞口的地质条件非常差（如：沙土、破碎严重的岩石、黄土等）的情况下使用，一般长度就20-30米左右，管棚为壁厚3.5mm的钢管，直径一般为108mm。
当然洞内地质条件非常差的时候也可以用管棚（如：洞内遇到冒顶现象造成的沿洞轴线长度较大，放
量较大）。
为了保证掌子面在开挖过程中土体不会塌方或产生流沙，开挖前需对前方土体采取超前支护、注浆加固等辅助措施。
小导管注浆加固地层技术，是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的，同时小导管还可起到超前管棚预支护作用。
特点：①小导管注浆施工工艺简单，易于操作，施工安全，土层加固见效快，浆液损失少，成本低，是隧道施工中最常用的加固土层的方法之一。
②小导管注浆仅作为地下工程施工防坍塌和沉陷的辅助手段。
③小导管超前注浆设计应根据地质条件、隧道断面大小及支护结构型式选用不同的设计参数。
适用范围：小导管适用于处于无粘结、自稳能力差的砂层及砂砾（卵）石层；小导管施工只是对开挖掌子面局部土层进行加固，开挖土层不宜长时间暴露，应坚持先支撑后开挖的原则；同时小导管注浆也可用于各种临时性的地层加固。
工艺原理：在软弱土层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度，打设一定数量的小导管，用注浆设备把配置好的注浆材料，通过小导管注入到软弱地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使小导管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用。
管棚超前支护法是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进的新技术。
管棚法最早是作为隧道施工的一种辅助方法，在软岩隧道施工中穿越破碎带、松散带、软弱地层，涌水、涌砂层发挥了重要作用。
由于预埋超前管棚做顶板及侧壁支撑．为后续的隧道开挖奠定了坚实的基础，且施工快、安全性高、工期短．被认为是隧道施工中解决冒项的最有效最合理的施工方法。
)管棚施工管棚是利用钢拱架与沿开挖轮廓线，以较小的外插角，向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。
管棚
是利用钢管或钢插板作为纵向预支撑、钢拱架作为横向环形支撑，构成纵、横向整体刚度较大的支护系统，阻止和限制围岩变形，提前承受早期围岩压力。
2)超前小导管注浆超前小导管注浆是在开挖前，先用喷射混凝土将开挖面和3m-6m范围内的隧道封闭，然后沿隧道周边向前方围岩内打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈，从而保护开挖作业。
3)超前锚杆和超前小钢管是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆或小钢管，形成对开挖面前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行施工作用安装套拱中导向管
绑扎套拱钢筋网
套拱底模安装
套拱堵头模板安装
套拱模板加固及泵管安装套拱拆模后施钻管棚孔
套拱施钻管棚孔套拱送管棚施工管棚注浆后封孔
套拱施作完成
钢拱架、小导管、钢筋网标准施工
每间隔一个钢格栅或一个钢拱架安装小导管，及小导管布置范围
每间隔一个钢格栅或一个钢拱架安装小导管，及小导管布置范围。