管棚的适用条件及一些土体状况的应用
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二级建造师市政实务知识点：管棚施工技术知识点：管棚施工技术管棚超前支护是喷锚暗挖(矿山)施工隧道超前加固的辅助施工方法(简称管棚法)。
本条文简要介绍管棚法的施工技术。
一、结构组成与适用条件(一)结构组成(1)管棚法为防止隧道开挖引起的地表下沉和围岩松动，开挖掘进前沿开挖工作面的上半断面设计周边打入厚壁钢管，在地层中构筑的临时承载棚防护下，为安全开挖预先提供增强地层承载力的临时支护方法，与小导管注浆法相对应，通常又称为大管棚超前支护法。
(2)管棚是由钢管和钢拱架组成。
钢管入土端制作成尖靴状或楔形，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角，向开挖面前方打入钢管或钢插板，末端支架在钢拱架上，形成对开挖面前方围岩的预支护。
(3)管棚中的钢管应按照设计要求进行加工和开孔，管内应灌注水泥浆或水泥砂浆，以便提高钢管自身刚度和强度。
(二)适用条件(1)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。
(2)通常，在下列施工场合应考虑采用管棚进行超前支护：1)穿越铁路修建地下工程;2)穿越地下和地面结构物修建地下工程;3)修建大断面地下工程;4)隧道洞口段施工;5)通过断层破碎带等特殊地层;6)特殊地段，如大跨度地铁车站、重要文物保护区、河底、海底的地下工程施工等。
二、技术要点(一)主要材料要求(1)管棚所用钢管一般选用直径70～180m m，壁厚4～8m m无缝钢管。
管节长度是工程具体情况而定，一般情况下短管棚采用的钢管每节长小于10m，长管棚采用的钢管每节长大于10m，或可采用出厂长度。
(2)水泥砂浆主要成分为P.O42.5级及以上的硅酸盐水泥，宜采用中砂或粗砂;外加剂应视不同地层选用;配比应根据工程土质条件，经试验确定。
(二)施工技术要点(1)施工工艺流程：测放孔位→钻机就位→水平钻孔→压入钢管→注浆(向钢管内或管周围土体)→封口→开挖。
管棚施工总结
1、大管棚应用范围
隧道出入口、浅覆盖地带 穿越软弱地层、破碎带 下穿高速公路、铁路及其他建筑物 对地面沉降有特别要求的地段 下穿河底、湖底或海底
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2、大管棚作用机制
大管棚的作用机制主要是起到简支梁的效果：管棚的 一端深入隧道前方地层中，另一端在已有支护的上方。这 样通过管棚可以将局部的应力特别是正开挖的拱部应力均 匀分布到前后，避免局部的应力集中而失稳。
同导向跟管钻进法相比，拉管法需要跟踪导向，且两端有工 作面，因此拉管法的精度要高，不会有地面沉降，质量控制也更 好。
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导向钻头构造示意图如下：
如上图所示：导向钻头内装有特制的定位传感器，传感器通过信号线穿 过钻杆连接孔外的显示器。显示器显示导向钻头的倾角和面向角(显示器 上有一角度指示钟，导向板斜面朝下时为12点)。导向钻头钻进角度如果 偏下可以把导向钻头调到12点，即导向板斜面朝下，直接顶进，此时由 于导向板底板斜面面积大,受到一个向上的托力，导向钻头轨迹就会朝上 运移。同理,在6点时纠偏可以使钻头钻进轨迹朝下，9点、3点时分别为 左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机匀速旋转钻进，导向钻头的钻进 轨迹是平直的。
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导向跟管钻进法管棚打设参数
管棚长度 管棚管中心距 常用直径 钢管壁厚 内接管壁厚 管棚中心距开挖线 孔位偏差 外插角 导向精度 注浆方式 注浆花管 管棚工作室 导向墙
20-80m，特殊情况 100m－200m 250-400mm φ108mm、φ133mm、φ159mm 6-10mm 10－12mm 丝扣连接 200-350mm ±2cm 0.5%-1.5% 0.5% 管内注浆 孔口返浆 封孔压浆 不需要 一般外扩50cm，可无管棚工作室 无需专门导向墙
管棚法施工
管棚法施工一、引言管棚法是一种常用于农业设施建设的施工方法，主要用于搭建保护农作物的温室棚。
本文将从管棚法施工的概述、具体步骤以及注意事项等方面进行详细介绍，并重点强调了管棚法在实践中的重要性和应用前景。
二、概述1. 管棚法的定义管棚法是指利用传统的管道和棚架结构进行建设的一种温室棚建造方法。
它通过搭建坚固的管道和棚架骨架，并覆盖防护材料以构建一个有利于农作物生长的环境。
它是一种廉价、简单且易于操作的农业设施建设方式。
2. 管棚法的优势管棚法施工的优势主要体现在以下几个方面：- 成本低廉：相较于传统的温室棚建造方法，管棚法所需材料和设备成本较低，其建设成本也相对较低。
- 结构简单：管棚法所需的材料和设备较少，施工步骤相对简单，不需要过多的专业技术，在一定程度上降低了施工难度。
- 适用性广泛：管棚法适用于各种类型的农作物种植，例如蔬菜、花卉等。
它可以为农作物提供良好的生长环境，保护作物免受恶劣天气的影响。
三、具体步骤1. 设计规划管棚法施工前，首先需要进行设计规划。
在设计规划阶段，需要确定所需的建设材料、棚架结构、防护材料等，以及确定温室棚的尺寸和布局等。
2. 材料准备在施工之前，需要准备所需的材料。
主要包括管道、棚架材料、连接件、防护材料等。
确保材料的质量和数量充足。
3. 建设基础在进行管棚法施工前，需要先进行地基的建设，以确保温室棚的稳定性。
一般情况下，可以使用水泥、砖石等材料建设地基。
4. 搭建管道和棚架在地基建设完成后，可以开始搭建管道和棚架。
首先，需要将管道插入地基中，并使用连接件将它们连接起来，形成一个完整的结构框架。
接下来，将棚架材料安装在管道上，形成一个坚固的支撑结构。
5. 防护材料覆盖在完成管道和棚架的搭建后，可以将防护材料覆盖在温室棚的顶部和四周。
这些防护材料可以是塑料薄膜、玻璃纤维等，主要起到保温和保护作物的作用。
6. 完善设施在温室棚的搭建完成后，可以适当添加一些设施，如喷灌系统、通风设备等，以提供更好的环境条件和管理便利。
隧道超前支护和地层预加固措施 超前大管棚
1. 构造组成
管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓 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。
超前大管棚
大管棚支护示意图
先行插入围岩的钢管作为纵向支撑； 钢拱架作环向支撑； 锚杆、钢筋网喷射混凝土作为连接和整合介质。
超前大管棚
2. 性能特点及适用条件
超前大管棚
5. 管棚钻进流程
准备工作
套管定位
安装管棚
取出套管
钻孔
一节套管钻完
退钻
孔深到位
安装下节套管 继续钻孔
钻机移位
下一孔位
超前大管棚
模块六 超前支护与与加固围岩
6. 注浆流程（以双液浆为例）
水
水泥
水泥浆池 稀释水玻璃
注
混 三通
浆
合
钻孔注浆
泵
器
超前大管棚 7. 注浆及浆液扩散示意图
超前大管棚 超前管棚进洞施作步骤：
开
棚
固
挖
设备材料准备
超前大管棚
4. 管棚钻孔、安设施工要求
➢(引孔顶入法)当钻进地层易于成孔时，一般采用先钻孔、后插管的方法。即 钻孔完成经检查合格后，将管棚连接接长，由钻孔旋转顶进将其装入孔内。 ➢(跟管钻进法)当地质状况复杂，遇有砂卵石、岩堆、漂石或破碎带不易成孔 时，可采用跟管钻进工艺，即将套管及钻杆同时钻入，成孔后取出内钻杆， 顶进棚管，拔出外套管。
进洞前施作套拱
钻孔
超前大管棚 钻杆接长
超前大ห้องสมุดไป่ตู้棚
钢管顶入
焊接注浆接头
超前大管棚 注浆作业
超前大管棚
注浆后接头密封
管棚支护下开挖
特点： 整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受
大管棚方案
大管棚方案1. 简介大管棚是一种常见的农业设施，用于提供理想的环境条件来种植蔬菜、水果和其他农作物。
该方案将介绍大管棚的设计和建设流程，以及所需的材料和工具。
2. 设计和建设流程2.1 确定位置首先要确定大管棚的位置。
考虑到阳光的照射和排水的便利，选择离水源近且地势相对平坦的地方建设大管棚。
2.2 预算和材料准备在开始建设大管棚之前，制定详细的预算计划。
根据预算计划购买所需的材料，包括管道、支架和覆盖物等。
2.3 建立支架使用购买的支架材料搭建大管棚的支架结构。
确保支架稳固且能承受大管棚覆盖物和其他附加负荷。
2.4 安装覆盖物使用合适的覆盖物材料覆盖大管棚的支架结构。
常见的覆盖物材料有聚乙烯薄膜和玻璃等。
确保覆盖物牢固且能有效抵御风雨和日晒。
2.5 配置排水系统在大管棚的地面上设置排水系统，以确保正常的排水。
这样可以避免积水对农作物的影响，同时也有助于控制温度和湿度。
2.6 添加温室设备根据需要，可以添加温室设备，如温湿度自动控制系统、灌溉系统和通风设备等。
这些设备可以提供更好的环境条件，进一步提高农作物的产量和质量。
3. 所需材料和工具•支架材料（如钢管、木材等）•覆盖物材料（如聚乙烯薄膜、玻璃等）•排水系统材料（如排水管、土壤改良材料等）•温室设备（如温湿度自动控制系统、灌溉设备等）•工具（如扳手、钳子、电钻等）4. 注意事项•在设计和建设大管棚之前，需要充分了解当地的气候条件和作物的生长需求。
•确保大管棚的支架结构稳固可靠，以抵御恶劣的天气条件。
•在建设大管棚过程中，遵循安全操作规程，确保施工人员的安全。
•定期检查和维护大管棚，以保证其正常运行和作物的良好生长。
5. 结论大管棚方案提供了一种种植农作物的理想环境条件。
通过合理的设计和建设流程，以及选购合适的材料和设备，可以打造一个稳固耐用且高效的大管棚。
农民可以利用大管棚来提高农作物的产量和质量，从而获得更好的经济效益和社会效益。
管棚施工方案初稿
管棚施工方案初稿一、前言管棚是一种常用的农业设施，用于种植蔬菜、花卉等作物，既可以保护作物不受雨雪风雹侵袭，又能有效调节温度、湿度，提高作物产量和质量。
本文旨在对管棚的施工方案进行初步探讨，以期为相关从业者提供参考和指导。
二、选址与布局1. 选址管棚宜选取离水源近、采光良好、排水便利的地块作为建设地点，避免低洼易涝地区。
2. 布局根据实际种植需求和土地利用情况，合理规划布局，确定管棚的数量、大小及方向。
建议采用东西向或南北向布置，以充分利用阳光资源。
三、材料与工具准备1. 材料•钢管：用于支撑管棚的骨架。
•薄膜：作为管棚覆盖材料，可选择透光性好、耐久性强的材质。
•连接件：用于连接钢管，增强结构稳定性。
2. 工具•手电钻：用于钻孔安装连接件。
•手锯：用于钢管的裁剪。
•手工具组合：包括扳手、螺丝刀等。
四、施工步骤1. 布设基地根据布局规划，在选定的地块上清理杂草、平整地面，并标定管棚的位置和方向。
2. 搭建骨架根据设计要求，将钢管切割成合适的长度，并用连接件将其连接成框架结构，注意加固角部。
3. 安装覆盖材料在搭建好的骨架上铺设薄膜，使用夹子或绳索将薄膜固定在骨架上，要确保牢固不易被风吹动。
4. 完善细节对管棚结构进行整体检查，确保连接牢固、材料完好，处理好边角部分，以提高整体稳定性和密封性。
五、注意事项1.施工时要注意安全，穿戴好劳动防护用品，避免发生意外伤害。
2.施工过程中需遵守相关规定，保护环境，不乱丢弃材料垃圾。
3.在搭建过程中应根据实际情况灵活调整，确保施工质量。
六、结语管棚的施工是一项复杂的工程，需要综合考虑材料、工具、施工步骤等多个方面因素。
本文所述为管棚施工的初步方案，希望能为相关从业者提供一些帮助与启发，实现更高效、更稳定的管棚建设。
管棚法在水库排沙泄洪洞塌方处理中的应用
管棚法在水库排沙泄洪洞塌方处理中的应用随着工业化的发展和城市化的迅速扩张，土地开发的活动变得越来越频繁。
由于人类活动的过度干扰，导致了很多自然灾害的发生。
其中，洞塌事故就是一种严重的自然灾害。
它不仅会对生命财产造成巨大的损失，还会对自然环境造成严重污染。
因此，在洞塌事故的处理过程中，应该采取科学的方法，及时有效地处理，并对其进行修复和保护。
本文将介绍一种常用的洞塌处理方法——管棚法，并探讨它在水库排沙泄洪洞塌处理中的应用。
一、管棚法的概念管棚法是一种有效的洞塌处理方法。
它是通过在土地表层建立一层保护性的屋盖，以减少自然降水和地表流水的直接侵蚀，从而保护土体的稳定。
该方法比传统的表土覆盖方法更加有效，后期维护成本也更低。
它适用于洞塌的处理和防治，以及其他土壤侵蚀面积较大的场合。
管棚法的原理是通过建立一层保护性的屋盖来减少土壤的侵蚀。
屋盖通常是一种特殊的钢丝网，在其上面覆盖一层石子、泥土和植被。
这种屋盖可以起到以下几个作用：1. 防止水土流失。
屋盖可以防止雨水和河流的水流直接冲刷土壤表层，从而减少了土壤的流失。
2. 保护土壤结构。
屋盖可以减少自然降雨和地表流水对土壤结构的侵蚀，从而保护土壤结构的完整性。
3. 提高土壤养分。
屋盖下的土壤可以得到更多的阳光和雨水，从而提高土壤的养分含量。
4. 促进土壤固结。
通过建立管棚，可以在土壤表层形成一个保护层，使土壤结构得到更好的固结。
水库排沙泄洪是一项重要的水利工程，它的主要目的是保护水库的安全和稳定。
在水库排沙泄洪过程中，由于水流的冲击力和水位的变化，往往会导致岸坡、沿岸堤等地方的洞塌事故。
这时候，采用管棚法来处理洞塌事故是非常有效的。
1. 减少侵蚀。
通过建立管棚，可以减少水流对土壤表层的直接侵蚀，从而防止新的洞塌事故。
在管棚下可以种植苗木，使河岸得到更好的保护，从而减少崩塌的几率。
2. 稳定土体结构。
在处理洞塌事故时，可以通过在破裂处铺设钢筋网和石子，然后加盖管棚，从而保持土体的稳定和完整性。
管棚法在水库排沙泄洪洞塌方处理中的应用
管棚法在水库排沙泄洪洞塌方处理中的应用随着气候变化的影响，我国水库的洪水和排泥工作变得越来越重要。
为了应对水库中的排放问题，管棚法被广泛应用于水库排沙泄洪洞塌方处理中。
管棚法是一种将管道作为基础结构，利用管道的专业技术和材料来进行治理的方法。
它具有结构简单、施工方便、成本低廉等优点，逐渐成为水库排砂排洪的重要手段。
本文将从管棚法的原理、应用实例以及发展趋势等方面进行介绍。
一、管棚法的原理及施工要点1. 原理管棚法是一种通过使用管道作为基础结构，将管道埋入土中，从而形成一种排砂、排洪的通道。
管棚法依靠管道的密封性和稳固性，使得在水库排砂排洪时不会因为土壤的松动而影响到排放的效果。
管棚法还可以通过增加排水口的数量和大小，加强水库的排放效果，从而保障水库的安全。
2. 施工要点在进行管棚法工程施工时，首先需要对整个水库进行详细的勘测和测量，确定排放的位置和出口，然后进行管道的选材和制作。
在进行管道的制作时，需要确保管道的质量和严密性，以免在使用过程中发生漏水或者破裂的情况。
然后根据水库的实际情况进行管棚法的施工，将管道埋入土中，形成排放的通道。
二、管棚法在水库排砂排洪中的应用实例1. 立功水库立功水库是我国重要的水库之一，因为长期累积的淤泥使得水库的排砂排洪工作变得异常困难。
为了解决这一问题，水利部门采用了管棚法进行治理。
经过几个月的施工和试运行，立功水库的排放效果得到了明显的改善，水库的整体安全性得到了提高。
2. 青田水库随着管棚法在水库排砂排洪中的成功应用，越来越多的水利部门开始关注和研究这一技术。
未来，管棚法将会继续得到深入的研究和应用，可以预见，管棚法将会成为水库排砂排洪的主要手段之一。
我们也需要进一步加强对管棚法技术的研究和改进，以满足不断增长的水库排砂排洪需求。
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（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。
隧道在施工过程中，根据受力状态可将隧道分为四段，如图3所示：
图3管棚力学分析计算模型
（1）已开挖支护段（AB段）：采用间隔有序的钢拱架形成支座，与管棚形成统一的支护体系，上部围岩、管棚与钢拱架发生变形后达到静力平衡，这一段认为是固定端，不发生变形；
（2）开挖未支护段（BC段）：管棚完全承受上部土体的应力，由于没有下部有效地支撑反力，管棚变形急剧增大；
2.管棚的主要作用和优点
（1）梁拱效应：先行施设的管棚，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。
图2管棚受力模型
地基反力采用双参数模型中的Pasternak模型进行计算，由弹性地基梁理论可得地基反力及管棚挠曲微分方程：
pb* b* (x)
式中：E为管棚弹性模量；I为管棚惯性矩；k为基床系数；w(x)为管棚挠度；Gp为地基剪切模量；b为弹性地基梁宽度；b*为考虑地基连续性情况下弹性地基梁的等效宽度，b *=b[1+(Gp/ k )1/2/ b]。计算时，假定隧道埋深变化不大时，掌子面附近围岩压力q(x)可简化为均布载荷q0，由此可得管棚各段控制方程。
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尽相同。尽管如此，有两点可以肯定，即：
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。
软弱地层在隧道施工中，自承能力差，难以形成承载拱，分担部分隧道上覆土重，为简化分析，忽略土体与管棚之间的相互作用。管棚与格栅拱架、网喷混凝土等共同组成浅埋地下工程的支护体系，共同承担结构上覆土重。认为已开挖段管棚承受隧道上覆土体重量，而未开挖段，由经验得出，围岩变形始于掌子面前方一定范围，隧道掌子面围岩已经发生松动和变形，在掌子面前方形成一个松弛区，因此该段范围内管棚仍将受到围岩压力。
对管棚而言，其受力最不利位置发生在隧道开挖但未支护时掌子面附近，此时其纵向应变最大，因此可依此建立双参数地基梁模型，模拟单根钢管受力，受力简图如图1所示。
图1隧道施工期间的管棚受力简图
浅埋黄土地层在开挖过程中自承能力差，管棚受力比较明确。因此分析中不考虑管棚上部土体与管棚的相互作用，认为已开挖段，管棚承受上覆土重。至于未开挖段，由实测数据可知围岩变形始于掌子面前方一定范围，隧道掌子面处围岩已经发生松动和变形，在掌子面前方形成一个松弛区，因此该段范围内，管棚仍将受到围岩压力。
（3）未开挖被扰动段（CD段）：管棚的另一端埋入土体中，靠近掌子面的扰动段上部土体发生一定的变形，此时，管棚采用双参数弹性地基梁模拟，作用于管棚的荷载范围为掌子面前方一定长度。处于扰动段的管棚下部的土体反力有限，不能长久的形成支撑，时间越长，管棚变形越大；
（4）未被扰动段（DE段）。未扰动段土体不发生形变，给管棚提供了弹性支撑，管棚可以视为弹性地基梁。
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，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。
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。
随着隧道开挖掌子面的向前掘进，后方已支护段管棚与钢拱架形成格栅结构，共同承受上方土体应力。管棚作为次梁将荷载传递给下面的主梁（钢拱架）以及掌子面前方的弹性地基上，使得掌子面上的荷载大大减小，提高了掌子面的稳定性。已开挖未支护段，管棚作为主梁，承受上方最大的土体荷载，是管棚发生挠度最大的阶段。由于隧道开挖引起的围岩变形始于掌子面前方一段距离，这一段距离为松弛区，处理不当极易造成掌子面的坍塌。由于管棚的预支护作用，松弛区围岩承受上部土体的压力小于土体本身的自重应力，在一定时间内可以保持一定的稳定性。所以，在隧道施工过程中，最不利情况位于开挖未支护段及松弛段，开挖后应及时支护衬砌。随着掌子面的掘进，管棚最大挠度段及上部松散体也在不断的前进，整个过程是动态变化的。管棚预支护条件下，掌子面的稳定性分析就是将无支护条件下作用于隧道掌子面上方的松弛土体荷载转换为管棚支护下地基反力作用于支护下方围岩的边坡稳定性分析问题。
由图1可知，管棚全段主要由4部分组成：(1)AB段：已开挖且初期支护施作完毕段，其上作用上覆土重力q(x)，分析中按Winkle地基梁考虑。(2)BC段：已开挖一段距离但尚未施作初期支护，其上作用覆土重力q(x)。(3)CD段：未开挖段，其上作用三角形(或梯形)分布荷载q(x)，与此同时，由于此时管棚下方土体尚未破除，其下还作用有弹性抗力p(x)。(4) DE段：未受扰动段，由于此段不在掌子面开挖超前影响范围内，仅管棚下方受p(x)作用。根据施工过程中的管棚受力特征可推导出单根管棚受力模型，以B端作为坐标原点，隧道开挖高度为h，AB段长度为a，BC段长度为s，CD段长度为d，其中d =htan(45°－ϕ /2)，管棚受力模型如图2所示。
因此，隧道工程设计时不应局限规范的荷载分担条文，不良地质条件下初期支护应适当加强，以保证隧道开挖施工的安全和工程建设的顺利进行。当初期支护出现裂缝等并发展时，应立即停止掌子面开挖，采取注浆、增设刚性支撑、加大初期支护强度等加固措施，并在条件具备时，尽早施做二次衬砌。
4.3软弱破碎岩体
任何地下工程岩体，在开挖之前，均处于弹性应力平衡状态；开挖后，产生应力重分布。若洞室围岩表层不能承受应力，则产生裂隙的变形位移向洞室外移动，此时，围岩可分为三个带:松弛带，应力升高带和不受开挖影响的原岩应力带。对于软弱破碎岩体，松弛带范围较大，且时间效应明显，随着时间的推移，若围岩的裸露过长或支护强度与围岩不适应，则松弛带的变形会继续加大，应力升高带向岩体深部转移。
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、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）当隧道开挖且初期支护施作以后，管棚应变增长速率出现明显减小且出现小范围回弹，此时管棚和初期支护形成了有效的棚架体系，使得管棚及围岩受力均处于弹性范围内，保证了隧道的安全施工；当初期支护施作一段时间后，各管棚应变基本保持稳定，说明管棚与初支形成的棚架体系有效的保护了隧道围岩的稳定。
4.2浅埋暗挖隧道