摘要：在处理软弱围岩隧道出现的塌方时，跟进式管棚是一项重要的施工技术。结合达陕高速公路D10标金竹山隧道该施工技术的应用，重点对跟进式管棚技术进行分析和探讨，以供同类工程借鉴和参考。
关键词：无缝钢管 偏心钻头 带管钻进
1 概述
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。跟进式管棚是管棚施工技术中的一种。主要应用于软岩隧道施工中穿越破碎带、松散带、软弱地层，涌水、涌砂层或处理塌方等情况。其主要特点是在管棚钻进过程中无法正常成孔时用钻头将无缝钢管带入岩体，即钻头与钢管同步钻进岩体。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，是隧道施工中解决冒项的最有效最合理的施工方法。我们修建的达陕高速公路D10标金竹山隧道全长2712m，其中软弱围岩占90%以上，围岩受地质构造影响严重，节理裂隙十分发育，围岩极其破碎，以强风化泥质粉砂岩、砂岩为主，围岩软弱，岩面光滑，涌水量大，受到涌水影响，围岩极易软化失稳，且设计与实际围岩情况相差甚多，虽有超前地质预报作为参考，仍然出现几次塌方。我们在处理塌方过程中大量采用跟进式管棚施工。实践证明跟进式管棚施工在塌方的处理过程中起到了不错的效果。下面结合金竹山隧道的施工过程，简述其在处理隧道塌方中的运用。
2 跟进式管棚
2.1 工作原理
管棚施工技术的工作原理是沿隧道轮廓线的上方，环向间隔一定的距离进行钻孔及送入无缝钢管，无缝钢管按一定规律打孔，借助注浆泵的压力，使浆液通过钢管渗透、扩散到地层孔隙或裂隙中，改善岩体物理性能，浆液固结后形成承载能力很强的棚式超前支护，能够有效控制岩体下沉，保证下方掘进的顺利施工。
2.2 工艺流程
施作管棚工作室→搭设施工平台→施作护拱→钻孔并同步跟入无缝钢管→洗孔→在钢管内安放钢筋笼→注浆。
2.2.1 施作管棚工作室
此项工作根据具体情况确定是否施工，如在进洞前施工洞口管棚无管棚工作室，而在暗洞中施工管棚便需要管棚工作室以保证管棚开孔的位置和角度控制。管棚工作室一般拱厚50~70cm，长度为1m左右，采用工字钢拱架进行临时支护。
2.2.2 搭设施工平台
钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。
2.2.3 施作护拱
混凝土护拱作为长管棚的导向墙，在开挖廓线以外拱部120°～135°范围内施作，断面尺寸为1.0×0.5m，护拱内埋设钢筋支撑，钢筋与管棚孔口管连接成整体。导向墙环向长度可根据具体工点实际情况确定，要保证其基础稳定性。孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用全站仪在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
2.2.4 钻孔并同步跟入无缝钢管
施工工艺为：
钻机就位→起钻开孔→带无缝钢管钻进→接管接钻杆继续钻进直至设计深度→退出钻杆及钻头。
钻机就位：
钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。位置调整准确后将钻机固定牢固，确保钻机在钻进过程中出现移动。目前用于管棚施工的钻机分为坑道钻机、定(导)向钻机、水平钻机、夯管锤及专用管棚钻机长隧道最好选用专用管棚钻机．我们在实践中使用了履带自行式管棚钻机（见图1），自带动力，质量轻，体积小，移动非常方便。
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图1 履带自行式管棚钻机
起钻开孔：
开孔前以孔口导管为准调正钻机，套管从导管中穿过，依导管的方位角为准，尽量调正接近施工设计所需的方位角。套管穿过导管后一头放在需钻进的地表，用水平尺或连通管调平套管，然后将套管调为上倾2°左右的角度，用钻机将套管压入土中10cm左右，然后开风，不回转钻具将管子打入土层1m后回转钻具跟管，在开孔时发现套管偏斜等情况时应及时调整，保证以后的跟管精度。
带无缝钢管钻进：
完成上一步后，将开孔钻头取下换上偏心合金钻头及管靴，安装第一节无缝钢管，利用管靴将第一节无缝钢管带入孔中，直到无缝钢管尾部剩余0.5m左右时停止，卸下钻杆退出钻机动力头，安装第二节钻杆和第二节无缝钢管继续钻进，重复以上步骤直至钻进到设计深度。其中管靴的作用是与偏心钻头同步引带无缝钢管进入孔内。偏心合金钻头（见图2）的特点是利用风压使偏心钻头偏离轴线旋转钻进，使孔径大于无缝钢管外径，同时又能退回到原位，使其本身直径小于无缝钢管内径而能够从钢管内部退出。无缝钢管采用高刚度钢材特制，长度与一节钻杆相同，壁厚不小于6mm，直径根据需要而定，两头分别采用内螺纹和外螺纹，也可以都采用内螺纹而用独立的接头连接，螺纹尽量采用矩形螺纹，用以增加螺纹的抗滑丝能力，螺纹长度不小于10cm。无缝钢管在使用前按照设计打设注浆孔。
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图2 合金偏心钻头
2.2.5 洗孔
①用钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。
②用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
③用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
2.2.6 安装钢筋笼
安装钢筋笼需要注意两点：
①钢筋笼长度要与管棚长度相对应；
②安装的排气管与钢筋笼绑扎牢固，避免送入钢筋笼时脱落。
2.2.7 注浆
①用焊有止浆阀和排气孔的挡头板将管棚口封闭后，即对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。
②注浆材料：注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆。
③采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，初压0.5～1.0MPa，终压2MPa，持压15min后停止注浆。
注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。
注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。
3 施工控制要点
3.1 钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。
3.2 钻孔外插角1°～3°以为宜，工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
3.3 严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
3.4 经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
3.5 掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
4 施工中易出现的问题和解决措施
4.1 排屑困难
由于所钻钻孔基本上为水平孔，松散层的土比较潮湿，排出的岩屑多为泥团，当钻孔较深时，排屑十分困难，当钻进至设计孔深提钻时，发现严重岩粉卡钻。因此在钻进过程中，严格控制进尺，勤吹孔，必要时从钻具内和钻具与套管的环状间隙送水洗孔提钻。
4.2 偏心钻头脱落
在施钻过程中经常发生偏心钻头脱落事故，经分析主要原因是偏心横销材质较差，易断。当事故发生时，先拔管，然后用筒状岩心管取心钻进取出。需改变偏心横销的材质，选用轴承钢加工横销。
4.3 管靴脱落
在跟管过程中，主要是通过跟管钻具在跟进破岩的同时利用管靴与钻头上的台阶拖着套管同步跟进。因此套管靴是主要受冲击振动的部位。当钻孔加深后，套管增长，摩擦力大或后部套管被岩粉卡死后，套管管靴很容易被打脱。当管靴被打掉时，在拔出套管后，用公锥取出管靴，再继续跟管钻进。
防止管靴脱落的主要措施如下：
①在动力头与套管之间增加一个同步给进装置；
②管靴与套管实行铆焊、点焊联接。
4.4 跟管钻进蹩钻
在跟管钻进过程中，当钻遇隐埋物如钢筋、硬质石英砂岩或土石软硬不均时，会发生严重蹩钻，钻具无法正反转，遇到此种情况需拔出套管，取心钻进后再跟管钻进。
5 结论
通过实践证明，我们在处理隧道塌方施工中，作为超前支护的跟进式管棚对前方塌方体能起到有效的支撑作用，给后续的掘进施工提供了良好的安全保证。所以跟进式管棚是处理隧道塌方时较好的选择之一。
参考文献：
[1]胡厚田.土木工程地质[M].北京：高等教育出版社，2005，175-234．
[2]中华人民共和国交通运输部.JTG F60-2009.公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009.