水电站引水洞管棚施工方案简述
贾邵良薛禄宗
摘要：那河三级水电站，引水洞全长380m，质地松散破碎，稳定性差。

为了防止事故的发生，在引水洞施工中采用了管棚方案。

关键词：那河水电站；小导管；管棚方案；施工工艺
那河水电站是以发电为主的水电枢纽工程下游80m地质为沙砾层，故该段采用管棚施工。

1施工方案
出于安全、高质、高效的考虑，为了防止事故的发生、并尽快通过此洞段，以便顺利的进入下一步施工。

我们就如何降沙砾层开挖后的沉降变形，防止塌方，加强超前支护结构钢度这一课题会同有关专家进行了研究论证，最后决定采用管棚预加固施工工艺作为通过此洞段的超前锚固支护手段。

管棚预加固施工工艺原理是利用钢管作为纵向支撑，钢拱架作为横向环形支撑，构成纵横向整体钢度较大，能有效阻止和限制围岩变形，并能提前承受早期围岩压力。

同时增加钢管数量补强，增大钢管的截面系数，提高钢管抗弯强度，加强围岩的整体固结力及提高拱圈强度。

这样的施工效果为开挖、出渣、衬砌等作业提供围岩锚圈保护，在特殊困难地段自稳性差的软弱破碎围岩，严重偏压地段等得到广泛地应用。

1.1超前措施
管棚
由于地质极差，首先在掌子面于钢拱架由钢板焊接加固，使其成为整体，起到防止坍塌的作用，也为管棚提供支撑，给超前措施提供了必要的条件。

在此采用密排管棚，形成棚状支撑体，可以提供强的支撑力，同时，采用喷锚支护导管与拱架及岩体，管与管之间的咬合，从而使其容为一体，形成强有力的管棚超前支护，这都可以有效的防止流砂坍塌。

具体措施陈述如下：
（1）、先在掌子面铺设钢板。

（2）、在拱顶采用管棚焊接进行固结。

用钢筋连接加固，管长3m，环向间距5㎝。

管棚呈60角打入。

（3）、在拱顶上及各断面拱顶上采用钢筋加固连接。

（4）、在掌子面上采用钢板支撑拱架增大受力面防止下沉。

（5）、每一循环进行喷锚加固。

1.2开挖措施：
隧洞开挖施工,按“先加固、短进尺、强支护、快封闭”的原则进行。

在以管棚及喷锚的超前措施下，拱顶形成了强有力的支撑，为开挖、支护提供了可靠的条件。

此时，再采用短进尺、上下导坑三步开挖（见开挖方法及开挖、支护顺序图），可减小开挖高度，有利于增强顶部围岩和工作面的自稳；还能提供初期支护平台，便于架设钢架支撑、挂网和喷锚。

同时，喷C20混凝土进行全面封闭加固，为短进尺开挖作好充分的准备和有利的前提，有效防止坍塌。

具体方案措施陈述如下：
（1）、先在掌子面打入5根Φ108长15m排水管再进一步排水（见开挖方法及开挖、支护顺序图）。

（2）、从上导坑进行开挖，并预留核心土，即用风镐在掌子面上左右侧导坑拱圈处开挖1.5m宽，50㎝深的沟槽，间距能安装一榀I16工字钢。

（3）、上导坑开挖好后立即锚喷支护，架装I16工字钢，接着挂网、喷锚，进行拱部衬砌。

（4）、开挖后立即进行边墙锚喷支护及衬砌。

（5）、底部灌筑仰拱。

管棚施工示意图
1.3支护措施：
工字钢+ 锚杆+ 网喷+ 锁脚底板
开挖和支护是同时进行的，在超前措施的支撑和短进尺开挖下，支护也应及时、牢固、到位。

为安全、高质、高效的施工提供了有力的保证。

具体方案措施陈述如下：（1）、断面开挖后立即速喷，喷10㎝厚C20混凝土进行封闭，形成封闭体，以防沙层滑落。

（2）、断面上导坑开挖后采用I16工字钢挂网、喷锚进行支护，工字钢间距50㎝。

（3）、支护：工字钢+ Φ22锁脚锚杆+ Φ25纵向连接筋+钢筋网片+混凝土。

（4）、开挖完后，对整个掌子面喷20㎝厚C20混凝土进行封闭，防止坍塌，同时也为超前措施提供条件。

2施工效果及分析：
地质条件差、埋深浅的隧洞，成洞困难。

采用大管棚施工，由于钢管的一端浇入混凝土中，另一端插在岩层中(尽管该岩层为全风化状态)，在进行开挖时，钢管承受较大荷载，围岩的负荷减少。

为安全施工提供了保证。

临时支护采用I16工字钢，间距50㎝，故实际的钢管棚净跨度不足45 cm。

在开挖施工初期,虽然钢管内有较大的法向应力出现,但弯矩基本保持不变。

随着隧洞开挖上覆岩体逐渐加厚,弯矩会有所增加,但变化不会太大,这是因为弯矩只和支承在两榀工字钢拱之间的、喷混凝土支护上的管棚，局部向下产生的垂直位移有关，而局部管棚具有较大的刚性，并且工字钢拱架、喷混凝土和钢管棚已形成了整体的支护体系。

在施工过程中，采用管棚、工字钢和喷锚支护，保证了与围岩紧密结合共同受力，从而进一步提高了“围岩与支护体系”的承载能力。

通过大管棚方案的引用，既保证了施工的安全,同时也增强了该洞段今后运行的安
全。

使引水洞开挖得到了有利的保障，取得了良好的效果，满足了设计要求，达到了预期目的。

3小结
管棚结构有足够的可靠性能。

对上覆盖较小或有较大断层、围岩破碎、隧洞塌方体的处理等，均有较好的适用性。

尤其是在堆积体修建地下工程，其适用性更为广泛。

采用及管棚进行支护，要注意以下几点:
（1）、采用管棚进行施工，钻孔要有一定的仰角，以防钢管形变侵占隧洞开挖时的设计断面；
（2）、隧洞开挖和支护，要使钢管的净跨尽量达到最小，并且及时进行临时支护。

在使用混凝土封闭边顶拱；
（3）、在施工过程中，要加强对隧洞洞线及断面的测量工作，有必要时，在钢管内要安装应力应变仪，测量钢管的应力应变，在保证施工作业安全的前提下，可以适时地改变钢支承的间距，降低工程成本；
（4）、在进行主体结构设计计算时，要充分考虑由于采用管棚和喷混凝土对主体结构的荷载影响。

超前小导管及管棚对埋深浅、地质条件差的隧洞工程有较好的适用性。

但毕竟投资大、成本高、施工进度慢。

所以，要根据工程的实际情况和建筑物的要求，确定是否采用超前管棚施工方案。