软土体的荷载，且使被加固土体的抗剪强度有较大幅度的 提高，从而在隧道开挖而拱部支护未施工或未发挥作用时
，提供上覆土体所需的支撑力，减小或消除因隧道开挖引
起的地面沉降和临近管线的变形，确保隧道开挖安全。
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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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跟管同拉管工法比较
导向跟管钻进法
拉管法
钻具 角度测量 精度 管径 沉降 施工长度 可控性 工作面要求
临时制作 上下测、左右不测 5-8‰ ≤159 ＜3mm 较短 较弱 可单工作面
专用钻具 上下、左右都测 20cm以内 ≥159 无 长 强 必须双工作面
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不同的管棚打设方法适用条件
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导向跟管钻进法的优点
（1）精度高 能有效控制棚管打设方向，精度 0.3-0.8%； （2）工效高 管棚施作距离较长，一次性施作可超过100米； （3）沉降小 将管棚钢管作钻杆直接打入，不扩孔，扰动小； （4）可在富水及承压水情况下作业； （5）孔底注浆，孔口返浆，封孔压浆,注浆质量可控； （6）能按特殊要求的轨迹钻进，在隧道内打设管棚可不设管棚
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管棚施作精度低
一般管棚都设计有导向墙，导向墙作用有二：其一是
取定孔位和定入孔角度的作用，其二是希望通过导向管使
得钻孔方向在一定的深度内能保持大致不变。 即使有了导向墙，超过30米的管棚的打设精度还是难以 保证。实际施工中一般管棚入孔角度超过 3 度就是为了避免 管棚侵限。 由于管棚打设精度低，也不可能一次性施作太长。
完善的大管棚施工方法：
导向跟管钻进法 拉管法（管幕法） 风循环钻进施工法 潜孔锤跟管钻进法 潜孔钻成孔下管法
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导向跟管钻进法原理
导向跟管钻进是借鉴水平定向钻进技术发展而来。水平定向 钻进是非开挖管线施工的一种方法，其要旨在：钻进过程中能准 确测定钻头在地下的位臵和方向，据此确定钻进轨迹同设计轨迹 的差异，利用能进行方向调节的导向钻头（楔型钻头）改变钻进 方向。 管棚施工中，用管棚管代替钻杆，其最前端加装导向钻头， 后续管之间采用丝扣进行连接，利用水平定向钻机将管棚管依次 打入土体中。在钻进过程中，依据导向钻头内臵的定位传感器传 出的角度信号，对钻进角度进行调节，按设计轨迹钻进。
北京首尔工程技术有限公司
大管棚施工方法总结Fra bibliotekLOGO
大管棚施工的一般方法
大管棚施工的一般方法为：使用水平钻机在隧道开挖
前的拱部区域按设计孔数、间距和深度钻设水平孔，埋设
管壁预钻有孔眼的钢管，并通过管壁预钻孔眼注入水泥浆 以加固土体和提高钢管的刚度，使隧道拱部预先形成一伞
状钢管棚，此结构本身具抗剪性能, 可有效承载上覆局部松
因此开发出适合国内隧道施工的专用大功率管棚钻机
是当务之急。
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缺乏相关规范
管棚作为超前支护的主要辅助方法在我国应用非常广
泛，但至今仍然没有相应的规范。
应该加紧制定管棚的相关设计规范、设备要求、针对 不同的地质水文条件及现场情况的管棚施工规范和相应的
质量控制和验收标准。
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针对上述问题：
我们经过探索、试验并吸取经验教训，制定出一整套较
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缺少专用机械
国内目前还缺乏大推力大扭矩的专用管棚钻机，施工 单位多用小型的地质钻机采用潜孔钻或水钻成孔。小型钻 机的主要缺点是可控性差，施钻时随意性多，打多深算多 深。由于动力不足，打孔时间长，施工时对地层扰动大， 钻头也容易下扎。 另外，管棚施工时搭台架费时费力，这也在一定程度 上限制了管棚的应用。
工作室。
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导向跟管钻进法施工的部分超长管棚实例
（1）北京地铁十号线黄庄站，05年，126米，中铁十四局 （2）北京地铁十号线花园路站，05年，90米，中铁十六局 （3）武广客专金沙洲隧道出口，07年，100米，中铁四局 （4）郑西客专高桥隧道，07年，93-110米，中铁二十三局 （5）太原晋祠隧道，10年，120米，中铁十五局 （6）太原晋祠隧道，10年，140米，中铁十五局
准备连接钢管
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无管棚工作室施工
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复杂地层管棚支护竣工状况
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地铁四号线下穿长安街￠325大管棚
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南水北调下穿石太高速公路
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高桥隧道湿陷性黄土地层管棚下大断面开挖
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地铁十号线花园路站管棚施工
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11米超长管棚钻机
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浅覆盖密排￠299管幕
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拉管法管棚打设参数
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
20-500m 350-500mm φ219mm、φ299mm、φ610mm 6-10mm 6－8mm 焊接 200-300mm ±2cm 无 20 cm 以内 管内注浆 可另设 两边都要工作面 无需专门导向墙
￠299密排管棚施工现场
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管棚穿越砂砾石地层
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浅覆盖双层管棚下穿大运高速公路
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兰新线下穿青藏高速公路
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拉管法原理
拉管法同导向跟管钻进法的原理相似。拉管法是采用专用导向 钻头和钻杆，先打设导向孔，然后将比导向孔更粗的钢管从另一 端拉入。 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。
导向跟管钻进法
富水、软弱、松散地层
拉管法（管幕法）
风循环钻进施工法 潜孔锤跟管钻进法 潜孔锤成孔下管法
两端有工作面，较大口径钢管
湿陷性黄土 卵石、断层、松散含石地层 中风化、弱风化有一定自稳性地层
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相关图片
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导向钻头
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加工后的管棚钢管
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打设方法存在的问题
通常的管棚打设方法是先用钻机通过钻杆、钻头等钻
具打设比管棚管要大的孔，然后撤出钻杆、钻头，再将管
棚管送入已打好的孔中。这样在一些较松散、软弱的地层 中不易成孔，有些施工队伍为了将管棚钢管送入，反复打
孔、扫孔，对地层扰动很大，往往是以后事故的主要原因
。特别对一些含水地层，如果不采取特殊措施避免在管棚 施工过程中产生非可控的水土流失，一般都会产生或大或 小的事故。
（7）长治新纺煤业斜井，11年，170米，新纺煤业
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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
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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。
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3、大管棚应用中存在的问题
打设方法存在问题
管棚施作精度低
施工距离较短 缺少专用机械，工效低 缺乏相关规范