管棚法施工

管棚法施工或稱傘拱法，是地下結構工程淺埋暗挖時的超前支護結構。其實質是在擬開挖的地下隧道或結構工程的襯砌拱圈隱埋弧線上，預先鑽孔並安設慣性力矩較大的厚壁鋼管，起臨時超前支護作用，防止土層坍塌和地表下沉，以保證掘進與後續支護工藝安全運作。

基本介紹

• 中文名：管棚法施工
• 方法：管棚法或稱傘拱法
• 屬性：超前支護結構
• 目的：保證掘進與後續支護工藝安全運作

套用

管棚超前支護法是近年發展起來的一種在軟弱圍岩中進行隧道掘進的新技術。管棚法最早是作為隧道施工的一種輔助方法，在軟岩隧道施工中穿越破碎帶、鬆散帶、軟弱地層，湧水、涌砂層發揮了重要作用。由於預埋超前管棚做頂板及側壁支撐．為後續的隧道開挖奠定了堅實的基礎，且施工快、安全性高、工期短．被認為是隧道施工中解決冒頂的最有效最合理的施工方法。

隨後管棚法被用於城市地下鐵道的暗挖施工，在建築物密集、交通繁忙的城市中心地區．採用明挖法施工地下工程必須拆遷大量的地層管網和地面建築物，隨著人們對環境保護的呼聲越來越高及政府對環保的日益重視，承包商們不得不放棄既影響交通又不利於環境保護的明挖法而改用暗挖施工法，管棚法作為一種重要的暗挖施工法在日本、美國及歐洲各國被廣泛採用。

管棚鑽機是管棚法施工技術中最關鍵的設備，它的作用是沿著隧道斷面外輪廓超前鑽進並安設管棚。最早的管棚法施工採用的是普通水平鑽機．隨著管棚法大量套用．專用管棚鑽機應運而生。世界上最早推出管棚鑽機的是義大利RODIO公司的管棚鑽機。隨著一些著名的製造商也相繼推出了專用的管棚鑽機．如義大利的CASAGRANDE公司、SOILMEC公司、PUNTEL公司、美國INGERSOLL．RAND公司等。用於管棚施工的鑽機分為坑道鑽機、定(導)向鑽機、水平鑽機、夯管錘及專用管棚鑽機 長隧道最好選用專用管棚鑽機．短隧道如地下立交、地下過街道可考慮用其它類型的鑽機。世界上最長的大口徑長管棚是日本八戶市一段公路隧道施工採用的管棚，全長180m，全部採用長管棚施工， 從隧道兩端設立了管棚推進基地各推進90m，水平鑽機安設管棚。 中國地質裝備總公司1987年開始研製開發專用管棚鑽機，1989年北京西單捷運車站的承建商鐵道部第十六工程局在採購管棚法施工設備時，中國地質裝備總公司開發研製的土星鑽機以鑽孔精度高及價格低而中標，並在舉世矚目的北京西單捷運車站暗挖工程中獲得成功的套用，鐵道部第十六工程局先後購買了8台土星管棚鑽機在工程實踐中，中國地質裝備公司先後開發了5個品種的鑽機並形成系列產品。管棚鑽機廣泛適用於水電、冶金、公路、建材、國防等施工單位，適用於中硬及硬岩中的鑿岩工作，更適用於穿鑿預裂爆破及水平、階梯式爆破深孔，尤其對開邊坡預裂孔及預應力錨索鑽機更有其獨到之處。履帶自行式管棚鑽機，自帶動力，移動非常方便。

原理

下面我來進行對標題以下兩個因素來介紹下，管棚施工在軟弱圍岩的隧道施工究竟起了什麼作用？這涉及到設計和施工的理念。日本實施的管棚法由於管棚的直徑大、剛度大，同時又是密排布置的，當鋼管的兩端支撐梁的剛度達到足夠的值之後，開挖引起的變形量非常小，如圖所示：

管棚在實際工程中起簡支梁作用，而兩端的支撐梁便是簡支梁的彈性支撐，上覆地層的變形主要包括兩部分：

管棚施工原理

(1) 管棚的撓曲變形量；

(2) 端頭支撐梁的變形。所以其變形控制主要通過提高管棚和端頭支撐梁的剛度來實現。在日本和韓國該方法套用於隧道穿越既有鐵路線或公路線，這樣可以控制隧道開挖對既有線路產生的不良影響。

形成條件

在軟弱地層隧道拱部的小管棚，要形成通俗意義上的“棚”必須具備2 個方面的條件：
(1) 是管間的軟弱圍岩能形成微拱；
(2) 是具有足夠數量能擴散或傳遞圍岩壓力的桿件結構。如圖：

圍岩壓力的桿件結構

是一般管棚施工預支護正台階施工方法，每一開挖步長Δli 僅0.5～1.0 m，開挖面1 前方的管棚埋入圍岩之中，起到約束已開挖區管棚的變形作用，同時，埋入段對掌子面前方的圍岩體具有加固作用，這一作用使開挖釋放應力也隨之減少。