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管棚管

管棚管
管棚法施工或称伞拱法,是地下结构工程浅埋暗挖时的超前支护结构。其实质是在拟开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈隐埋弧线上,预先钻孔并安设惯性力矩较大的厚壁管棚管,起临时超前支护作用,防止土层坍塌和地表下沉,以保证掘进与后续支护工艺安全运作。
管棚管应用
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。管棚法最早是作为隧道施工的一种辅助方法,在软岩隧道施工中穿越破碎带、松散带、软弱地层,涌水、涌砂层发挥了重要作用。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,且施工快、安全性高、工期短.被认为是隧道施工中解决冒顶的最有效最合理的施工方法。
随后管棚法被用于城市地下铁道的暗挖施工,在建筑物密集、交通繁忙的城市中心地区.采用明挖法施工地下工程必须拆迁大量的地层管网和地面建筑物,随着人们对环境保护的呼声越来越高及政府对环保的日益重视,承包商们不得不放弃既影响交通又不利于环境保护的明挖法而改用暗挖施工法,管棚法作为一种重要的暗挖施工法在日本、美国及欧洲各国被广泛采用。
管棚钻机是管棚法施工技术中最关键的设备,它的作用是沿着隧道断面外轮廓超前钻进并安设管棚。最早的管棚法施工采用的是普通水平钻机.随着管棚法大量应用.专用管棚钻机应运而生。世界上最早推出管棚钻机的是意大利RODIO公司的管棚钻机。随着一些著名的制造商也相继推出了专用的管棚钻机.如意大利的CASAGRANDE公司、SOILMEC公司、PUNTEL公司、美国INGERSOLL.RAND公司等。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.短隧道如地下立交、地下过街道可考虑用其它类型的钻机。世界上最长的大口径长管棚是日本八户市一段公路隧道施工采用的管棚,全长180m,全部采用长管棚施工, 从隧道两端设立了管棚推进基地各推进90m,水平钻机安设管棚。 中国地质装备总公司1987年开始研制开发专用管棚钻机,1989年北京西单地铁车站的承建商铁道部第十六工程局在采购管棚法施工设备时,中国地质装备总公司开发研制的土星钻机以钻孔精度高及价格低而中标,并在举世瞩目的北京西单地铁车站暗挖工程中获得成功的应用,铁道部第十六工程局先后购买了8台土星管棚钻机在工程实践中,中国地质装备公司先后开发了5个品种的钻机并形成系列产品。管棚钻机广泛适用于水电、冶金、公路、建材、国防等施工单位,适用于中硬及硬岩中的凿岩工作,更适用于穿凿预裂爆破及水平、阶梯式爆破深孔,尤其对开边坡预裂孔及预应力锚索钻机更有其独到之处。履带自行式管棚钻机,自带动力,移动非常方便。
管棚原理
下面我来进行对标题以下两个因素来介绍下,管棚施工在软弱围岩的隧道施工究竟起了什么作用?这涉及到设计和施工的理念。日本实施的管棚法由于管棚的直径大、刚度大,同时又是密排布置的,当管棚管的两端支撑梁的刚度达到足够的值之后,开挖引起的变形量非常小,如图所示:
管棚在实际工程中起简支梁作用,而两端的支撑梁便是简支梁的弹性支
撑,上覆地层的变形主要包括两部分:
(1) 管棚的挠曲变形量;
(2) 端头支撑梁的变形。所以其变形控制主要通过提高管棚和端头支撑梁的刚度来实现。在日本和韩国该方法应用于隧道穿越既有铁路线或公路线,这样可以控制隧道开挖对既有线路产生的不良影响。
管棚管施工条件
在软弱地层隧道拱部的小管棚,要形成通俗意义上的“棚”必须具备2 个方面的条件:
(1) 是管间的软弱围岩能形成微拱;
(2) 是具有足够数量能扩散或传递围岩压力的杆件结构。如图:
是一般管棚施工预支护正台阶施工方法,每一开挖步长Δli 仅0.5~1.0 m,开挖面1 前方的管棚埋入围岩之中,起到约束已开挖区管棚的变形作用,同时,埋入段对掌子面前方的围岩体具有加固作用,这一作用使开挖释放应力也随之减少。


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