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1、第三讲第三讲第三讲第三讲 隧道预支护技术隧道预支护技术隧道预支护技术隧道预支护技术 超前预支护技术在破碎或松散地层、自超前预支护技术在破碎或松散地层、自稳能力差的隧道施工中被广泛采用。所谓的稳能力差的隧道施工中被广泛采用。所谓的超前预支护，就是隧道开挖之前，在掌子面超前预支护，就是隧道开挖之前，在掌子面前方的自然地层设置一个像拱壳的连续体，前方的自然地层设置一个像拱壳的连续体，使其既加固掌子面前方的自然地层，同时利使其既加固掌子面前方的自然地层，同时利用初期支护又保持自然地层的特性，从而保用初期支护又保持自然地层的特性，从而保证掌子面及地层的稳定，减少地表沉降量。证掌子面及地层的稳定，减少地表
2、沉降量。早期的隧道施工，预支护的形式主要为打插早期的隧道施工，预支护的形式主要为打插钢板、木板或型钢，即所谓的插板法。现代钢板、木板或型钢，即所谓的插板法。现代常用的超前预支护方法有超前锚杆、超前小常用的超前预支护方法有超前锚杆、超前小导管、水平旋喷注浆、机械预切槽法和超前导管、水平旋喷注浆、机械预切槽法和超前管棚法。管棚法。1 1 超前锚杆超前锚杆超前锚杆是沿隧道开挖面外轮廓钻孔，插超前锚杆是沿隧道开挖面外轮廓钻孔，插入钢筋杆体并用水泥砂浆使杆体与围岩固结入钢筋杆体并用水泥砂浆使杆体与围岩固结成整体。成整体。超前锚杆超前锚杆隧道开挖后，杆体及周边固结的部分围岩隧道开挖后，杆体及周边固结的部分
3、围岩支承上覆岩土体，防止围岩坍塌，减少洞室支承上覆岩土体，防止围岩坍塌，减少洞室变形。在破碎岩石地层中，该方法工艺简单，变形。在破碎岩石地层中，该方法工艺简单，造价低，应用十分广泛。在砂土质松软地层造价低，应用十分广泛。在砂土质松软地层中，因砂浆与粘土体粘结力较低，限制了应中，因砂浆与粘土体粘结力较低，限制了应用；同时因为一次施作距离短，预支护刚度用；同时因为一次施作距离短，预支护刚度小，在地应力较大、地层位移控制严时，也小，在地应力较大、地层位移控制严时，也限制了它的使用。限制了它的使用。(1)(1)布置原则布置原则超超前前锚锚杆杆的的安安装装必必须须作作为为开开挖挖循循环环的的一一个个组组
4、成成部部分分来来完完成成，旨旨在在作作为为超超前前预预支支护护及及加加固固岩岩体的作用。体的作用。超超前前锚锚杆杆的的设设置置充充分分考考虑虑岩岩体体的的结结构构面面特特性性和围岩地质情况。和围岩地质情况。超前锚杆外插角：超前锚杆外插角：1030。超超前前锚锚杆杆纵纵向向两两排排的的水水平平投投影影应应有有不不小小于于100cm的搭接长度。的搭接长度。超超前前锚锚杆杆尾尾端端一一般般焊焊接接在在钢钢拱拱架架上上，以以增增强强共同支护作用。共同支护作用。(2)(2)施工工艺施工工艺材材料料加加工工与与锚锚孔孔布布置置：锚锚杆杆除除锈锈调调直直；按按设设计计标孔位。标孔位。钻孔：准确控制外插角，以
5、防增加超欠挖。钻孔：准确控制外插角，以防增加超欠挖。注浆：先用水和稀浆湿润管路，再开始注浆。注浆：先用水和稀浆湿润管路，再开始注浆。插插入入锚锚杆杆：迅迅速速将将锚锚杆杆插插入入眼眼孔孔，并并用用锤锤击击方方法插至孔底，再用木楔堵塞孔口，防止砂浆流失。法插至孔底，再用木楔堵塞孔口，防止砂浆流失。清清洗洗整整理理注注浆浆用用具具：除除掉掉砂砂浆浆，以以备备下下一一循循环环使用。使用。2 2 超前小导管超前小导管vv超前小导管与超前锚杆所不同的是将钢筋杆体超前小导管与超前锚杆所不同的是将钢筋杆体改为空心钢管，通常管径改为空心钢管，通常管径3650mm，管壁预留，管壁预留注浆孔，管口止浆封面后，注入
6、水泥浆。压力注浆孔，管口止浆封面后，注入水泥浆。压力注浆渗透扩散管周较大的砂土体。管周注浆固注浆渗透扩散管周较大的砂土体。管周注浆固结体形成一定厚度的隧道加固圈后，实现超前结体形成一定厚度的隧道加固圈后，实现超前支护的目的。支护的目的。vv该方法工艺简单，造价低，特别是砂、土质松该方法工艺简单，造价低，特别是砂、土质松软地层中，应用十分广泛。但因其一次施作距软地层中，应用十分广泛。但因其一次施作距离短，预支护刚度小，在地层压力大，地层位离短，预支护刚度小，在地层压力大，地层位移控制要求严时，也限制了它的应用。移控制要求严时，也限制了它的应用。钻孔钻孔钻孔钻孔1515小导管小导管小导管小导管钢支
7、撑钢支撑钢支撑钢支撑0.2m0.2ma40cma40cmr rr rb b(取取取取30cm30cm)3.56.0m3.56.0m管箍管箍管箍管箍(6(6钢筋加焊钢筋加焊钢筋加焊钢筋加焊)出浆孔出浆孔出浆孔出浆孔1.5m1.5m不钻孔不钻孔不钻孔不钻孔0.2m0.2m2535mm2535mm有缝钢管有缝钢管有缝钢管有缝钢管v小小导导管管常常与与格格栅栅钢钢架架共共同同组组成成支支护护系系统统。小小导导管管起起双双重重作作用用：一一是是起起超超前前管管棚棚作作用用，二二是是起起注注浆浆管的作用，通过注浆，加固软弱围岩。管的作用，通过注浆，加固软弱围岩。v浆浆液液扩扩散散半半径径的的确确定定：扩扩
8、散散半半径径不不是是浆浆液液在在地地层层中中扩扩散散的的最最远远距距离离，而而是是指指浆浆液液能能符符合合设设计计要要求求的的扩扩散散距距离离。考考虑虑到到注注浆浆扩扩散散范范围围相相互互重重叠叠的的情情况况，可可按按下下式式计计算算：R=(0.60.7)L0，其其中中L0为为导管中心间距导管中心间距(m)。(1)(1)基本原理及注浆范围基本原理及注浆范围v注注浆浆量量确确定定：先先计计算算出出单单孔孔注注浆浆量量，然然后后乘乘以以注注浆管数即可得：浆管数即可得：式中，式中，QQ注浆量注浆量(m3)(m3)；NN注浆管数量注浆管数量(个个)；RR浆液扩散半径浆液扩散半径(m)(m)；LL注浆长
9、度注浆长度(m)(m)；nn围岩孔隙率围岩孔隙率(%)(%)；浆液充填系数，一般取浆液充填系数，一般取0.70.70.90.9；注浆材料损耗系数，常取注浆材料损耗系数，常取0.10.1左右。左右。(2)(2)注浆材料注浆材料v断层破碎带及砂卵石地层，当裂隙宽度（或粒径）断层破碎带及砂卵石地层，当裂隙宽度（或粒径）大于大于mmmm或渗透系数大于或渗透系数大于510-4m/s510-4m/s时，应采用时，应采用料源广且价格便宜的注浆材料。一般对于无水的料源广且价格便宜的注浆材料。一般对于无水的松散地层，宜优先选用松散地层，宜优先选用单液水泥浆单液水泥浆；对于有水的；对于有水的强渗透地层，则宜选用强
10、渗透地层，则宜选用水泥水玻璃双浆液水泥水玻璃双浆液，以，以控制注浆范围。控制注浆范围。v细、粉砂层、断层带，当裂隙宽度细、粉砂层、断层带，当裂隙宽度(或粒径或粒径)小于小于1mm1mm，或渗透系数，或渗透系数k10-k10-m/sm/s时，注浆材料宜优时，注浆材料宜优先选用先选用水玻璃类水玻璃类和和木胺类木胺类或或超细水泥超细水泥浆液。浆液。各种浆材的适用范围各种浆材的适用范围 v采用水泥浆液时，水灰比可采用采用水泥浆液时，水灰比可采用0.5:11:1，需缩短凝结时间，则可加入氯盐、三乙醇胺需缩短凝结时间，则可加入氯盐、三乙醇胺速凝剂。速凝剂。v采用水泥水玻璃浆液时，水泥浆的水灰比采用水泥水玻
11、璃浆液时，水泥浆的水灰比可用可用0.5:11:1；水玻璃浓度为；水玻璃浓度为2540Be，水，水泥浆与水玻璃的体积比宜为泥浆与水玻璃的体积比宜为1:11:0.3。(3)(3)注浆注浆v孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力一般为裂开挖面，注浆压力一般为0.51.0MPa，止浆塞，止浆塞应能经受注浆压力。注浆压力与地层条件及注浆应能经受注浆压力。注浆压力与地层条件及注浆范围要求有关，一般要求单管注浆能扩散到管周范围要求有关，一般要求单管注浆能扩散到管周0.51.0m的半径范围内。的半径范围内。v要控制注浆量，即每根导管内已达到规定注
12、入量要控制注浆量，即每根导管内已达到规定注入量时，就可结束；若孔口压力已达到规定压力值，时，就可结束；若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足，亦应停止注浆。但注入量仍不足，亦应停止注浆。v注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果，如未达到要求，声波探测仪检查注浆效果，如未达到要求，应进行补注浆。应进行补注浆。v注浆后应视浆液种类，等待注浆后应视浆液种类，等待4h(水泥水玻水泥水玻璃浆璃浆)8 h(水泥浆水泥浆)方可开挖，开挖长度应按方可开挖，开挖长度应按设计循环进尺的规定，以保留一定长度的止设计循环进尺的规定，以保留一定长度的止浆墙
13、。浆墙。v超前小导管施工简易，应急速度快，比超前超前小导管施工简易，应急速度快，比超前锚杆支护能力大；锚杆支护能力大；v比管棚简单易行、灵活、经济、施工速度快，比管棚简单易行、灵活、经济、施工速度快，但支护能力较弱；但支护能力较弱；v格栅内空间被喷射混凝土充填，其表面被覆格栅内空间被喷射混凝土充填，其表面被覆盖，所形成的初期支护具有较强的承载能力，盖，所形成的初期支护具有较强的承载能力，并有一定的防水性能；并有一定的防水性能；v与围岩紧密粘结，形成一个刚度较接近的共与围岩紧密粘结，形成一个刚度较接近的共同变形体，易形成有效的压力拱，使隧道结同变形体，易形成有效的压力拱，使隧道结构受力条件趋于合
14、理。构受力条件趋于合理。(4)(4)特点特点3 3 水平旋喷注浆水平旋喷注浆v喷喷射射注注浆浆法法，又又称称旋旋喷喷法法，分分为为垂垂直直和和水水平平旋旋喷喷注注浆浆两两种种方方法法。水水平平旋旋喷喷注注浆浆的的施施工工原原理理类类似似于于垂垂直直旋旋喷喷注注浆浆，只只是是一一个个为为水水平平一一个个为为垂垂直直。其其施施工工方方法法为为，首首先先使使用用旋旋喷喷注注浆浆机机，沿沿着着隧隧道道掌掌子子面面周周边边的的设设计计位位置置旋旋喷喷注注浆浆形形成成旋旋喷喷柱柱体体，通通过过固固结结体体的的相相互互咬咬合合形成预支护拱棚。形成预支护拱棚。v一一般般每每根根旋旋喷喷体体，首首先先通通过过水
15、水平平钻钻机机成成孔孔，钻钻到到设设计计位位置置以以后后，随随着着钻钻杆杆的的退退出出，用用水水泥泥浆浆或或水水泥泥水水玻玻璃璃双双浆浆液液旋旋喷喷注注入入钻钻成成的的孔孔腔腔，通通过过高高压压射射流流切切割割腔腔壁壁土土体体，被被切切割割下下的的土土体体与与浆浆液液搅搅拌拌混混合合、固固结结形形成成直直径径600mm600mm左左右右的的固固结结体体，同同时时周周围围地地层层受受到到压压缩缩和和固固结结，其其土土体体的物理力学性能得到一定程度的改善。的物理力学性能得到一定程度的改善。v旋旋喷喷柱柱体体沿沿隧隧道道拱拱部部形形成成环环向向咬咬合合、纵纵向向搭搭接接的的预预支支护护拱拱棚棚，在在
16、松松散散不不稳稳定定地地层层隧隧道道中中，可可有有效效控控制制坍坍塌塌和和地地层层变变形形。水水平平旋旋喷喷注注浆浆桩桩的的应应用用在在我我国国还还不不是是很很广广，旋旋喷喷桩桩抗抗弯弯性性能能不不强强，施施工工控控制制的的难难度度较较大大，特特别别是是目目前前我我国国的的水水平平旋旋喷喷钻钻机机性性能能尚尚未未过过关关，制制约约了了水水平平旋旋喷喷预预支支护护技技术术的的应应用和发展。用和发展。v它主要适用于粘性土、砂类土、淤泥等地层它主要适用于粘性土、砂类土、淤泥等地层。（a）意大利产重型水平选喷钻机（b）1983年研制的轻型水平选喷钻机（c）三一重工2008年产中型水平选喷钻机 4 4
17、械预切槽法械预切槽法v机机械械预预切切槽槽法法首首次次应应用用于于2020世世纪纪7070年年代代法法国国巴巴黎黎快快速速轨轨道道运运动动系系统统的的一一个个车车站站的的建建造造工工程程中中。它它是是利利用用专专业业的的切切槽槽机机械械，沿沿隧隧道道外外轮轮廓廓切切割割一一定定深深度度的的切切槽槽。切切槽槽方方式式有有带带锯锯式式和和排排钻钻式式两两种种。在在硬硬岩岩地地层层中中，利利用用该该切切槽槽，作作为为爆爆破破振振动动的的隔隔振振层层，主主要要起起隔隔振振或或减减振振的的目目的的。在在软软石石或或砂砂质质地地层层中中，在在切切槽槽内内填填筑筑混混凝凝土土，形形成预支护拱，提高隧道稳定性
18、。成预支护拱，提高隧道稳定性。v机机械械切切槽槽预预支支护护，在在国国外外已已有有多多次次成成功功应应用用的的实实例例，取取得得了了较较好好的的经经济济和和社社会会效效益益。在在国国内内，软岩锯式切槽机尚在研制当中。软岩锯式切槽机尚在研制当中。v在在安安全全稳稳定定的的作作业业环环境境下下，用用挖挖掘掘机机或或臂臂式式掘掘进进机机开开挖挖前前作作业业面面。自自卸卸汽汽车车或或翻翻斗斗车车可可穿穿行行于于预预切槽机内。切槽机内。v必必要要时时，作作业业面面装装以以玻玻璃璃纤纤维维锚锚杆杆，以以稳稳定定作作业业面。随后在作业面上喷混凝土。面。随后在作业面上喷混凝土。v紧随其后，安装隧道防水层，进行
19、二次衬砌。紧随其后，安装隧道防水层，进行二次衬砌。作业过程如下：作业过程如下：作业过程如下：作业过程如下：v用预切槽锯沿隧道外廓弧形拱深切一宽用预切槽锯沿隧道外廓弧形拱深切一宽1530cm、长约长约5m的切槽。的切槽。v在切槽内立即填充高强度喷射混凝土，形成长在切槽内立即填充高强度喷射混凝土，形成长35m的整体连续拱，两次连续拱的搭接长度为的整体连续拱，两次连续拱的搭接长度为0.52.0m，视围岩的不同而定。，视围岩的不同而定。可可减减轻轻在在硬硬岩岩爆爆破破时时，振振动动的的扩扩展展；在在作作业业面面开开挖挖前前，快快速速建建成成一一临临时时的的整整体体弧弧形形拱拱，从从而而减减小小围围岩岩
20、变变形形与与地地表表沉沉陷陷；为为人人员员和和设设备备提提供供清清洁洁、安安全全的的工工作作条条件件；有有利利于于作作业业全全过过程程的的工工业业化化及及机机械械化化，从从而而使使进进度度快快速速均均衡衡，适适应应性性增增强强，大大大大节节约约了了成成本本。机机械械预预切切槽槽法法在在硬硬岩岩地地层层中中应应用用的的最最大大弱弱点点是是推推进进速速度度慢慢，较较适适合合用用于于市市区区隧隧道道工工程程、松松散散地地层层和和大大断面隧道。断面隧道。机械预切槽法的优点机械预切槽法的优点 5 5 超前管棚超前管棚v大大管管棚棚(一一般般管管径径70180mm，长长度度1030m)是是指指开开挖挖掘掘
21、进进前前在在隧隧道道开开挖挖工工作作面面的的上上半半断断面面(呈呈扇扇形形)或或全全部部沿沿隧隧道道断断面面周周边边间间隔隔一一定定距距离离用用大大型型水水平平钻钻机机钻钻孔孔，钢钢管管跟跟入入或或向向孔孔内内压压入入钢钢管管而而形形成成钢钢管管群群体体。为为提提高高钢钢管管刚刚度度常常向向管管内内灌灌注注混混凝凝土土或或钢钢筋筋笼笼混混凝凝土土。由由于于一一次次施施作作距距离离大大，支支护护刚刚度度大大，它它能能有有效效控控制制土土质质围围岩岩的的下下沉沉松松驰驰和和坍坍塌塌，好好地地控控制制地地表表沉沉降降量量，在在城城市市地铁施工中广泛应用。地铁施工中广泛应用。a)a)管棚的环向布置管棚
22、的环向布置管棚的环向布置管棚的环向布置b)b)管棚钢管纵向错接管棚钢管纵向错接管棚钢管纵向错接管棚钢管纵向错接c)c)钢管端部横向联接钢管端部横向联接钢管端部横向联接钢管端部横向联接v钢钢管管型型号号的的选选择择：根根据据实实际际地地层层和和技技术术经经济济因因素素分分析析，土土体体凝凝聚聚力力较较高高的的粘粘性性土土，可可选选取取89mm89mm；一般土层在多数情况下选取；一般土层在多数情况下选取108mm108mm型钢管。型钢管。v间间距距的的选选择择：对对于于松松散散地地层层，钢钢管管间间距距应应适适当当缩缩小小，考考虑虑钻钻进进等等因因素素，选选择择间间距距在在0.10.2m为为宜宜；
23、一一般般地地层层选选择择间间距距为为0.30.4m；土土体体凝凝聚聚力力较较高高的粘性土也可适当加大。的粘性土也可适当加大。(1)(1)支护参数的选择支护参数的选择v支支护护掘掘进进步步距距的的选选择择：管管棚棚支支护护掘掘进进步步距距过过小小，会会增增加加工工序序转转换换时时间间，影影响响施施工工效效率率；管管棚棚支支护护掘掘进进步步距距过过大大，又又可可能能会会产产生生塌塌帮帮等等安安全全事事故故，根据实际地质条件，掘进步距应确定在根据实际地质条件，掘进步距应确定在1.02.0m。v支支护护长长度度的的选选择择:管管棚棚支支护护长长度度越越长长，越越能能节节省省辅辅助助时时间间，提提高高施
24、施工工效效率率，但但是是由由于于受受到到钻钻孔孔机机具具、钻钻进进技技术术和和钢钢管管柔柔性性弯弯曲曲等等条条件件限限制制，如如果果管管棚棚支支护护长长度度过过长长，就就很很难难确确保保管管棚棚的的水水平平角角度度和和排排列列整整齐齐，从从而而影影响响施施工工质质量量，一一般般根根据据不不同同地质条件管棚支护长度选择为地质条件管棚支护长度选择为1030m。v仰仰角角的的确确定定:因因土土层层松松软软及及钻钻杆杆重重力力，管管棚棚在在钻钻进进过过程程中中要要发发生生向向下下弯弯曲曲，在在开开孔孔钻钻进进时时要要有有一一定定的的上上仰仰角角度度。如如果果上上仰仰角角度度过过小小，管管棚棚会会因因向
25、向下下弯弯曲曲而而进进入入隧隧道道区区域域，在在隧隧道道掘掘进进时时需需要要将将钢钢管管割割去去，从从而而严严重重影影响响隧隧道道掘掘进进速速度度和和安安全全；如如果果上上仰仰角角度度过过大大，使使管管棚棚远远离离隧隧道道外外径径而而失失去去支支护护作作用用，而而且且使使管管棚棚有有效效支支护护长长度度缩缩短短。为为此此需需要要选择合适的管棚上仰角度选择合适的管棚上仰角度(一般一般15)。v工工作作室室施施工工：隧隧道道开开挖挖至至设设计计工工作作室室里里程程后后，将隧道标准断面扩大到管棚工作室断面。将隧道标准断面扩大到管棚工作室断面。v预预制制导导向向架架，安安装装导导向向管管：架架立立导导
26、向向架架，并并按按设设计计角角度度将将导导向向管管焊焊接接到到导导向向架架上上，确确认认无无误误后后，封封堵堵导导向向管管管管口口加加以以保保护护，再再用用喷喷射射混混凝凝土将导向架与工作室构成整体。土将导向架与工作室构成整体。v工工作作面面处处理理：掌掌子子面面上上挂挂网网喷喷混混凝凝土土，封封闭闭掌掌子子面面，并并作作为为注注浆浆的的止止浆浆墙墙，确确保保管管棚棚施施工工中中工作面安全。工作面安全。(2)(2)施工工艺施工工艺v钻钻机机就就位位：用用仪仪器器量量测测导导向向管管，固固定定钻钻杆杆转转轴轴，使之与钻杆共线。使之与钻杆共线。v钻钻孔孔：用用低低档档开开钻钻，钻钻到到一一定定深深
27、时时，接接杆杆继继续续钻钻进进，经经常常复复核核钻钻孔孔角角度度，确确保保钻钻孔孔方方向向，若若发现偏斜，及时高速处理。发现偏斜，及时高速处理。v插插入入导导管管：插插前前应应对对每每个个钻钻孔孔的的管管子子配配管管编编号号，保证同一断面上钢管接头数保证同一断面上钢管接头数50%。v孔孔口口密密封封处处理理：注注浆浆前前对对管管口口与与孔孔口口间间空空隙隙密密封，防止水泥浆外渗。封，防止水泥浆外渗。v导导管管注注浆浆：通通过过注注浆浆，即即可可增增强强导导管管刚刚度度，又又可使浆液渗入周围地层，加固地层。可使浆液渗入周围地层，加固地层。v大大管管棚棚刚刚度度大大、结结构构强强度度高高、所所形形
28、成成的的拱拱棚棚承承载能力强；载能力强；v一一次次支支护护长长度度大大，可可以以减减少少超超前前支支护护的的次次数数，缩短施工时间；缩短施工时间；v由由工工程程经经验验得得知知，大大管管棚棚预预注注浆浆支支护护效效果果可可靠靠，劳劳动动消消耗耗量量相相对对较较少少，虽虽然然材材料料费费用用要要高高些些，但但安安全全系系数数也也能能相相对对提提高高，可可望望能能有有效效地地保保持持隧道周边围岩的稳定，提高施工安全。隧道周边围岩的稳定，提高施工安全。(3)(3)技术特点技术特点6 6 管幕预支护技术管幕预支护技术v美国是最早采用管幕技术的国家，在美国是最早采用管幕技术的国家，在19221947年年
29、间，美国采用管幕法累计完成铺管工程间，美国采用管幕法累计完成铺管工程830项，铺项，铺管总长度管总长度16800m。20世纪世纪50年代开始长距离管幕，年代开始长距离管幕，20世纪世纪70年代出现了小口径管幕，以年代出现了小口径管幕，以19771984年年下水道敷设看，短距离、手挖式的一次顶进方法占下水道敷设看，短距离、手挖式的一次顶进方法占半数以上，长距离的管幕施工方法、半盾构方法则半数以上，长距离的管幕施工方法、半盾构方法则逐渐增加。美国逐渐增加。美国1990年以前是液压管幕占主导，随年以前是液压管幕占主导，随着气动钢管顶打技术出现，迅速发展并取代液压，着气动钢管顶打技术出现，迅速发展并取
30、代液压，液压管幕已由液压管幕已由1990年的年的80%迅速降为迅速降为1994年的年的40%。6.1 国外管幕技术的发展国外管幕技术的发展v日日本本自自20世世纪纪7080年年代代下下水水道道敷敷设设中中，直直径径10001850mm者者大大部部分分是是管管幕幕，直直径径大大于于2000mm的的多多用用衬衬砌砌盾盾构构施施工工法法，顶顶进进施施工工法法其其施施工工管管道道长长度度占占下下水水道道总总长长度度的的6.3%，另另外外盾盾构构法法占占2.3%，而而明明挖挖施施工工法法占占36%。各各种种工工法法如如铁铁鼠鼠掘掘进进机机施施工工法法、水水平平螺螺旋旋钻钻施施工工法法、鼹鼹鼠鼠式式掘掘进
31、进机机施施工工法法、土土箭箭施施工工法法应应运运而而生。生。v微微型型机机械械施施工工法法能能使使原原先先不不可可能能的的小小口口径径管管幕幕进进行行长长距距离离转转弯弯施施工工，且且比比较较经经济济。施施工工机机具具主主要要分分为为压压入入式式、水水平平螺螺旋旋钻钻机机、水水平平钻钻孔孔、泥泥浆浆加加压压式式施施工工，其其中中前前两两种种使使用用较较多多且且可可修修正正方方向向。20世世纪纪90年年代代日日本本super-mini施施工工法法协协会会开开发发的的适适于于大大、中中口口径径16003000mm的的长长距距离离管管幕幕施施工工法法，即即覆覆膜膜管管幕幕法法又又一一次次飞飞跃跃地地
32、提提高高了了管管幕幕一一次次顶顶进进的的最最大大距距离离。日日本本还还自自行行研研制制开开发发了了闭闭水水性性、耐耐酸酸性性好好的的钢钢筋筋混混凝凝土土管管、聚聚乙乙烯烯塑塑料料管管、铸铸铁铁管管、增增强强塑塑料料管管等等专专用用规规范管材。范管材。v英国管幕技术发展也较快，英国管幕技术发展也较快，1980年从日本年从日本引进泥水平衡式管幕机械与当时西德合作引进泥水平衡式管幕机械与当时西德合作施工的一条内径为施工的一条内径为2489mm，长度为，长度为3.2km的管道已获成功，且曾达到不用中继间最的管道已获成功，且曾达到不用中继间最大顶距大顶距178m的记录。的记录。v德德国国在在大大口口径径
33、管管顶顶进进方方面面技技术术比比较较先先进进，一一次次顶顶进进最最长长2.2km，最最大大直直径径4.4m，如如VS864掘掘进进系系统统，用用感感应应式式激激光光屏屏幕幕显显示示顶顶进进位位置置，采采用用快快速速运运行行的的液液压压千千斤斤顶顶推推顶顶，每每天天进进尺尺达达4050m。1970年年的的德德国国汉汉堡堡下下水水道道管管幕幕工工程程是是世世界界上上首首次次一一次次顶顶进进超超千千米米的的混混凝凝土土管管幕幕工工程程，1987年年完完成成的的西西柏柏林林供供热热水水钢钢筋筋混混凝凝土土管管道道，内内径径4.1m，一一次次顶顶进进1088m，工工程程总总长长3607m。在在小小口口径
34、径管管幕幕方方面面：施施密密特特克克朗朗茨茨有有限限公公司司开开发发了了一一种种新新的的PBA38型型顶顶压压钻钻进进设设备备可可有有效效控控制制敷敷设设接接户户支支管管以以及及最最大大内内径径DN300mm的的管道且目标精度高，管接口为双层密封。管道且目标精度高，管接口为双层密封。6.2 国内管幕技术的发展国内管幕技术的发展v管幕施工法是中国最早使用的非开挖施工方法，管幕施工法是中国最早使用的非开挖施工方法，1953年首次用于北京西郊行政区污水管工程，采用年首次用于北京西郊行政区污水管工程，采用人工挖掘顶进直径人工挖掘顶进直径900mm管径的铸铁管。随后，上管径的铸铁管。随后，上海等城市也相
35、继采用这一技术，但都是手掘式管幕，海等城市也相继采用这一技术，但都是手掘式管幕，设备也较简陋。设备也较简陋。v20世纪世纪70年代，为适应大口径管道穿越江河的需要，年代，为适应大口径管道穿越江河的需要，我国开始发展长距离顶进技术。我国开始发展长距离顶进技术。1978年研制成功的年研制成功的三段双铰型工具管解决了百米管幕技术，同年，上三段双铰型工具管解决了百米管幕技术，同年，上海又成功开发适于软粘土和淤泥质粘土的挤压法管海又成功开发适于软粘土和淤泥质粘土的挤压法管幕，比普通手掘式管幕效率提高一倍以上。幕，比普通手掘式管幕效率提高一倍以上。v从从20世世纪纪80年年代代开开始始，管管幕幕技技术术在
36、在中中国国有有了了很很大大发发展展。1981年年在在穿穿越越甬甬江江的的管管道道工工程程中中，第第一一次次应应用用中中继继间间获获得得成成功功，顶顶进进长长度度达达581m，成成为为当当时时继继美美国国依依里里诺诺斯斯州州一一次次顶顶进进585m之之后后，世世界界一一次次顶顶进进最最长的管幕工程。长的管幕工程。v20世世纪纪90年年代代我我国国的的管管幕幕技技术术已已处处于于世世界界先先进进水水平平。1992年年上上海海研研制制成成功功国国内内第第一一台台加加泥泥式式1440mm土土压压 平平 衡衡 掘掘 进进 机机，在在 奉奉 贤贤 排排 污污 工工 程程 中中，直直 径径DN1600mm钢
37、钢筋筋混混凝凝土土管管一一次次顶顶进进1511m，创创单单向向一次顶进混凝土管的世界记录。一次顶进混凝土管的世界记录。v1996年年底底又又设设计计成成功功可可调调换换止止水水带带的的中中继继间间在在上上海海黄黄浦浦江江上上游游引引水水工工程程中中，将将内内径径3500mm的的钢钢管管，单单向向一一次次顶顶进进1743m，再再创创世世界界之之最最，该该工工程程地地面面用用微微机机监监控控，采采用用无无线线电电通通讯讯手手段段传传达达到到地地下下，可可随随时时调调整整其其偏偏差差，减减轻轻人人工工负负担担且且确确保保施施工工精精度度，目目前前我我国国管管幕幕工工程程的的管管幕幕直直径径之之大大、
38、顶顶进进长长度度之之长长均均属属世世界界领领先先水水平平，已已具具备备一一次次顶顶进进3000m管管道道的的能力。能力。v管管幕幕技技术术显显著著的的优优越越性性使使它它得得到到了了广广泛泛的的应应用用，在在给给排排水水工工程程、煤煤气气热热力力工工程程、通通信信电电缆缆和和发发电电厂厂循循环环水水冷冷却却系系统统中中采采用用管管幕幕施施工工法法的的愈愈来来愈愈多多，从从经经济济效效益益和和社社会会效效益益、环环境境效效益益，及及三三者者综综合合比比较较来来看看，管管幕施工明显具有实际的可用性。幕施工明显具有实际的可用性。6.3 管幕预支护技术管幕预支护技术v考考虑虑到到流流塑塑状状淤淤泥泥质
39、质含含水水地地层层，浅浅埋埋和和城城市市环环境境(周周边边建建筑筑物物和和地地下下管管线线)等等因因素素，把把隧隧道道暗暗挖挖施施工工对对环环境境安安全全、对对地地面面交交通通和和既既有有建建筑筑物物的的干干扰扰减减少少到到最最低低程程度度，超超前前预预支支护护是是一一项项重重要要的的工工程程技技术术措措施施。传传统统的的超超前前预预支支护护刚刚度度较较小小、一一次次施施作作距距离离短短，而而管管幕幕预预支支护护中中的的钢钢管管一一般般直直径径为为2002500mm，一一次次施施作作距距离离长长，这这种种支支护护钢钢管管可可作作为为整整个个支支护护结结构构的的一一部部分分，因因此此又又称为结构
40、性管棚。称为结构性管棚。6.3.1 管幕用作隧道预支护应用现状管幕用作隧道预支护应用现状v北北京京地地铁铁五五号号线线崇崇文文门门站站总总长长202.9m202.9m，两两端端为为两两层层三三拱拱结结构构，中中间间下下穿穿既既有有环环线线地地铁铁区区间间段段，为为单单层层三三拱拱结结构构，既既有有线线区区间间结结构构底底板板与与车车站站单单层层断断面面顶顶部部净净距距2.858m2.858m。由由于于既既有有区区间间地地铁铁轨轨道道允允许许沉沉降降小小，传传统统的的超超前前支支护护技技术术不不能能控控制制车车站站暗暗挖挖施施工工引引起起的的过过量量地地层层位位移移。因因此此，采采用用了了双双排
41、排600600大大直直径径钢钢管管，长长28m28m一一次次施施作作；振振动动锤锤夯夯入入，螺螺旋旋钻钻出出土土的的施工方法，取得了工程的预期效果。施工方法，取得了工程的预期效果。(1)(1)北京地铁五号线崇文门站穿越既有地铁段北京地铁五号线崇文门站穿越既有地铁段北京地铁五号线崇文门站穿越既有地铁段北京地铁五号线崇文门站穿越既有地铁段v北北京京地地铁铁五五号号线线东东四四站站穿穿越越朝朝内内菜菜市市场场段段，为为严严格格控控制制暗暗挖挖施施工工沉沉降降，采采用用159159长长50.54m50.54m、间间距距0.5m0.5m拱拱部部大大管管棚棚预预支支护护。由由于于该该区区段段管管棚棚一一次
42、次施施作作长长度度大大，普普通通钻钻机机无无法法施施作作，采采用用地地质质钻钻机机引引孔孔、振振动动锤锤夯夯入入、管管内内高高压压水水出出土土的的施工方法，也取得了工程的预期效果。施工方法，也取得了工程的预期效果。(2)(2)北京地铁五号线东四站穿越地面建筑物段北京地铁五号线东四站穿越地面建筑物段北京地铁五号线东四站穿越地面建筑物段北京地铁五号线东四站穿越地面建筑物段6.3.2 管幕预支护的特点管幕预支护的特点v因因管管幕幕钢钢管管顶顶入入时时，正正面面土土体体封封闭闭形形式式、开开挖挖方方法法和和出出土土方方式式的的不不同同，形形成成了了不不同同类类别别的的管管幕幕施施工工方方式式，但但均均
43、遵遵循循一一个个共共同同的的原原理理，即即无无论论是是否否使使用用工工具具管管，首首节节切切入入管管均均是是切切土土顶顶进进，切切入入段段的的长长度度视视地地层层松松软软和和稳稳定定性性的的不不同同而而不不同同，如如采采用用全全长长切切土土顶顶入入。因因此此，管管幕幕施施工工自自身身对对地地层层扰扰动动极极小小，施施工工安安全全可可靠靠。管管幕幕作作为为隧隧道道施施工工的的预预支支护护，管管幕幕自自身身施工遵守着预支护原理。因此：施工遵守着预支护原理。因此：(5)(5)高高高高精精精精度度度度的的的的管管管管幕幕幕幕机机机机研研研研制制制制或或或或购购购购置置置置费费费费用用用用较较较较高高高
44、高，但但但但作作作作为为为为隧隧隧隧道道道道预预预预支支支支护护护护一一一一次次次次顶顶顶顶进进进进长长长长度度度度较较较较短短短短时时时时，其其其其精精精精度度度度要要要要求求求求相相相相对对对对较较较较低低低低，也也也也可可可可采采采采用用用用较较较较为为为为简简简简单单单单的的的的正正正正面面面面土土土土体体体体开开开开挖挖挖挖方方方方法法法法和和和和出出出出土土土土方式。方式。方式。方式。(2)(2)可可可可以以以以在在在在不不不不采采采采用用用用气气气气压压压压振振振振动动动动条条条条件件件件下下下下，使使使使钢钢钢钢管管管管顶顶顶顶入入入入，不不不不扰动砂土和淤泥地层；扰动砂土和淤
45、泥地层；扰动砂土和淤泥地层；扰动砂土和淤泥地层；(3)(3)可可可可以以以以在在在在既既既既有有有有建建建建筑筑筑筑物物物物邻邻邻邻近近近近施施施施工工工工，小小小小直直直直径径径径管管管管自自自自身身身身顶顶顶顶入入入入施施施施工工工工引引引引起起起起的的的的地地地地表表表表沉沉沉沉降降降降通通通通常常常常可可可可控控控控制制制制在在在在3mm3mm以以以以内内内内，一一一一般般般般不需对建筑进行基础托换和地下管线改移；不需对建筑进行基础托换和地下管线改移；不需对建筑进行基础托换和地下管线改移；不需对建筑进行基础托换和地下管线改移；(4)(4)预支护钢管埋入土体不能再回收，成本较高；预支护钢
46、管埋入土体不能再回收，成本较高；预支护钢管埋入土体不能再回收，成本较高；预支护钢管埋入土体不能再回收，成本较高；(1)(1)该该该该工工工工法法法法施施施施工工工工时时时时无无无无噪噪噪噪音音音音和和和和震震震震动动动动，不不不不影影影影响响响响城城城城市市市市道道道道路路路路交交交交通；通；通；通；6.3.3 施工步骤施工步骤(1)工作面封闭或加固处理工作面封闭或加固处理v对待预支护的隧道或导坑工作面进行封闭。对待预支护的隧道或导坑工作面进行封闭。(2)推进基坑或反力座准备推进基坑或反力座准备v根根据据所所采采用用推推进进设设备备的的作作业业要要求求，铺铺设设推推进进机机作作业业轨轨道道或或
47、修修筑筑顶顶力力后后背背，以以及及顶顶入入管管的的安装，存放场地。安装，存放场地。(3)(3)推管推管推管推管v利利用用推推进进设设备备，将将整整长长或或分分节节管管推推入入地地层层，形成管幕的预支护拱。形成管幕的预支护拱。(4)(4)隧道开挖隧道开挖隧道开挖隧道开挖v在管幕的超前支护下，进行隧道开挖在管幕的超前支护下，进行隧道开挖。6.3.4 大刚度管幕预支护的力学作用大刚度管幕预支护的力学作用v管管幕幕预预支支护护因因其其大大刚刚度度及及大大长长度度，末末端端支支撑撑在在已已支支护护结结构构上上，前前端端伸伸入入未未扰扰动动地地层层很很远远或或也也支支撑撑在在托托拱拱上上，使使掌掌子子面面
48、开开挖挖地地层层由由未未扰扰动动的的初初始始平平衡衡直直接接转转换换到到建建成成隧隧道道的的最最终终平平衡衡，这这一一点点，使使管管幕幕预预支支护护优优于于所所有有传传统统预支护技术。预支护技术。6.4 管幕预支护的构造形式管幕预支护的构造形式v在在管管幕幕作作为为隧隧道道预预支支护护时时，根根据据工工程程需需要要，所所顶顶入的钢管之间可实现相互连接。入的钢管之间可实现相互连接。v在在管管幕幕预预支支护护施施工工中中，第第一一根根钢钢管管的的中中心心和和高高程程是是关关键键，它它必必须须精精确确地地安安装装，因因为为它它决决定定了了随随后后各各管管的的安安装装精精度度。相相邻邻两两管管之之间间
49、连连接接是是通通过过在在其其外外侧侧焊焊接接的的互互锁锁的的连连接接件件来来实实现现的的。连连接接件件除除了了起起导导向向作作用用外外，还还可可以以增增加加支支护护体体系系的的刚刚度度，并并防防止止地地下下水流入开挖工作面。水流入开挖工作面。v连连接接件件可可以以是是各各种种形形状状，如如图图下下所所示示，图图中中(b)(b)(f)(f)的的连连接接件件均均处处于于管管的的外外侧侧，因因而而摩摩擦擦阻阻力力较较大大，连连接接件件容容易易变变形形和和破破坏坏；图图中中(g)(g)的的连连接接件件位位于于管管的的内内侧侧，摩摩擦擦阻阻力力相相对对较较小小。所所有有的的钢钢管管安安装装完完毕毕后后，
50、可可向向管管内内灌灌注注混混凝凝土土，以以防防止止管管的的腐腐蚀蚀和和变变形形，并并向向管管的的连连接接件件处处注注入入水水泥泥浆浆液液或或化化学学浆浆液液，以以实实现现密密封封。此此后后，便可形成管拱整体体系。便可形成管拱整体体系。(a)(a)(a)(a)无连接件无连接件无连接件无连接件(b)(b)(b)(b)导槽和导槽和导槽和导槽和T T T T字形字形字形字形(c)(c)(c)(c)管和管和管和管和T T T T字形字形字形字形管幕钢管之间的连接管幕钢管之间的连接管幕钢管之间的连接管幕钢管之间的连接(d)(d)(d)(d)双管双管双管双管(e)(e)(e)(e)管和管管和管管和管管和管(