5大剛度咬合管幕預(yù)支護技術(shù)5.1傳統(tǒng)的超前預(yù)支護技術(shù)現(xiàn)狀超前預(yù)支護技術(shù)在破碎或松散地層、自穩(wěn)能力差的隧道施工中被廣泛采用。所謂的超前預(yù)支護體系就是在隧道開挖之前，在掌子面前方的自然地層里，沿隧道橫斷面設(shè)置一個像拱殼的連續(xù)體，使其既加固掌子面前方的自然地層，同時利用初期支護又保持自然地層的特性，從而保證掌子面及地層的穩(wěn)定，減少地表沉降量。早期的隧道施工，預(yù)支護的形式主要為打插鋼板、木板或型鋼，即所謂的插板法。現(xiàn)代常用的超前預(yù)支護方法有超前錨桿、超前小導(dǎo)管、水平旋噴注漿、機械預(yù)切槽法和超前管棚法。鐵路隧道施工預(yù)支護新技術(shù)(1)超前錨桿超前錨桿是沿隧道開挖面外輪廓鉆孔，插入鋼筋桿體并用水泥砂漿使桿體與圍巖固結(jié)成整體。隧道開挖后，桿體及周邊固結(jié)的部分圍巖支承上覆巖土體，防止圍巖坍塌，減少洞室變形。在破碎巖石地層中，該方法工藝簡單，造價低，應(yīng)用十分廣泛。在砂土質(zhì)松軟地層中，因砂漿與粘土體粘結(jié)力較低，限制了應(yīng)用；同時因為一次施作距離短，預(yù)支護剛度小，在地應(yīng)力較大、地層位移控制嚴時，也限制了它的使用。(2)超前小導(dǎo)管超前小導(dǎo)管與超前錨桿所不同的是將鋼筋桿體改為空心鋼管，通常管徑36~50mm，管壁預(yù)留注漿孔，管口止?jié){封面后，注入水泥漿。壓力注漿滲透擴散管周較大的砂土體。管周注漿固結(jié)體形成一定厚度的隧道加固圈后，實現(xiàn)超前支護的目的。該方法工藝簡單，造價低，特別是砂、土質(zhì)松軟地層中，應(yīng)用十分廣泛。但因其一次施作距離短，預(yù)支護剛度小，在地層壓力大，地層位移控制要求嚴時，也限制了它的應(yīng)用。(3)水平旋噴注漿噴射注漿法，又稱旋噴法，分為垂直和水平旋噴注漿兩種方法。水平旋噴注漿的施工原理類似于垂直旋噴注漿，只是一個為水平一個為垂直。其施工方法為，首先使用旋噴注漿機，沿著隧道掌子面周邊的設(shè)計位置旋噴注漿形成旋噴柱體，通過固結(jié)體的相互咬合形成預(yù)支護拱棚。一般每根旋噴體，首先通過水平鉆機成孔，鉆到設(shè)計位置以后，隨著鉆桿的退出，用水泥漿或水泥－水玻璃雙漿液旋噴注入鉆成的孔腔，通過高壓射流切割腔壁土體，被切割下的土體與漿液攪拌混合、固結(jié)形成直徑600mm左右的固結(jié)體，同時周圍地層受到壓縮和固結(jié)，其土體的物理力學(xué)性能得到一定程度的改善。旋噴柱體沿隧道拱部形成環(huán)向咬合、縱向搭接的預(yù)支護拱棚，在松散不穩(wěn)定地層隧道中，可有效控制坍塌和地層變形。水平旋噴注漿樁的應(yīng)用在我國還不是很廣，旋噴樁抗彎性能不強，施工控制的難度較大，特別是目前我國的水平旋噴鉆機性能尚未過關(guān)，制約了水平旋噴預(yù)支護技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。(4)械預(yù)切槽法機械預(yù)切槽法首次應(yīng)用于20世紀70年代法國巴黎快速軌道運動系統(tǒng)的一個車站的建造工程中。它是利用專業(yè)的切槽機械，沿隧道外輪廓切割一定深度的切槽。切槽方式有帶鋸式和排鉆式兩種。在硬巖地層中，利用該切槽，作為爆破振動的隔振層，主要起隔振或減振的目的。在軟石或砂質(zhì)地層中，在切槽內(nèi)填筑混凝土，形成預(yù)支護拱，提高隧道穩(wěn)定性。機械切槽預(yù)支護，在國外已有多次成功應(yīng)用的實例，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。在國內(nèi)，軟巖鋸式切槽機尚在研制當中。(5)超前管棚法大管棚(一般管徑75~118mm，長度10~20m)是指開挖掘進前在隧道開挖工作面的上半斷面(呈扇形)或全部沿隧道斷面周邊間隔一定距離用大型水平鉆機鉆孔，鋼管跟入或向孔內(nèi)壓入鋼管而形成鋼管群體。為提高鋼管剛度常向管內(nèi)灌注混凝土或鋼筋籠混凝土。由于一次施作距離大，支護剛度大，它能有效控制土質(zhì)圍巖的下沉松馳和坍塌，好地控制地表沉降量，在城市地鐵施工中廣泛應(yīng)用。

在流砂、含水質(zhì)淤泥地層中，管棚鋼管間流泥、流水問題難以解決，也阻礙了大管棚在該領(lǐng)域的應(yīng)用。

5.2管幕施工技術(shù)的發(fā)展狀況國外管幕技術(shù)發(fā)展較先進的國家主要有美國、日本、英國和德國等。美國是最早采用管幕技術(shù)的國家，在1922~1947年間，美國采用管幕法累計完成鋪管工程830項，鋪管總長度16800m。20世紀50年代開始長距離管幕，20世紀70年代出現(xiàn)了小口徑管幕，以1977~1984年下水道敷設(shè)看，短距離、手挖式的一次頂進方法占半數(shù)以上，長距離的管幕施工方法、半盾構(gòu)方法則逐漸增加。美國1990年以前是液壓管幕占主導(dǎo)，隨著氣動鋼管頂打技術(shù)出現(xiàn)，迅速發(fā)展并取代液壓，液壓管幕已由1990年的80%迅速降為1994年的40%。(1)國外管幕技術(shù)的發(fā)展日本自20世紀70~80年代下水道敷設(shè)中，直徑1000~1850mm者大部分是管幕，直徑大于2000mm的多用襯砌盾構(gòu)施工法，頂進施工法其施工管道長度占下水道總長度的6.3%，另外盾構(gòu)法占2.3%，而明挖施工法占36%。各種工法如鐵鼠掘進機施工法、水平螺旋鉆施工法、鼴鼠式掘進機施工法、土箭施工法應(yīng)運而生。微型機機械施施工法法能使使原先先不可可能的的小口口徑管管幕進進行長長距離離轉(zhuǎn)彎彎施工工，且且比較較經(jīng)濟濟。施施工機機具主主要分分為壓壓入式式、水水平螺螺旋鉆鉆機、、水平平鉆孔孔、泥泥漿加加壓式式施工工，其其中前前兩種種使用用較多多且可可修正正方向向。20世紀90年代日日本super-mini施工法法協(xié)會會開發(fā)發(fā)的適適于大大、中中口徑徑1600～3000mm的長距距離管管幕施施工法法，即即覆膜膜管幕幕法又又一次次飛躍躍地提提高了了管幕幕一次次頂進進的最最大距距離。。日本本還自自行研研制開開發(fā)了了閉水水性、、耐酸酸性好好的鋼鋼筋混混凝土土管、、聚乙乙烯塑塑料管管、鑄鑄鐵管管、增增強塑塑料管管等專專用規(guī)規(guī)范管管材。。英國管管幕技技術(shù)發(fā)發(fā)展也也較快快，1980年從日日本引引進泥泥水平平衡式式管幕幕機械械與當當時西西德合合作施施工的的一條條內(nèi)徑徑為2489mm，長度度為3.2km的管道道已獲獲成功功，且且曾達達到不不用中中繼間間最大大頂距距178m的記錄錄。德國在在大口口徑管管頂進進方面面技術(shù)術(shù)比較較先進進，一一次頂頂進最最長2.2km，最大直徑徑4.4m，如VS864掘進系統(tǒng)，，用感應(yīng)式式激光屏幕幕顯示頂進進位置，采采用快速運運行的液壓壓千斤頂推推頂，每天天進尺達40~50m。1970年的德國漢漢堡下水道道管幕工程程是世界上上首次一次次頂進超千千米的混凝凝土管幕工工程，1987年完成的西西柏林供熱熱水鋼筋混混凝土管道道，內(nèi)徑4.1m，一次頂進進1088m，工程總長長3607m。在小口徑徑管幕方面面：施密特特克朗茨有有限公司開開發(fā)了一種種新的PBA38型頂壓鉆進進設(shè)備可有有效控制敷敷設(shè)接戶支支管以及最最大內(nèi)徑DN300mm的管道且目目標精度高高，管接口口為雙層密密封。(2)國內(nèi)管幕技技術(shù)的發(fā)展展管幕施工法法是中國最最早使用的的非開挖施施工方法，，1953年首次用于于北京西郊郊行政區(qū)污污水管工程程，采用人人工挖掘頂頂進直徑900mm管徑的鑄鐵鐵管。隨后后，上海等等城市也相相繼采用這這一技術(shù)，，但都是手手掘式管幕幕，設(shè)備也也較簡陋。。20世紀70年代，為適適應(yīng)大口徑徑管道穿越越江河的需需要，我國國開始發(fā)展展長距離頂頂進技術(shù)。。1978年研制成功功的三段雙雙鉸型工具具管解決了了百米管幕幕技術(shù)，同同年，上海海又成功開開發(fā)適于軟軟粘土和淤淤泥質(zhì)粘土土的擠壓法法管幕，比比普通手掘掘式管幕效效率提高一一倍以上。。從20世紀80年代開始，，管幕技術(shù)術(shù)在中國有有了很大發(fā)發(fā)展。1981年在穿越甬甬江的管道道工程中，，第一次應(yīng)應(yīng)用中繼間間獲得成功功，頂進長長度達581m，成為當時時繼美國依依里諾斯州州一次頂進進585m之后，世界界一次頂進進最長的管管幕工程。。20世紀90年代我國的的管幕技術(shù)術(shù)已處于世世界先進水水平。1992年上海研制制成功國內(nèi)內(nèi)第一臺加加泥式φ1440mm土壓平衡掘掘進機，在在奉賢排污污工程中，，直徑DN1600mm鋼筋混凝土土管一次頂頂進1511m，創(chuàng)單向一一次頂進混混凝土管的的世界記錄錄。1996年底又設(shè)計計成功可調(diào)調(diào)換止水帶帶的中繼間間在上海黃黃浦江上游游引水工程程中，將內(nèi)內(nèi)徑3500mm的鋼管，單單向一次頂頂進1743m，再創(chuàng)世界界之最，該該工程地面面用微機監(jiān)監(jiān)控，采用用無線電通通訊手段傳傳達到地下下，可隨時時調(diào)整其偏偏差，減輕輕人工負擔擔且確保施施工精度，，目前我國國管幕工程程的管幕直直徑之大、、頂進長度度之長均屬屬世界領(lǐng)先先水平，已已具備一次次頂進3000m管道的能力力。管幕技術(shù)顯顯著的優(yōu)越越性使它得得到了廣泛泛的應(yīng)用，，在給排水水工程、煤煤氣熱力工工程、通信信電纜和發(fā)發(fā)電廠循環(huán)環(huán)水冷卻系系統(tǒng)中采用用管幕施工工法的愈來來愈多，從從經(jīng)濟效益益和社會效效益、環(huán)境境效益，及及三者綜合合比較來看看，管幕施施工明顯具具有實際的的可用性。。5.3管幕預(yù)支護護技術(shù)考慮到流塑塑狀淤泥質(zhì)質(zhì)含水地層層，淺埋和和城市環(huán)境境(周邊建筑物物和地下管管線)等因素，把把隧道暗挖挖施工對環(huán)環(huán)境安全、、對地面交交通和既有有建筑物的的干擾減少少到最低程程度，超前前預(yù)支護是是一項重要要的工程技技術(shù)措施。。傳統(tǒng)的超超前預(yù)支護護剛度較小小、一次施施作距離短短，而管幕幕預(yù)支護中中的鋼管一一般直徑為為200~2500mm，一次施作作距離長，，這種支護護鋼管可作作為整個支支護結(jié)構(gòu)的的一部分，，因此又稱稱為結(jié)構(gòu)性性管棚。5.3.1管幕用作隧隧道預(yù)支護護應(yīng)用現(xiàn)狀狀北京地鐵五五號線崇文文門站總長長202.9m，兩端為兩兩層三拱結(jié)結(jié)構(gòu)，中間間下穿既有有環(huán)線地鐵鐵區(qū)間段，，為單層三三拱結(jié)構(gòu)，，既有線區(qū)區(qū)間結(jié)構(gòu)底底板與車站站單層斷面面頂部凈距距2.858m。由于既有有區(qū)間地鐵鐵軌道允許許沉降小，，傳統(tǒng)的超超前支護技技術(shù)不能控控制車站暗暗挖施工引引起的過量量地層位移移。因此，，采用了雙雙排φ600大直徑鋼管管，長28m一次施作；；振動錘夯夯入，螺旋旋鉆出土的的施工方法法，取得了了工程的預(yù)預(yù)期效果。。(1)北京地鐵五五號線崇文文門站穿越越既有地鐵鐵段北京地鐵五五號線東四四站穿越朝朝內(nèi)菜市場場段，為嚴嚴格控制暗暗挖施工沉沉降，采用用φ159長50.54m、間距0.5m拱部大管棚棚預(yù)支護。。由于該區(qū)區(qū)段管棚一一次施作長長度大，普普通鉆機無無法施作，，采用地質(zhì)質(zhì)鉆機引孔孔、振動錘錘夯入、管管內(nèi)高壓水水出土的施施工方法，，也取得了了工程的預(yù)預(yù)期效果。。(2)北京地鐵五五號線東四四站穿越地地面建筑物物段5.3.2管幕預(yù)支護護的特點因管幕鋼管管頂入時，，正面土體體封閉形式式、開挖方方法和出土土方式的不不同，形成成了不同類類別的管幕幕施工方式式，但均遵遵循一個共共同的原理理，即無論論是否使用用工具管，，首節(jié)切入入管均是切切土頂進，，切入段的的長度視地地層松軟和和穩(wěn)定性的的不同而不不同，如本本工程采用用全長切土土頂入。因因此，管幕幕施工自身身對地層擾擾動極小，，施工安全全可靠。管管幕作為隧隧道施工的的預(yù)支護，，管幕自身身施工遵守守著預(yù)支護護原理。因因此：(1)該工法施工工時無噪音音和震動，，不影響城城市道路交交通；(5)高精度的管管幕機研制制或購置費費用較高，，但作為隧隧道預(yù)支護護一次頂進進長度較短短時，其精精度要求相相對較低，，也可采用用較為簡單單的正面土土體開挖方方法和出土土方式。(2)可以在不采采用氣壓振振動條件下下，使鋼管管頂入，不不擾動砂土土和淤泥地地層；(3)可以在既有有建筑物鄰鄰近進行施施工，小直直徑管自身身頂入施工工引起的地地表沉降通通?？煽刂浦圃?mm以內(nèi)，一般般不需對建建筑進行基基礎(chǔ)托換和和地下管線線改造；(4)作為預(yù)支護護的鋼管埋埋入土體不不能再回收收，成本較較高；5.3.3施工步驟(1)工作面封閉閉或加固處處理對待預(yù)支護護的隧道或或?qū)Э庸ぷ髯髅孢M行封封閉。(2)推進基坑或或反力座準準備根據(jù)所采用用推進設(shè)備備的作業(yè)要要求，鋪設(shè)設(shè)推進機作作業(yè)軌道或或修筑頂力力后背，以以及頂入管管的安裝，，存放場地地。利用頂頂進設(shè)備將將這些鋼管管通過推進進設(shè)備推入入隧道輪廓廓線外的地地層之內(nèi)。。(3)推管管利用用推推進進設(shè)設(shè)備備，，將將整整長長或或分分節(jié)節(jié)管管推推入入地地層層，，形形成成管管幕幕的的預(yù)預(yù)支支護護拱拱。。(4)隧道道開開挖挖在管管幕幕的的超超前前支支護護下下，，進進行行隧隧道道開開挖挖。。5.3.4大剛剛度度管管幕幕預(yù)預(yù)支支護護的的力力學(xué)學(xué)作作用用管幕幕預(yù)預(yù)支支護護因因其其大大剛剛度度及及大大長長度度，，末末端端支支撐撐在在已已支支護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上，，前前端端伸伸入入未未擾擾動動地地層層很很遠遠或或也也支支撐撐在在托托拱拱上上，，使使掌掌子子面面開開挖挖地地層層由由未未擾擾動動的的初初始始平平衡衡直直接接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換到到建建成成隧隧道道的的最最終終平平衡衡，，這這一一點點，，使使管管幕幕預(yù)預(yù)支支護護優(yōu)優(yōu)于于所所有有傳傳統(tǒng)統(tǒng)預(yù)預(yù)支支護護技技術(shù)術(shù)。。傳統(tǒng)統(tǒng)預(yù)預(yù)支支護護技技術(shù)術(shù)都都是是以以掌掌子子面面的的三三維維影影響響為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的，，這這對對隧隧道道的的短短期期穩(wěn)穩(wěn)定定有有重重要要作作用用。。若若根根據(jù)據(jù)地地層層特特征征及及開開挖挖引引起起的的應(yīng)應(yīng)力力分分析析后后證證實實：：掌掌子子面面將將要要發(fā)發(fā)生生變變形形，，那那么么，，在在掌掌子子面面到到達達前前產(chǎn)產(chǎn)生生于于地地層層內(nèi)內(nèi)的的變變形形必必須須為為設(shè)設(shè)計計者者所所接接受受，，否否則則，，就就必必須須借借助助于于繁繁重重昂昂貴貴的的預(yù)預(yù)加加固固處處理理。。在松松散散地地層層的的淺淺埋埋、、大大斷斷面面暗暗挖挖隧隧道道工工程程施施工工中中，，上上述述傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的各各類類超超前前支支護護因因其其強強度度低低、、剛剛度度小小，，雖雖然然可可較較為為有有效效地地控控制制坍坍塌塌，，但但地地層層變變形形、、地地面面沉沉降降值值仍仍然然較較大大，，雖雖然然采采用用很很多多工工藝藝繁繁雜雜的的多多分分部部工工法法，，也也往往往往不不能能滿滿足足地地面面沉沉降降的的控控制制要要求求。。特特別別是是地地面面存存在在高高大大、、對對不不均均勻勻沉沉降降極極其其敏敏感感的的建建筑筑物物或或地地中中埋埋設(shè)設(shè)物物等等。。隨著著城城市市地地下下交交通通網(wǎng)網(wǎng)，，地地下下工工程程建建設(shè)設(shè)的的發(fā)發(fā)展展，，不不可可避避免免遇遇到到的的重重要要敏敏感感地地面面建建筑筑物物和和地地中中埋埋設(shè)設(shè)物物，，含含水水砂砂層層、、淤淤泥泥質(zhì)質(zhì)地地層層等等不不良良地地質(zhì)質(zhì)將將越越來來越越多多，，暗暗挖挖施施工工對對地地面面沉沉降降環(huán)環(huán)境境控控制制要要求求將將越越來來越越嚴嚴，，該該技技術(shù)術(shù)勢勢必必具具有有良良好好的的應(yīng)應(yīng)用用前前景景。。5.4管幕幕預(yù)預(yù)支支護護的的構(gòu)構(gòu)造造形形式式在管管幕幕作作為為隧隧道道預(yù)預(yù)支支護護時時，，根根據(jù)據(jù)工工程程需需要要，，所所頂頂入入的的鋼鋼管管之之間間可可實實現(xiàn)現(xiàn)相相互互連連接接。。在管管幕幕預(yù)預(yù)支支護護施施工工中中，，第第一一根根鋼鋼管管的的中中心心和和高高程程是是關(guān)關(guān)鍵鍵，，它它必必須須精精確確地地安安裝裝，，因因為為它它決決定定了了隨隨后后各各管管的的安安裝裝精精度度。。相相鄰鄰兩兩管管之之間間連連接接是是通通過過在在其其外外側(cè)側(cè)焊焊接接的的互互鎖鎖的的連連接接件件來來實實現(xiàn)現(xiàn)的的。。連連接接件件除除了了起起導(dǎo)導(dǎo)向向作作用用外外，，還還可可以以增增加加支支護護體體系系的的剛剛度度，，并并防防止止地地下下水水流流入入開開挖挖工工作作面面。。連接接件件可可以以是是各各種種形形狀狀，，如如圖圖5-1所示示，，圖圖中中(b)－(f)的連連接接件件均均處處于于管管的的外外側(cè)側(cè)，，因因而而摩摩擦擦阻阻力力較較大大，，連連接接件件容容易易變變形形和和破破壞壞；；圖圖中中(g)的連連接接件件位位于于管管的的內(nèi)內(nèi)側(cè)側(cè)，，摩摩擦擦阻阻力力相相對對較較小小。。所所有有的的鋼鋼管管安安裝裝完完畢畢后后，，可可向向管管內(nèi)內(nèi)灌灌注注混混凝凝土土，，以以防