1 ·工程概况
（1）裕华路某地下通道位于石家庄市最繁华的迎宾大道裕华路东段，隧道南北向穿越裕华路，隧道全长约120m，宽度10m，高度6m。全隧道按浅埋暗挖法设计和施工，洞内拱部轮廓设计为半圆形，原设计初期支护采用间距75cm的I22a工字钢钢拱架闭合支撑，锚—网—喷25cmC20混凝土。
场地地层属于第四系全新统—晚更新统，依其岩性及物理力学性质划分为5个工程地质层，自上而下分述如下：
①层杂填土。本层包括路面结构层及路面基层，灰黑色，主要成分包括沥青混凝土路面、碎石土和石灰土，一般厚度0.6m。
②层新近堆积黄土状粉质粘土。 浅褐色，稍湿，硬塑，具非自重湿陷性，中等压缩性。土质不均匀，含植物根系和虫孔，局部含碎砖瓦片等。一般层厚0.40~1.70m。
③层黄土状粉质粘土。浅褐色，稍湿—湿，可塑—硬塑，具非自重湿陷性，中高压缩性。局部夹薄层粉土，土质不均匀，一般层厚4.50~5.80m。
④层细砂。灰黄色或灰白色，稍湿，稍密—中密，主要成分为石英，长石，含少量云母和暗色矿物。局部夹有粉土夹层，工程性质较好。一般层厚2~3m。
⑤层粉质粘土。黄褐色，稍湿—湿，可塑—软塑，夹薄层粉土，中等压缩性。一般层厚5~6m。
由于裕华路为石家庄市迎宾大道，属于城市主干道，因此路面以下管线众多，包括煤气管道、热力管道、电力隧道、通信管道、上水管道、雨水方沟、污水方沟等。其中，雨水方沟和污水方沟底板距离隧道顶板只有60cm，如果隧道顶板发生较大沉陷导致方沟渗漏那后果将不堪设想。隧道原计划按照正台阶+CD工法进行施工，但是刚开始便发现随着隧道的开挖地面迅速变形，几天内最大沉降已经达到12~15cm，且还在持续发展导致停工，证明这一方案不可行。在随后的专家会上提出采用超前长管棚支护技术，但在具体实施时又遇到了困难。因隧道和雨污方沟距离太近，原施工单位经过试孔后担心无法精密控制孔斜而放弃，后经协商由我公司继续实施。
2· 长管棚设计
长管棚工法是隧道开挖施工中用以防止掌子面坍塌并限制围岩变形的一种预支护手段，其主要原理是在隧道开挖之前沿隧道衬砌外缘部位施工一排纵向钢花管，再往管内注浆以加固围岩围岩、充填钢管内及其与孔壁之间的空隙，使钢管桩体形成棚状围护结构，与分步架设的钢拱架、分布钢筋网片及喷射混凝土一起形成综合防护体系，以确保隧道施工安全。
根据本工程实际情况，每个管棚工作室的长管棚立面、纵向布置见图1、图2。
具体设计参数如下：
（1）沿隧道走向每隔12~15m设置一个管棚工作室，管棚工作室长度为3m，拱券外扩40~50cm；
（2）长管棚只在隧道起拱部位设置，即钢管布设在圆心角为120°的隧道拱部，每个断面布设钻孔35根，管棚的相邻管心之间间距为40cm；
（3）仰角根据分段管棚长度和该段地下管线相对关系并结合测斜仪测量结果综合确定，仰角一般为3°~6°；
（4）每段管棚施工长度为15~18m，相邻两段管棚搭接长度不小于1m；
（5）钻孔直径130mm，钢管为热轧无缝钢管，直径Φ108mm，壁厚6mm，节长1.5m，套管除孔口段外（2m左右）均加工花眼，花眼直径5mm，花眼间距为0.5m。
（6）注浆主材为ps32.5水泥，水灰比0.5∶1，加入适量复合减水剂，固结体强度不小于C20。
本工程管棚施工工艺流程如下：
管棚工作室支护→搭设施工平台→钻机安装定位→跟管钻进→偏斜纠正→孔口封堵→注浆→移位。
2.1 管棚工作室开挖支护
管棚的位置在隧道顶板以上，不能占用隧道结构空间，所以其施工需要有一个空间要求，在本工程中，要求用以管棚施工的工作室径向超挖40cm，空间长度为3m。
工作室开挖支护严格按照正台阶法和中隔断法进行施工，开挖后及时施作锚杆、安放钢拱架、铺设钢筋网、喷射混凝土，及时封闭围岩形成安全稳定的施工环境。
2.2 搭设平台安装钻机
钻机平台采用钢管脚手架搭设，首先将管棚的孔位在掌子面上全部测放出来并作好标记，平台应一次性搭好，搭设平台时根据拱券形状和钻孔位置进行搭设，使得钻机高度和施工倾角适合钻孔的要求。
平台支撑点钢管均进入地层50cm，水平向使用纵横扫地杆连接牢固，确保施工平台稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。采用YG60钻机进行管棚施工，钻机固定于平台上要牢靠稳固，采用倒链进行移位调整。钻机要求与已设定好的钻孔方向平行，钻头精确定位于标记孔位，用罗盘反复调整，确保钻机钻杆轴线与设计钻孔方向相吻合。
2.3 钻孔
钻机就位后开始安装钻杆、钻具进行空转检查，钻杆Φ89mm，钻具采用Φ127mm偏心跟管钻具进行风动潜孔钻进施工，配套动力为美国寿力825XH柴动螺杆空压机，其流量为23.4m3/min，额定压力为13.8bar。
施工时螺杆空压机放置于隧道一端的地面上，通过高压风管送风到地下施工掌子面，前后台通过对讲机进行联系。
空转正常后开始安装套管，后台送风进行跟管钻进，钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0m后可根据地质情况可逐渐调整钻速及风压。
钻孔施工应采取跳打措施，认真做好钻进过程的原始记录，及时对孔口排渣进行地质判断、描述，当排渣出现软泥或者钻孔内有水渗出时必须停止钻进，马上采取孔内注浆封堵的方法进行处理，以免发生透水事故。
钻至设计深度后开启高压气自孔底向孔口清理孔内浮渣，经过深度和孔斜验收后进入下一个钻孔施工。
2.4 测斜纠倾
钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，确保管棚精确设置在各种地下管线和隧道顶板之间，既不能对相邻的管线造成损害，也不能进入隧道顶板以下而影响隧道结构施工。孔斜测量仪器为上海力擎地质仪器有限公司生产的 KXP-2SG 型水平孔数字罗盘测斜仪，施工时每钻进5m进行一次孔斜测量，根据测量数据计算出钻孔倾斜值和钻头所在标高，分析预测其继续钻进可能偏差的程度。如果孔斜误差在允许的范围内，钻孔不会对地下管线造成损坏且不会进入隧道顶板以内则可顺利钻进，否则就应采取纠倾措施。
钻孔纠倾采取如下措施：如果倾斜幅度不大时可采取钻杆加扶正器等措施继续钻进；当倾斜较大时则将钻具从孔内抽出，调整钻机钻进倾角重新开钻。当钻孔向上倾斜过大时适当减小钻杆仰角，当钻孔向下倾斜过大时增大钻杆仰角，一般调整1°~2°即可满足孔斜要求。
2.5 注浆
钻孔跟管钻进终孔后对钢管与土体间缝隙采用M10砂浆进行封堵，待砂浆养护至一定强度后进行管内注浆施工，注浆施工应隔孔进行，相邻钻孔不得在同一次序进行注浆。
注浆采用KBY-50/70双液注浆泵进行施工，设计注浆压力0.5MPa，持压15min后停止注浆。
3 ·施工过程及变形分析
为缩短施工工期，管棚施工采取自南北两端依次轮换进行施工，首先在隧道南端竖井工作坑施工第一段管棚，将该断面管棚施工完毕后进行养护，然后按照浅埋暗挖法进行该段隧道开挖支护施工，施工完毕该段隧道则进行掌子面管棚工作室开挖支护；期间管棚施工转移到隧道北端继续进行，待隧道北端管棚施工完毕并养护至一定强度后，进行北段隧道的分步开挖支护施工，管棚施工则转移到隧道南端管棚工作室继续进行，如此交替往复形成流水作业，大大提高了施工效率，完成整个隧道施工共用了50d时间。
在施工期间沿隧道轴向每5m一个断面进行地面变形观测，每个监测断面宽度不小于3倍隧道最大洞径，监测点密度5m/个。监测结果表明：在实施管棚支护之前，隧道顶板上部地面呈现盆状下沉趋势，几天之内其沉陷量达到10cm以上，且沉降变形并没有停止的迹象，隧道施工不得不中止进行；施作管棚预支护之后，沿各监测断面监测到的沉降变形量都很小，整个隧道完工后监测到的路面最大沉降量仅仅为2cm，且各点变形在隧道施工结束后很快趋于稳定，没有出现沉降增大的现象，充分体现了超前长管棚支护措施的有效性。
4· 结语
（1）对于城市市政大型隧道面临复杂地下施工条件时采用长管棚预支护技术，可以大大增加隧道施工的安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。
（2）在长管棚支护手段下施工，可严格控制地面沉降，对于保证地下管线的安全以及保证隧道施工安全均有重要意义。
（3）在精密测量手段辅助下进行管棚施工，可以在地下各种管线之间的狭小空间内“穿针引线”，这对于复杂地下环境下隧道的安全施工具有重要的借鉴价值。
（1）裕华路某地下通道位于石家庄市最繁华的迎宾大道裕华路东段，隧道南北向穿越裕华路，隧道全长约120m，宽度10m，高度6m。全隧道按浅埋暗挖法设计和施工，洞内拱部轮廓设计为半圆形，原设计初期支护采用间距75cm的I22a工字钢钢拱架闭合支撑，锚—网—喷25cmC20混凝土。
场地地层属于第四系全新统—晚更新统，依其岩性及物理力学性质划分为5个工程地质层，自上而下分述如下：
①层杂填土。本层包括路面结构层及路面基层，灰黑色，主要成分包括沥青混凝土路面、碎石土和石灰土，一般厚度0.6m。
②层新近堆积黄土状粉质粘土。 浅褐色，稍湿，硬塑，具非自重湿陷性，中等压缩性。土质不均匀，含植物根系和虫孔，局部含碎砖瓦片等。一般层厚0.40~1.70m。
③层黄土状粉质粘土。浅褐色，稍湿—湿，可塑—硬塑，具非自重湿陷性，中高压缩性。局部夹薄层粉土，土质不均匀，一般层厚4.50~5.80m。
④层细砂。灰黄色或灰白色，稍湿，稍密—中密，主要成分为石英，长石，含少量云母和暗色矿物。局部夹有粉土夹层，工程性质较好。一般层厚2~3m。
⑤层粉质粘土。黄褐色，稍湿—湿，可塑—软塑，夹薄层粉土，中等压缩性。一般层厚5~6m。
由于裕华路为石家庄市迎宾大道，属于城市主干道，因此路面以下管线众多，包括煤气管道、热力管道、电力隧道、通信管道、上水管道、雨水方沟、污水方沟等。其中，雨水方沟和污水方沟底板距离隧道顶板只有60cm，如果隧道顶板发生较大沉陷导致方沟渗漏那后果将不堪设想。隧道原计划按照正台阶+CD工法进行施工，但是刚开始便发现随着隧道的开挖地面迅速变形，几天内最大沉降已经达到12~15cm，且还在持续发展导致停工，证明这一方案不可行。在随后的专家会上提出采用超前长管棚支护技术，但在具体实施时又遇到了困难。因隧道和雨污方沟距离太近，原施工单位经过试孔后担心无法精密控制孔斜而放弃，后经协商由我公司继续实施。
2· 长管棚设计
长管棚工法是隧道开挖施工中用以防止掌子面坍塌并限制围岩变形的一种预支护手段，其主要原理是在隧道开挖之前沿隧道衬砌外缘部位施工一排纵向钢花管，再往管内注浆以加固围岩围岩、充填钢管内及其与孔壁之间的空隙，使钢管桩体形成棚状围护结构，与分步架设的钢拱架、分布钢筋网片及喷射混凝土一起形成综合防护体系，以确保隧道施工安全。
根据本工程实际情况，每个管棚工作室的长管棚立面、纵向布置见图1、图2。
具体设计参数如下：
（1）沿隧道走向每隔12~15m设置一个管棚工作室，管棚工作室长度为3m，拱券外扩40~50cm；
（2）长管棚只在隧道起拱部位设置，即钢管布设在圆心角为120°的隧道拱部，每个断面布设钻孔35根，管棚的相邻管心之间间距为40cm；
（3）仰角根据分段管棚长度和该段地下管线相对关系并结合测斜仪测量结果综合确定，仰角一般为3°~6°；
（4）每段管棚施工长度为15~18m，相邻两段管棚搭接长度不小于1m；
（5）钻孔直径130mm，钢管为热轧无缝钢管，直径Φ108mm，壁厚6mm，节长1.5m，套管除孔口段外（2m左右）均加工花眼，花眼直径5mm，花眼间距为0.5m。
（6）注浆主材为ps32.5水泥，水灰比0.5∶1，加入适量复合减水剂，固结体强度不小于C20。
本工程管棚施工工艺流程如下：
管棚工作室支护→搭设施工平台→钻机安装定位→跟管钻进→偏斜纠正→孔口封堵→注浆→移位。
2.1 管棚工作室开挖支护
管棚的位置在隧道顶板以上，不能占用隧道结构空间，所以其施工需要有一个空间要求，在本工程中，要求用以管棚施工的工作室径向超挖40cm，空间长度为3m。
工作室开挖支护严格按照正台阶法和中隔断法进行施工，开挖后及时施作锚杆、安放钢拱架、铺设钢筋网、喷射混凝土，及时封闭围岩形成安全稳定的施工环境。
2.2 搭设平台安装钻机
钻机平台采用钢管脚手架搭设，首先将管棚的孔位在掌子面上全部测放出来并作好标记，平台应一次性搭好，搭设平台时根据拱券形状和钻孔位置进行搭设，使得钻机高度和施工倾角适合钻孔的要求。
平台支撑点钢管均进入地层50cm，水平向使用纵横扫地杆连接牢固，确保施工平台稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。采用YG60钻机进行管棚施工，钻机固定于平台上要牢靠稳固，采用倒链进行移位调整。钻机要求与已设定好的钻孔方向平行，钻头精确定位于标记孔位，用罗盘反复调整，确保钻机钻杆轴线与设计钻孔方向相吻合。
2.3 钻孔
钻机就位后开始安装钻杆、钻具进行空转检查，钻杆Φ89mm，钻具采用Φ127mm偏心跟管钻具进行风动潜孔钻进施工，配套动力为美国寿力825XH柴动螺杆空压机，其流量为23.4m3/min，额定压力为13.8bar。
施工时螺杆空压机放置于隧道一端的地面上，通过高压风管送风到地下施工掌子面，前后台通过对讲机进行联系。
空转正常后开始安装套管，后台送风进行跟管钻进，钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0m后可根据地质情况可逐渐调整钻速及风压。
钻孔施工应采取跳打措施，认真做好钻进过程的原始记录，及时对孔口排渣进行地质判断、描述，当排渣出现软泥或者钻孔内有水渗出时必须停止钻进，马上采取孔内注浆封堵的方法进行处理，以免发生透水事故。
钻至设计深度后开启高压气自孔底向孔口清理孔内浮渣，经过深度和孔斜验收后进入下一个钻孔施工。
2.4 测斜纠倾
钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，确保管棚精确设置在各种地下管线和隧道顶板之间，既不能对相邻的管线造成损害，也不能进入隧道顶板以下而影响隧道结构施工。孔斜测量仪器为上海力擎地质仪器有限公司生产的 KXP-2SG 型水平孔数字罗盘测斜仪，施工时每钻进5m进行一次孔斜测量，根据测量数据计算出钻孔倾斜值和钻头所在标高，分析预测其继续钻进可能偏差的程度。如果孔斜误差在允许的范围内，钻孔不会对地下管线造成损坏且不会进入隧道顶板以内则可顺利钻进，否则就应采取纠倾措施。
钻孔纠倾采取如下措施：如果倾斜幅度不大时可采取钻杆加扶正器等措施继续钻进；当倾斜较大时则将钻具从孔内抽出，调整钻机钻进倾角重新开钻。当钻孔向上倾斜过大时适当减小钻杆仰角，当钻孔向下倾斜过大时增大钻杆仰角，一般调整1°~2°即可满足孔斜要求。
2.5 注浆
钻孔跟管钻进终孔后对钢管与土体间缝隙采用M10砂浆进行封堵，待砂浆养护至一定强度后进行管内注浆施工，注浆施工应隔孔进行，相邻钻孔不得在同一次序进行注浆。
注浆采用KBY-50/70双液注浆泵进行施工，设计注浆压力0.5MPa，持压15min后停止注浆。
3 ·施工过程及变形分析
为缩短施工工期，管棚施工采取自南北两端依次轮换进行施工，首先在隧道南端竖井工作坑施工第一段管棚，将该断面管棚施工完毕后进行养护，然后按照浅埋暗挖法进行该段隧道开挖支护施工，施工完毕该段隧道则进行掌子面管棚工作室开挖支护；期间管棚施工转移到隧道北端继续进行，待隧道北端管棚施工完毕并养护至一定强度后，进行北段隧道的分步开挖支护施工，管棚施工则转移到隧道南端管棚工作室继续进行，如此交替往复形成流水作业，大大提高了施工效率，完成整个隧道施工共用了50d时间。
在施工期间沿隧道轴向每5m一个断面进行地面变形观测，每个监测断面宽度不小于3倍隧道最大洞径，监测点密度5m/个。监测结果表明：在实施管棚支护之前，隧道顶板上部地面呈现盆状下沉趋势，几天之内其沉陷量达到10cm以上，且沉降变形并没有停止的迹象，隧道施工不得不中止进行；施作管棚预支护之后，沿各监测断面监测到的沉降变形量都很小，整个隧道完工后监测到的路面最大沉降量仅仅为2cm，且各点变形在隧道施工结束后很快趋于稳定，没有出现沉降增大的现象，充分体现了超前长管棚支护措施的有效性。
4· 结语
（1）对于城市市政大型隧道面临复杂地下施工条件时采用长管棚预支护技术，可以大大增加隧道施工的安全度，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。
（2）在长管棚支护手段下施工，可严格控制地面沉降，对于保证地下管线的安全以及保证隧道施工安全均有重要意义。
（3）在精密测量手段辅助下进行管棚施工，可以在地下各种管线之间的狭小空间内“穿针引线”，这对于复杂地下环境下隧道的安全施工具有重要的借鉴价值。