现阶段由于隧道施工技术要求高、动态施工参数变化快，隧道管棚施工虽然只是隧道整体施工中一个不起眼的小环节，以致在设计、施工中往往被大家忽略，没有精准的考虑它自身与隧道进洞、出洞与不同围岩的重要关系，总是简单的沿用前人给出的角度来定向。不科学的导向管夹角往往直接导致管棚侵入围岩，以致给进出洞隧道施工带来安全隐患。为了不影响隧道施工整体质量，有必要将洞口段护拱导向管角度定位的数据进行一下评定，供大家在以后的施工过程中进行参考。
关键词：导向管、管棚、围岩、延米自重下垂量
一、举例数据对照
首先根据自己在隧道施工管理过程中的一些实际数据和大家进行探讨：
十天线垭口梁隧道右线调整角（进口增加4°、出口增加5°）度后数据汇总
备注：路线纵坡3%；设计导向管角度2°。
以上表格中数据均为现场量测，以量测数据再次分析得出，同时也是隧道施工中总结出来的一个新的概念“延米自重下垂量”。延米自重下垂量指的是管棚在不同围岩情况下由于自重而产生的向下弯曲数值的绝对值。
二、围岩分级与地质
不同围岩就会存在差异性的下垂量，就必须明白围岩分级是如何产生。隧道围岩分级是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性而定的作为选择隧道位置、支护类型的依据，同时指导安全施工。
《公路隧道设计规范》(JTG_D70-2004)依照围岩或土体主要特征分级要求为：
Ⅰ级 坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构
Ⅱ级 坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构；较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构
Ⅲ级 坚硬岩，岩体较破碎，巨块(石)碎(石)状镶嵌结构；较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构
Ⅳ级 坚硬岩,岩体破碎,碎裂结构；较坚硬岩,岩体较破碎~破碎,镶嵌碎裂结构；较软岩或软硬岩互层,且以软岩为主,岩体较完整~较破碎,中薄层状结构；土体:1.压密或成岩作用的粘性土及砂性土2.黄土(Q1、Q2)3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土
Ⅴ 级较软岩，岩体破碎;软岩，岩体较破碎~破碎;极破碎各类岩体。碎、裂状、松散结构；一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、圆砾、角砾土及黄土(Q3、Q4)。非粘性土呈松散结构、黏性土及黄土呈松软结构
Ⅵ 级软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等
《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)中对围岩地质条件划分：
坚硬岩(单轴饱和抗压强度Rc>60MPa):受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面(或夹层);层状岩层为巨厚层或厚层，层间结合良好，岩体完整
较坚硬岩(60MPa>Rc>30MPa):受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面(或夹层)和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动;层状岩层为中厚层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象，或为硬质岩石偶夹软质岩石
较软岩(Rc≈15~30MPa):受地质构造影响较重，节理较发育;层状岩层为薄层、中厚层或厚层，层间一般
软岩(Rc≈5~15MPa):受地质构造影响严重，节理发育
土体:稍湿或潮湿的碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土注:层状岩层的层厚划分:巨厚层:厚度大于1.0m; 厚层:厚度大于0.5m，且小于等于1.0m;中厚层:厚度大于0.1m，且小于等于0.5 m; 薄层:厚度小于或等于0.1m。
三、纠偏数据并计算
由自身隧道施工经验并经计算分析纠偏数据得出延米自重下垂量。见下表
延米自重下垂量（经验系数K）
隧道护拱导向管角度设计一般取α=2°；管棚长度大部分设计35米（2米护拱、30米暗洞、3米搭接）。但是大量的施工实践证明α=2°时，管棚都存在侵入初期支护开挖断面现象，因此导致大量管棚在侵入开挖断面后被割断，再用超前小导管或自进式中空注浆锚杆补强后继续掘进的浪费，也增大了施工安全隐患。通过大量的隧道施工总结我得出了上表延米自重下垂量经验系数。
国家级高速公路、一级公路设计规范纵坡最大取值5%。
下行线管棚末端绝对值相对距离变大取正： 35*5%=1.75米；
上行线管棚末端绝对值相对距离变小取负： 35*-5%=-1.75米。
以Ⅴ级围岩为例进行施工计算管棚施工角度：
下行线H下上=sin(2°)*35+35*5%=2.97米（35*5%=1.75米的计算是按照施工图所给纵坡与管棚长度的乘积得来，如果图纸纵坡3%，那么下行线H下上=sin(2°)*35+35*3%=2.27米）；H自重下垂量=-35*0.17=-5.95米；H计=-5.95+2.97=-2.98米。那么计算得到的-2.98就是管棚末端侵入建筑限界的高度。为了避免侵入建筑限界就必须要调整导向管角度来克服自重下的侵限。H自重下垂量就必须通过改变导向管角度进行调整，经计算需要调整角度为在2°的基础上再向上调整3°，共计管棚角度5°。
上行线H上上=sin(2°)*35+35*（-5%）=-0.53米；H自重下垂量=-35*0.17=-5.95米；H计=-5.95+-0.53=-6.48米。那么计算得到的-6.48就是管棚末端侵入建筑限界的高度。同上为了避免侵入建筑限界就必须要调整导向管角度来克服自重下的侵限。H自重下垂量就必须通过改变导向管角度进行调整，经计算需要调整角度为在2°的基础上再向上调整8°，共计管棚角度10°。
现在我们把这个数据代入正在施工的铜黄20标段花石崖左线隧道，来计算隧道左线管棚需要调整的角度。条件：40米长管棚；1.3%的纵坡。经计算：上行线H上上=sin(2°)*40+40*（-1.3%）=0.876米；H自重下垂量=-40*0.17=-6.8米；H计=-6.8+0.876=-5.924米，同上为了避免管棚末端侵入初期支护就必须要调整导向管角度来克服自重下的侵限。H自重下垂量就必须通过改变导向管角度进行调整，经计算或通过画图量测需要调整角度为在2°的基础上再向上调整6°，共计管棚角度8°。
以上计算中角度计算以度为单位分、秒被省略。
四、钻孔机械与工法
管棚钻孔主要采用机械是：履带式凿岩机或者轨道式潜孔钻。整个钻进过程就是随着钻杆的不断跟进已达到设计管棚深度。钻进过程是形成下沉量最主要过程，钻杆自身重量不断深入由于重力作用使形成的钻孔产生弧度，并成几何倍数向垂直于地面方向增加。这种变化也是管棚自重下垂量产生的主要成因，当然也可以说管棚自重下垂量是该变化的直接表现形式。
管棚钻孔必须按照规范要求跳槽钻孔，施工前期给孔位编号；施工中先钻奇数孔后钻偶数孔，并从中间向两侧钻孔，同时钻好一个孔立即安装一根管棚。管棚完全安装到位后，最后给其注浆，必须达到设计压强后拧紧止浆阀门。
依照上面钻孔、装管、注浆工艺，能有效降低岩层中裂隙给钻杆自重下沉带来的其他偏位影响。
参考文献：
公路隧道设计规范 、铁路隧道设计规范
论文作者:戴昇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/23
标签：围岩论文; 自重论文; 隧道论文; 角度论文; 导向论文; 层状论文; 坚硬论文; 《防护工程》2017年第32期论文;