專(zhuān)利名稱(chēng)：一種隧道和地下工程無(wú)工作間超前大管棚施工工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于隧道和地下工程軟弱圍巖超前大管棚剛性支護(hù)技術(shù)，主要提出一種在 無(wú)工作間前提下，進(jìn)行超前大管棚施工對(duì)軟弱破碎地層進(jìn)行預(yù)支護(hù)，保證地下工程安全開(kāi) 挖的施工方法。
背景技術(shù)：
在軟弱破碎地層中進(jìn)行隧道和地下工程施工，最容易出現(xiàn)的問(wèn)題是圍巖大變形和 開(kāi)挖洞室坍塌，危及人員、設(shè)備安全，造成傷亡事故。對(duì)于淺埋隧道嚴(yán)重時(shí)引起地表塌陷，地 表構(gòu)筑物安全受到威脅，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了保證施工安全，在軟弱破碎地層施工過(guò) 程中，國(guó)內(nèi)外普遍采用超前預(yù)支護(hù)技術(shù)，施工超前剛性大管棚對(duì)軟弱地層進(jìn)行預(yù)棚架支護(hù)， 提高軟弱圍巖承載能力和周邊圍巖的穩(wěn)定性，避免局部在開(kāi)挖施工過(guò)程中發(fā)生坍塌，為安 全快速開(kāi)挖創(chuàng)造條件。目前國(guó)內(nèi)外采用的傳統(tǒng)大管棚施工法，均必須在工作面前擴(kuò)大開(kāi)挖洞室，形成大 管棚施工工作間。大管棚施工工作間是沿隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)向外環(huán)向擴(kuò)挖60 80cm，縱向長(zhǎng) 度8 10m。對(duì)于需要多循環(huán)超前管棚施工的地層，每開(kāi)挖一個(gè)循環(huán)(15m)就要施工一次 工作間，不僅增加了不必要的開(kāi)挖工程量，而且在軟弱地層擴(kuò)大斷面開(kāi)挖施工，施工風(fēng)險(xiǎn)加 大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種隧道和地下工程無(wú)工作間超前大管棚施工工藝方法，直接利用隧 道本身開(kāi)挖空間進(jìn)行超前大管棚支護(hù)施工，尤其適用于多循環(huán)軟弱地層超前大管棚支護(hù)施 工，減少開(kāi)挖工程數(shù)量，降低工程成本和施工風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到對(duì)軟弱地層超前支護(hù)的目的。本發(fā)明提出的一種隧道和地下工程無(wú)工作間超前大管棚施工工藝方法，是針對(duì)軟 弱破碎地層取消傳統(tǒng)超前管棚施工需要的工作間，利用原設(shè)計(jì)隧道開(kāi)挖空間進(jìn)行超前支護(hù) 施工；本發(fā)明所提出無(wú)工作間超前大管棚施工方法的工藝步驟為先沿隧道設(shè)計(jì)的開(kāi)挖輪 廓線(xiàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)定管棚開(kāi)孔位置；鉆機(jī)就位后，按設(shè)計(jì)鉆孔角度在止?jié){墻上鉆出淺 孔，退出鉆桿，安裝管棚導(dǎo)向管并用錨固劑固定在孔口壁上；通過(guò)導(dǎo)向管進(jìn)行管棚孔作業(yè)， 采用高壓風(fēng)或水鉆成孔；引孔到設(shè)計(jì)深度后，退出鉆桿，拆除鉆頭；將管棚通過(guò)管棚連接件 與鉆桿連接，啟動(dòng)鉆機(jī)，利用鉆桿沖擊旋轉(zhuǎn)逐節(jié)按次序?qū)⒋蠊芘锿七M(jìn)入管棚孔內(nèi)，每節(jié)管棚 采用絲扣或焊接連接，為保證后續(xù)漿液充滿(mǎn)孔，大管棚外壁設(shè)有溢漿孔；根據(jù)設(shè)計(jì)管棚長(zhǎng)度 確定使用管棚節(jié)數(shù)，按設(shè)計(jì)管棚長(zhǎng)度，確認(rèn)要下入最后一根管棚時(shí)，拆除管棚連接件，換裝 上管棚推進(jìn)器利用絲扣和鉆桿連接，在鉆機(jī)動(dòng)力下采用旋轉(zhuǎn)及沖擊作用將最后一根管棚推 進(jìn)管棚孔內(nèi)，直到管棚末端到達(dá)隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外，退出鉆桿和管棚推進(jìn)器，超前管棚安設(shè) 完成；通過(guò)法蘭盤(pán)連接注漿接頭進(jìn)行注漿施工；漿液沿管棚壁上的溢漿孔注入裂隙，通過(guò) 漿液超前大管棚和軟弱地層黏結(jié)成為整體，注漿到設(shè)計(jì)注漿壓力或設(shè)計(jì)注漿量結(jié)束注漿， 拆除注漿管子，再進(jìn)行下根管棚施工，如此循環(huán)直到所有設(shè)計(jì)管棚施工完成。
本發(fā)明所提出的取消管棚施工工作間直接利用隧道本身開(kāi)挖空間進(jìn)行超前大管 棚支護(hù)施工工法，尤其適用與多循環(huán)軟弱地層超前大管棚支護(hù)施工，減少開(kāi)挖工程數(shù)量，降 低工程成本和施工風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到對(duì)軟弱地層超前支護(hù)的目的，滿(mǎn)足不良地質(zhì)條件下隧道開(kāi)挖 快挖、快支的技術(shù)要求，同時(shí)利用管棚推進(jìn)器，將管棚末端推進(jìn)至開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外，解決了隧 道開(kāi)挖施工過(guò)程鋼管棚的切割問(wèn)題。


圖1-圖6為本發(fā)明無(wú)工作間超前大管棚施工工藝的工藝步驟示意圖。圖7為管棚推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖7的A向視圖。圖9為大管棚末端視圖。圖10為管棚推進(jìn)器與管棚連接示意圖。圖11為無(wú)工作間超前大管棚施工成果圖。圖中，1、隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)，2、止?jié){墻，3、鉆桿，4、鉆機(jī)，5、鉆頭，6、導(dǎo)向管，7、法蘭 盤(pán)，8、錨固劑，9、管棚孔，10、大管棚，11、連接件，12、溢漿孔，13、管棚推進(jìn)器，14、末根管棚， 15、注漿接頭，16、卡耳，17、卡槽，18、推進(jìn)盤(pán)。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例加以說(shuō)明本發(fā)明所提出無(wú)工作間超前大管棚施工技術(shù)的工藝步驟為如圖1所示，步驟1鉆淺孔。鉆機(jī)4就位后，根據(jù)設(shè)計(jì)開(kāi)孔位置及鉆孔參數(shù)調(diào)整鉆 機(jī)角度，鉆孔1.5m。如圖2所示，步驟2退出鉆桿，安裝管棚導(dǎo)向管6。導(dǎo)向管6采用無(wú)縫鋼管加工制 作，一端焊接法蘭盤(pán)7，導(dǎo)向管安裝前在距法蘭盤(pán)前端部30cm處開(kāi)始纏繞麻絲成紡錘形，并 將錨固劑8放入孔口內(nèi)，采用鉆機(jī)4將導(dǎo)向管6頂入鉆孔中，導(dǎo)向管6外留20cm。如圖3所示，步驟3鉆設(shè)大管棚孔。通過(guò)導(dǎo)向管6采用和鉆孔孔徑相匹配的鉆頭 5開(kāi)始鉆設(shè)管棚孔9至設(shè)計(jì)孔深，退出鉆桿。如圖4所示，步驟4下入超前大管棚。拆除鉆頭5后，在鉆桿3上安設(shè)管棚連接件 11，將大管棚10采用絲扣和連接件相連，逐節(jié)按次序，依次推進(jìn)入管棚孔9內(nèi)，每節(jié)管棚間 采用內(nèi)外絲扣或焊接相連，為保證后續(xù)漿液充滿(mǎn)孔，大管棚10外壁設(shè)有溢漿孔12。如圖5所示，步驟5大管棚末端推進(jìn)。按設(shè)計(jì)管棚長(zhǎng)度，確認(rèn)要下入最后一根管棚 14時(shí)，拆除管棚連接件11，換裝上管棚推進(jìn)器13利用絲扣15和鉆桿連接3，管棚推進(jìn)器13 另一端卡耳16卡入最后一根管棚14的卡槽17內(nèi)，推進(jìn)盤(pán)18剛好可以頂住管棚14的末端， 在鉆機(jī)動(dòng)力下采用旋轉(zhuǎn)及沖擊作用直接將最后一根管棚推進(jìn)管棚孔9內(nèi)，直到管棚14末端 到達(dá)隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)1外，退出鉆桿3和管棚推進(jìn)器13，超前管棚安設(shè)完成。如圖6所示，步驟6管棚注漿。管棚安設(shè)完成后，通過(guò)法蘭盤(pán)7連接注漿接頭15 進(jìn)行注漿施工，漿液沿管棚壁溢漿孔12注入裂隙，通過(guò)漿液超前大管棚和軟弱地層黏結(jié)成 為整體，提高支護(hù)效果。如此，逐個(gè)管棚進(jìn)行施工，循環(huán)直到所有設(shè)計(jì)管棚施工完成。
管棚推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)及與管棚連接結(jié)構(gòu)如圖7、圖8、圖9、圖10所示。在宜(昌)_萬(wàn)(州)鐵路齊岳山隧道縱向230m長(zhǎng)的F11高壓富水破碎斷層的施 工中，進(jìn)行無(wú)工作間超前支護(hù)施工工藝方法的試驗(yàn)施工，獲得成功，取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì) 效益。
權(quán)利要求
一種隧道和地下工程無(wú)工作間超前大管棚施工工藝方法，其特征是所述無(wú)工作間超前大管棚施工的工藝步驟為先沿隧道設(shè)計(jì)的開(kāi)挖輪廓線(xiàn)(1)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)定管棚開(kāi)孔位置；鉆機(jī)就位后，按設(shè)計(jì)鉆孔角度在止?jié){墻(2)上鉆出淺孔，退出鉆桿，安裝管棚導(dǎo)向管(6)并用錨固劑(8)固定在孔口壁上；通過(guò)導(dǎo)向管(6)進(jìn)行管棚孔(9)作業(yè)，采用高壓風(fēng)或水鉆成孔；引孔到設(shè)計(jì)孔深后，退出鉆桿(3)，拆除鉆頭(5)；在鉆桿(3)上安設(shè)管棚連接件(10)，將大管棚(9)采用絲扣和連接件(10)連接后，啟動(dòng)鉆機(jī)，利用鉆桿沖擊旋轉(zhuǎn)逐節(jié)按次序?qū)⒋蠊芘?9)推進(jìn)入管棚孔(8)內(nèi)，每節(jié)大管棚(9)之間采用內(nèi)外絲扣或焊接連接；為保證后續(xù)漿液充滿(mǎn)孔，大管棚(10)外壁設(shè)有溢漿孔(12)；根據(jù)設(shè)計(jì)管棚長(zhǎng)度確定使用管棚節(jié)數(shù)，按設(shè)計(jì)管棚長(zhǎng)度，確認(rèn)要下入最后一根管棚(14)時(shí)，拆除管棚連接件(11)，換裝上管棚推進(jìn)器(13)利用絲扣與鉆桿(3)連接，在鉆機(jī)動(dòng)力下采用旋轉(zhuǎn)及沖擊作用將最后一根管棚(14)推進(jìn)管棚孔(8)內(nèi)，直到管棚(14)末端到達(dá)隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外，退出鉆桿(3)和管棚推進(jìn)器(13)，超前管棚安設(shè)完成；通過(guò)法蘭盤(pán)(7)連接注漿接頭(15)進(jìn)行注漿施工，漿液沿管棚壁上的溢漿孔注入裂隙，通過(guò)漿液超前大管棚和軟弱地層黏結(jié)成為整體，注漿到設(shè)計(jì)注漿壓力或設(shè)計(jì)注漿量結(jié)束注漿；拆除注漿管子，再進(jìn)行下根管棚施工，如此循環(huán)直到所有設(shè)計(jì)管棚施工完成。
全文摘要
本發(fā)明提出的隧道和地下工程無(wú)工作間超前大管棚施工工藝方法，在設(shè)計(jì)隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)(1)內(nèi)，利用鉆機(jī)(4)按照設(shè)計(jì)參數(shù)在止?jié){墻(2)上鉆出淺孔，安裝管棚導(dǎo)向管(6)，通過(guò)導(dǎo)向管(6)鉆設(shè)管棚孔(9)至設(shè)計(jì)孔深，退出鉆桿(3)并拆除鉆頭(5)；鉆桿(3)通過(guò)管棚連接件(10)與大管棚連接，沖擊旋轉(zhuǎn)逐節(jié)按次序?qū)⒋蠊芘?9)推進(jìn)管棚孔(8)；下入最后一根管棚(14)時(shí)，換裝上管棚推進(jìn)器(13)，直接將管棚推進(jìn)至隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)(1)外，最后進(jìn)行注漿施工。如此，逐個(gè)進(jìn)行管棚施工，完成所設(shè)計(jì)的管棚。本發(fā)明工藝方法施工方便，可以大大降低工程成本和施工風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)施工工程試驗(yàn)取得了良好的效果，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)E21D9/10GK101798931SQ20101012248
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者孫國(guó)慶, 張民慶, 李治國(guó), 牟松, 肖盛能, 謝敏, 鄒明波, 高廣義 申請(qǐng)人:中鐵隧道集團(tuán)有限公司