[发明专利]一种隧道和地下工程无工作间超前大管棚施工工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道和地下工程软弱围岩超前大管棚刚性支护技术，主要提出一种在无工作间前提下，进行超前大管棚施工对软弱破碎地层进行预支护，保证地下工程安全开挖的施工方法。

背景技术

在软弱破碎地层中进行隧道和地下工程施工，最容易出现的问题是围岩大变形和开挖洞室坍塌，危及人员、设备安全，造成伤亡事故。对于浅埋隧道严重时引起地表塌陷，地表构筑物安全受到威胁，造成巨大的经济损失。为了保证施工安全，在软弱破碎地层施工过程中，国内外普遍采用超前预支护技术，施工超前刚性大管棚对软弱地层进行预棚架支护，提高软弱围岩承载能力和周边围岩的稳定性，避免局部在开挖施工过程中发生坍塌，为安全快速开挖创造条件。

目前国内外采用的传统大管棚施工法，均必须在工作面前扩大开挖洞室，形成大管棚施工工作间。大管棚施工工作间是沿隧道开挖轮廓线向外环向扩挖60～80cm，纵向长度8～10m。对于需要多循环超前管棚施工的地层，每开挖一个循环(15m)就要施工一次工作间，不仅增加了不必要的开挖工程量，而且在软弱地层扩大断面开挖施工，施工风险加大。

发明内容

本发明提出一种隧道和地下工程无工作间超前大管棚施工工艺方法，直接利用隧道本身开挖空间进行超前大管棚支护施工，尤其适用于多循环软弱地层超前大管棚支护施工，减少开挖工程数量，降低工程成本和施工风险，达到对软弱地层超前支护的目的。

本发明提出的一种隧道和地下工程无工作间超前大管棚施工工艺方法，是针对软弱破碎地层取消传统超前管棚施工需要的工作间，利用原设计隧道开挖空间进行超前支护施工；本发明所提出无工作间超前大管棚施工方法的工艺步骤为：先沿隧道设计的开挖轮廓线，根据设计参数标定管棚开孔位置；钻机就位后，按设计钻孔角度在止浆墙上钻出浅孔，退出钻杆，安装管棚导向管并用锚固剂固定在孔口壁上；通过导向管进行管棚孔作业，采用高压风或水钻成孔；引孔到设计深度后，退出钻杆，拆除钻头；将管棚通过管棚连接件与钻杆连接，启动钻机，利用钻杆冲击旋转逐节按次序将大管棚推进入管棚孔内，每节管棚采用丝扣或焊接连接，为保证后续浆液充满孔，大管棚外壁设有溢浆孔；根据设计管棚长度确定使用管棚节数，按设计管棚长度，确认要下入最后一根管棚时，拆除管棚连接件，换装上管棚推进器利用丝扣和钻杆连接，在钻机动力下采用旋转及冲击作用将最后一根管棚推进管棚孔内，直到管棚末端到达隧道开挖轮廓线外，退出钻杆和管棚推进器，超前管棚安设完成；通过法兰盘连接注浆接头进行注浆施工；浆液沿管棚壁上的溢浆孔注入裂隙，通过浆液超前大管棚和软弱地层黏结成为整体，注浆到设计注浆压力或设计注浆量结束注浆，拆除注浆管子，再进行下根管棚施工，如此循环直到所有设计管棚施工完成。

本发明所提出的取消管棚施工工作间直接利用隧道本身开挖空间进行超前大管棚支护施工工法，尤其适用与多循环软弱地层超前大管棚支护施工，减少开挖工程数量，降低工程成本和施工风险，达到对软弱地层超前支护的目的，满足不良地质条件下隧道开挖快挖、快支的技术要求，同时利用管棚推进器，将管棚末端推进至开挖轮廓线外，解决了隧道开挖施工过程钢管棚的切割问题。

附图说明

图1-图6为本发明无工作间超前大管棚施工工艺的工艺步骤示意图。

图7为管棚推进器的结构示意图。

图8为图7的A向视图。

图9为大管棚末端视图。

图10为管棚推进器与管棚连接示意图。

图11为无工作间超前大管棚施工成果图。

图中，1、隧道开挖轮廓线，2、止浆墙，3、钻杆，4、钻机，5、钻头，6、导向管，7、法兰盘，8、锚固剂，9、管棚孔，10、大管棚，11、连接件，12、溢浆孔，13、管棚推进器，14、最后一根管棚，15、注浆接头，16、卡耳，17、卡槽，18、推进盘。

具体实施方式

结合附图对本发明实施例加以说明：

本发明所提出无工作间超前大管棚施工技术的工艺步骤为：

如图1所示，步骤1钻浅孔。钻机4就位后，根据设计开孔位置及钻孔参数调整钻机角度，钻孔1.5m。

如图2所示，步骤2退出钻杆，安装管棚导向管6。导向管6采用无缝钢管加工制作，一端焊接法兰盘7，导向管安装前在距法兰盘前端部30cm处开始缠绕麻丝成纺锤形，并将锚固剂8放入孔口内，采用钻机4将导向管6顶入钻孔中，导向管6外留20cm。

如图3所示，步骤3钻设大管棚孔。通过导向管6采用和钻孔孔径相匹配的钻头5开始钻设管棚孔9至设计孔深，退出钻杆。