[发明专利]砂卵石漂石层超前成孔方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市隧道在修建过程中采用浅埋暗挖法“十八字”指导方针中的“管超前”部分，是解决在砂卵石漂石层中超前成孔支护的方法。 

背景技术

城市隧道施工安全是最重要的，安全包含工程安全和人身不受伤害，超前小导管(或称钢管短管棚)注浆是地下工程自稳差的软弱围岩开挖前，在开挖面顶部前方的土体内按一定间距、仰角和长度，钻孔后布置Φ32～42mm的超前小导管，然后在管内进行注浆，加固土体。如图1所示。地下工程向前开挖后，由于在超前小导管加固土体的防护下，能保证在施作初期支护时围岩的稳定性；如果其设计和施工得当，能有效地防止在施工时顶部的坍塌。 

城市隧道在大粒径、高含量砂卵石漂石层中施工，采用盾构工法目前无比较成熟的经验可供参考。因此可以说，盾构工法在此类地层中的施工甚至可以说是一个世界性的难题，因为经过与目前世界上比较知名的盾构机生产厂家进行技术交流与研讨，并没有这方面的成功经验。采用浅埋暗挖法施工时，在该地层内采用不同的施工方法进行试验，得到不同的试验数据，通过试验数据可以看出，在现有的工法条件下，在砂卵石漂石层内施工超前小导管，仍然是一个没有攻克的难题，相关试验条件、内容与结论如下： 

北京地铁大兴线起新区间，起点位于南四环公益西桥处，与既有地铁四号线相接，终点位于新建新宫站，全长1941单延米，全部采用浅埋暗挖 法施工修建，其中起点HDK0+000～HDK0+450段，隧道结构起拱线以上部分全部位于砂卵石层中，卵石最大粒径达到390mm，一般粒径20～50mm，含量在50～70％之间，个别地段最大含量达到85％以上，细砂填充。 

各种工法在砂卵石中成孔的情况如下： 

引孔打入成孔法 

拱部超前小导管由现在的φ32×3.25改为φ25小导管，管长2.5m，管前端做成锥型，采用大锤直接向地层内砸，其打入深度不到1m。于是又采用风钻引孔后用高压风管吹孔的办法，先引孔后再插管，采用大锤砸入，还是不能解决该问题，最后又采用风镐向里面顶的办法，均无法解决该问题。 

YT-28风钻钻进成孔法 

采用YT-28风钻打自进式中空注浆锚杆，为了减少钻孔阻力，用自进式中空注浆锚杆代替焊接钢管超前小导管。根据现场实际试验效果可以看出，在采用该种方法后，因为该种风钻的冲击能及扭矩小，在该地层内能打入自进式中空注浆锚杆1.0～1.5m左右，但是打入长度仍是达不到设计的2.5m要求，同时打设的进度太慢，效率太低，一晚上(约5个小时)才成管5根。 

地质钻机钻进成孔法 

该工法是采用地质钻机能成孔，而且可打深孔，但是设备庞大笨重，占用空间大，在坑道狭小的空间中不便于安装定位移位，打孔作业及深孔注浆作业的每一循环作业时间长，浆液配制难，需专业队伍施工，经济成本高，达到10000元/m，一次性施工完成后可连续施工开挖9m长，但平均 日进度0.43m/天，工序转换困难。 

潜孔锤前进式、后退式深孔注浆法 

前进式深孔注浆前端采用φ140、φ110潜孔锤冲击成孔，在成孔过程中因潜孔锤直径经钻杆直径大，冲击成孔及退杆时容易卡钻、埋钻。且钻杆在冲击旋转的过程中磨损严重，平均每成3个孔就要更换一套钻杆(1.5m/根，共更换12根)，φ75合金钻头旋转成孔虽然成孔时间短，但钻头及钻杆的磨损严重，平均每成2个孔就要更换一套钻杆及钻头(1.5m/根，共更换12根)。 

发明内容

为了弥补现有工法在砂卵石漂石层施工城市隧道时，无法打设超前小导管的缺陷，本发明选用一种90型或70型导轨式重型风钻(导轨式凿岩机，两种均为重型风钻之一，多用于矿山中硬及坚硬岩石中钻孔)与自进式中空注浆锚杆相结合的超前成孔方法，能够满足施工要求。 

施工时先在前一榀格栅上，按设计焊好预留孔口管，待前一榀格栅混凝土喷射完成后，再在隧道上台阶上拼装导轨式重型风钻，安装完成后，安装自进式中空注浆锚杆在钻机上，开动钻机，并根据预留的位置调整导轨式重型风钻的高度与角度，准备就绪后开始钻孔，钻孔过程中根据地质情况控制风力，达到分别调节冲击能与转钎速度与扭矩。待钻孔深度达到要求后退出导轨式重型风钻，则打成一孔。 

本发明的超前成孔方法具有冲击和转钎扭矩大的特点，可分别调节冲击能、转钎速度及扭矩，打孔速度快，安装就位后2分钟左右就能成一孔，在砂卵石层中不易卡钎，重量轻，安装就位移位快，外形尺寸合理，占用 空间小，比较适用于井下狭窄的作业场所，且成本低。在砂卵石漂石层内施工超前小导管具有方便、快速，打设长度满足设计要求，注浆后质量效果好等特点。