专利名称：一种隧道和地下工程无工作间超前大管棚施工工艺方法
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。
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、末根管棚， 15、注浆接头，16、卡耳，17、卡槽，18、推进盘。
具体实施例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。如图4所示，步骤4下入超前大管棚。拆除钻头5后，在钻杆3上安设管棚连接件 11，将大管棚10采用丝扣和连接件相连，逐节按次序，依次推进入管棚孔9内，每节管棚间 采用内外丝扣或焊接相连，为保证后续浆液充满孔，大管棚10外壁设有溢浆孔12。如图5所示，步骤5大管棚末端推进。按设计管棚长度，确认要下入最后一根管棚 14时，拆除管棚连接件11，换装上管棚推进器13利用丝扣15和钻杆连接3，管棚推进器13 另一端卡耳16卡入最后一根管棚14的卡槽17内，推进盘18刚好可以顶住管棚14的末端， 在钻机动力下采用旋转及冲击作用直接将最后一根管棚推进管棚孔9内，直到管棚14末端 到达隧道开挖轮廓线1外，退出钻杆3和管棚推进器13，超前管棚安设完成。如图6所示，步骤6管棚注浆。管棚安设完成后，通过法兰盘7连接注浆接头15 进行注浆施工，浆液沿管棚壁溢浆孔12注入裂隙，通过浆液超前大管棚和软弱地层黏结成 为整体，提高支护效果。如此，逐个管棚进行施工，循环直到所有设计管棚施工完成。
管棚推进器的结构及与管棚连接结构如图7、图8、图9、图10所示。在宜(昌)_万(州)铁路齐岳山隧道纵向230m长的F11高压富水破碎断层的施 工中，进行无工作间超前支护施工工艺方法的试验施工，获得成功，取得较好的经济和社会 效益。
权利要求
一种隧道和地下工程无工作间超前大管棚施工工艺方法，其特征是所述无工作间超前大管棚施工的工艺步骤为先沿隧道设计的开挖轮廓线(1)，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(2)上钻出浅孔，退出钻杆，安装管棚导向管(6)并用锚固剂(8)固定在孔口壁上；通过导向管(6)进行管棚孔(9)作业，采用高压风或水钻成孔；引孔到设计孔深后，退出钻杆(3)，拆除钻头(5)；在钻杆(3)上安设管棚连接件(10)，将大管棚(9)采用丝扣和连接件(10)连接后，启动钻机，利用钻杆冲击旋转逐节按次序将大管棚(9)推进入管棚孔(8)内，每节大管棚(9)之间采用内外丝扣或焊接连接；为保证后续浆液充满孔，大管棚(10)外壁设有溢浆孔(12)；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(14)时，拆除管棚连接件(11)，换装上管棚推进器(13)利用丝扣与钻杆(3)连接，在钻机动力下采用旋转及冲击作用将最后一根管棚(14)推进管棚孔(8)内，直到管棚(14)末端到达隧道开挖轮廓线外，退出钻杆(3)和管棚推进器(13)，超前管棚安设完成；通过法兰盘(7)连接注浆接头(15)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。
全文摘要
本发明提出的隧道和地下工程无工作间超前大管棚施工工艺方法，在设计隧道开挖轮廓线(1)内，利用钻机(4)按照设计参数在止浆墙(2)上钻出浅孔，安装管棚导向管(6)，通过导向管(6)钻设管棚孔(9)至设计孔深，退出钻杆(3)并拆除钻头(5)；钻杆(3)通过管棚连接件(10)与大管棚连接，冲击旋转逐节按次序将大管棚(9)推进管棚孔(8)；下入最后一根管棚(14)时，换装上管棚推进器(13)，直接将管棚推进至隧道开挖轮廓线(1)外，最后进行注浆施工。如此，逐个进行管棚施工，完成所设计的管棚。本发明工艺方法施工方便，可以大大降低工程成本和施工风险，经施工工程试验取得了良好的效果，具有很好的推广应用前景。
文档编号E21D9/10GK101798931SQ20101012248
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者孙国庆, 张民庆, 李治国, 牟松, 肖盛能, 谢敏, 邹明波, 高广义 申请人:中铁隧道集团有限公司