专利名称：一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法
技术领域：
本发明属于地下工程施工技术领域，具体涉及一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法。
背景技术：
某煤矿运输斜井采用TBM掘进机开挖隧道，该盾构隧道采用钢筋混凝土预制管片建造，其具体的施工设计要求如下:①位于煤层段(水平段)需要在斜井侧壁开洞(即钢筋混凝土预制管片侧向考虑满足开洞施工要求)，预留开洞尺寸为高4.4m、宽为7.5m (其中钢筋混凝土管片环宽1.5m);②要求一级防水。但是上述的设计要求在具体施工中存在以下问题:一是煤层(开洞处)围岩破碎且稳定性较差，开洞施工围岩存在塌方危险；二是开洞尺寸较大，需要卸除5环宽度尺寸的管片，并且高度达4.4m,因此钢筋混凝土预制管片横断面极为不稳定。为了解决围岩以及钢筋混凝土预制管片不稳定的问题，需要进行加固作业。目前通常采用注浆锚杆对隧道围岩进行加固作业，即首先在钢筋混凝土预制管片上钻孔，孔洞深入至围岩内部，之后在围岩孔洞中插入锚杆并注浆固定，以达到加固围岩的效果。采用此种加固方法的缺点在于直接在管片上钻孔开洞对于管片的整体性造成极大的影响，同时由于直接在管片上打设锚杆而所留下的孔洞难以满足一级防水的要求，使该隧道存在渗水隐患。因此需寻求一种新型的预制管片隧道内加固围岩并使围岩和预制管片形成一体结构共同承载的施工方法。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法，该施工方法通过在钢筋混凝土预制管片内预埋预制模壳，并通过在该预制模壳内打设中空注浆锚杆体以加固围岩和兼顾钢筋混凝土预制管片的稳定，利用中空注浆锚杆体将围岩和钢筋混凝土预制管片连接加固呈一体形成承载结构。本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法，涉及钢筋混凝土预制管片，其特征在于所述施工方法至少包括以下步骤:A.将预制模壳预埋于所述钢筋混凝土预制管片内，所述预制模壳呈阶梯状，即由大圆柱壳体和小圆柱壳体轴向连接构成，并在所述大圆柱壳体端口设置内螺纹待所述钢筋混凝土预制管片在所述隧道内安装完成后，在所述大圆柱壳体的端口设置一止推件，所述止推件的中心具有一开孔；将一钻杆经所述开孔穿入所述预制模壳内，对所述围岩体进行钻孔施工，直至达到设计深度；C.之后，取出所述钻杆和止推件，经所述大圆柱壳体端口插入一中空注浆锚杆体并深入至所述围岩体钻孔底部，而后依次安装注浆接头管和止推件，完成注浆加固作业，使所述小圆柱壳体、所述围岩体以及中空注浆锚杆体成为一体结构；D.待所述一体结构内注浆加固达到强度要求后，在所述预制模壳的端口设置可拆卸式的止水装置。
所述止推件为直径一大一小的两节阶梯状圆柱体，在所述止推件的中部开设有贯穿所述两节阶梯状圆柱体的开孔，紧贴所述开孔的内壁面以及所述止推件的顶面设置有橡胶防护套，所述橡胶防护套为一体结构，在所述止推件的顶面间隔开设有若干螺孔；并在所述止推件顶面的橡胶防护套之上设置一环形压板，所述环形压板上开设有与所述螺孔位置相对应的圆孔，通过在所述环形压板的圆孔中旋入平机螺丝至所述螺孔中以使所述橡胶防护套与所述止推件形成一体；在直径小的所述圆柱体上开设有外螺纹，以使所述止推件可与所述预制模壳尾端口的内螺纹构成螺纹配合连接。在注浆准备时，在大圆柱壳体内腔底面设置止浆装置，设置步骤为:在所述大圆柱壳体与所述小圆柱壳体连接处内侧，即在所述中空注浆锚杆体一端固定套设一圈橡胶止浆塞，之后在所述中空注浆锚杆体上套设一压板，所述压板直径大于所述围岩钻孔直径，最后通过在所述中空注浆锚杆体上旋入一螺母并拧紧以使所述压板紧贴所述橡胶止浆塞，达到封堵止浆的目的。在注浆准备时，所述中空注浆锚杆体一端连接所述注浆接头管，并在所述大圆柱壳体的端口设置所述止推件，其中所述注浆接头管上设置有一止退盘，使所述止退盘紧贴所述止推件顶面设置，并在所述注浆接头管上设置一六棱体，以便于安装和拆卸所述注浆接头管。本发明的优点是，①可在预制管片隧道内对围岩体实施注浆锚杆加固围岩体，使隧道主体结构与锚杆紧密结合，并与加固后的围岩体共同形成承载体；②通过在钢筋混凝土预制管片内预埋预制模壳，并通过在预制模壳内设置橡胶止推件，有效控制钻杆横向振动对于预制模壳的影响在预制模壳的尾端口采用防水组件或止水盖以起到防水作用，满足了隧道的防水要求，同时由于防水组件或止水盖可更换，解决了由于橡胶止水材料老化、失效，与隧道设计使用寿命较难同期的问题；④本施工方法尤其适用于围岩质量较差、要求开洞较大的预制管片隧道采用。
图1为本发明中钢筋混凝土预制管片内预埋有预制模块的示意 图2为本发明中预制模壳示意 图3为本发明中预制模壳的G视 图4为本发明中预制模壳内螺纹示意 图5为本发明中止推件套入钻杆旋入预制模壳后三者之间的相互关系 图6为本发明中锚杆安装示意 图7为本发明中中空注浆锚杆体尾部旋入注浆接头管示意 图8为本发明中止推件旋入预制模壳压紧注浆接头管示意 图9为本发明中预制模壳内安装止水组件示意 图10为本发明中预制模壳内安装止水盖示意 图11为本发明中锚杆示意图及其尾端结构放大 图12为本发明中止推件的立面图和剖面 图13为本发明中止推件的E视 图14为本发明中止推件的D-D剖面图； 图15为本发明中止推件的F视 图16为本发明中注浆接头管示意图。
具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
如图1-16，图中标记1-9分别为:钢筋混凝土预制管片I ;预制模壳2、小圆柱壳体2.1、模壳端盖2.2、遇水膨胀橡胶圈2.3、止水环片2.4、内螺纹2.5、大圆柱壳体2.6 ;钻杆3 ;止推件4、橡胶防护套4.1、环形压板4.2、平机螺丝4.3、外螺纹4.4、扳扭4.5 ;锚杆5、中空注浆锚杆体5.1、螺母5.2、压板5.3、橡胶止浆塞5.4、外螺纹5.5 ;钻孔6 ;注浆接头管7、内螺纹7.1、止退盘7.2、六棱体7.3、外螺纹7.4 ;止水组件8、止水盖9。实施例:如图1-16所示，本实施例具体涉及一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法，该施工方法尤其适用于围岩质量较差、要求开洞较大的预制管片隧道，具体包括以下施工步骤:
①如图1-4所示，根据施工要求选用合适尺寸的预制模壳2，将其预埋于钢筋混凝土预制管片I的模板中并浇筑形成预制件，预制模壳2呈阶梯状，具体由小圆柱壳体2.1和大圆柱壳体2.6轴向连接构成，在小圆柱壳体2.1的端口设置有一模壳端盖2.2以封装管口，防止预制时混凝土浆液流入；在大圆柱壳体2.6的端口内壁面上设置有内螺纹2.5，内螺纹
2.5主要用于与后续安装的止推件4和止水盖9进行螺纹配合连接；
②如图2、5、12、13、14、15所示，待钢筋混凝土预制管片I在隧道内安装完成之后，根据隧道钢筋混凝土预制管片I预留开孔的位置，对围岩进行注浆锚杆加固作业，在大圆柱壳体2.6的端口旋入止推件4，两者螺纹配合连接，在其中部开设有一贯穿开孔；之后将钻杆3穿过该开孔进入预制模壳2内直抵其模壳端盖2.2，其后启动钻杆3对围岩进行钻孔施工，直至达到设计深度，构成围岩体钻孔6 ;其中止推件4具体由直径一大一小的两节阶梯状圆柱体构成，在止推件4的中心位置处开设有贯穿前述两节阶梯状圆柱体的开孔，紧贴该开孔的内壁面以及止推件4的顶面设置有橡胶防护套4.1，橡胶防护套4.1为一体结构，可有效控制钻杆3在工作时横向振动对于预制模壳2的机械损伤，在止推件4的顶面环向间隔开设有若干螺栓孔，在环形压板4.2上环向间隔开设有若干圆孔，各圆孔的位置与螺栓孔的位置及大小均一一对应，环形压板4.2设于止推件4的顶面，同时通过在其圆孔中旋入平机螺丝4.3至螺栓孔中以使橡胶防护套4.1位于止推件4顶面的部分得以压紧，与止推件4形成一体结构；并且在该直径小的圆柱体上开设有外螺纹4.4，外螺纹4.4与预制模壳2的内螺纹2.5相适配；为了方便止推件4的旋入与旋开，在其直径大的圆柱体上设置有扳扭
4.5 ；
③如图6、11所不，待围岩体钻孔6完成之后，取出钻杆3和止推件4;之后在钻孔6内插入锚杆5并深入到钻孔6底部，锚杆5主要由中空注浆锚杆体5.1以及一止浆装置构成，中空注衆锚杆体5.1的长度略大于钻孔6与小圆柱壳体2.1长度之和,在中空注衆锚杆体
5.1的尾端设置有外螺纹5.5，其中止浆装置具体设置于小圆柱壳体2.1与大圆柱壳体2.6的连接处，具体为在中空注浆锚杆体5.1上固定套设一圈橡胶止浆塞5.4，之后在中空注浆锚杆体5.1上套设压板5.3,压板5.3的直径大于围岩体钻孔6的直径,也大于预制模壳2内小圆柱壳体2.1的直径，最后通过在中空注浆锚杆体5.1上旋入螺母5.2后将中空注浆锚杆体5.1塞入钻孔；
④如图7、8、16所示，待锚杆5设置固定完成之后，在锚杆5的尾端螺纹配合连接一注浆接头管7，注浆接头管7的顶端设置有内螺纹7.1，内螺纹7.1与中空注浆锚杆体5.1的外螺纹5.5相适配，而在其尾端设置有外螺纹7.4，在注浆接头管7的中部还设置有一止退盘7.2 ;之后自注浆接头管7的尾部套设入止推件4，并且止推件4与预制模壳2螺纹配合连接，通过旋入止推件4压紧止退盘7.2，以稳固注浆接头管7、防止注浆过程中中空注浆锚杆体5.1后退并封堵钻孔6防止浆液溢出的目的，注浆接头管7的尾端与注浆机相连接，之后对围岩钻孔进行注浆加固作业；在注浆接头管7上设置有六棱体7.3，以便于安装和拆卸注衆接头管7 ；
⑤如图9、10所示，待围岩体注浆加固达到强度要求后，取出止推件4和注浆接头管7，采用套筒扳手拧紧中空注浆锚杆螺母5.2使压板5.3压紧橡胶止浆塞5.4，以达到通过锚杆使预制钢筋混凝土管片与加固后的围岩形成一体结构共同承载的目地；在大圆柱壳体2.6的端口设置可拆卸式的止水装置，以满足一级防水要求；如图9所示，止水装置可以是止水组件8，通过拧紧其中的螺栓，以使其上压块和下压块紧密贴合并产生侧向膨胀，封堵预制模壳2 ;如图10所示，止水装置也可以采用止水盖9，止水盖9的外螺纹与预制模壳2的内螺纹2.5之间螺纹配合连接，以达到封堵预制模壳2的尾端口防止渗水的目的；
⑥按照上述步骤，依次对钢筋混凝土预制管片I其它预留注浆孔进行注浆锚杆加固作业和防水作业，直至对所需进行围岩加固的钢筋混凝土预制管片I完成施工作业。
权利要求
1.一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法，涉及钢筋混凝土预制管片，其特征在于所述施工方法至少包括以下步骤:A.将预制模壳预埋于所述钢筋混凝土预制管片内，所述预制模壳呈阶梯状，即由大圆柱壳体和小圆柱壳体轴向连接构成，并在所述大圆柱壳体端口设置内螺纹；B.待所述钢筋混凝土预制管片在所述隧道内安装完成后，在所述大圆柱壳体的端口设置一止推件，所述止推件的中心具有一开孔；将一钻杆经所述开孔穿入所述预制模壳内，对所述围岩体进行钻孔施工，直至达到设计深度；C.之后，取出所述钻杆和止推件，经所述大圆柱壳体端口插入一中空注浆锚杆体并深入至所述围岩体钻孔底部，而后依次安装注浆接头管和止推件，完成注浆加固作业，使所述小圆柱壳体、所述围岩体以及中空注浆锚杆体成为一体结构；D.待所述一体结构内注浆加固达到强度要求后，在所述预制模壳的端口设置可拆卸式的止水装置。
2.根据权利要求1所述的一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法，其特征在于所述止推件为直径一大一小的两节阶梯状圆柱体，在所述止推件的中部开设有贯穿所述两节阶梯状圆柱体的开孔，紧贴所述开孔的内壁面以及所述止推件的顶面设置有橡胶防护套，所述橡胶防护套为一体结构，在所述止推件的顶面间隔开设有若干螺孔；并在所述止推件顶面的橡胶防护套之上设置一环形压板，所述环形压板上开设有与所述螺孔位置相对应的圆孔，通过在所述环形压板的圆孔中旋入平机螺丝至所述螺孔中以使所述橡胶防护套与所述止推件形成一体；在直径小的所述圆柱体上开设有外螺纹，以使所述止推件可与所述预制模壳尾端口的内螺纹构成螺纹配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法，其特征在于在注浆准备时，在大圆柱壳体内腔底面设置止浆装置，设置步骤为:在所述大圆柱壳体与所述小圆柱壳体连接处内侧，即在所述中空注浆锚杆体一端固定套设一圈橡胶止浆塞，之后在所述中空注浆锚杆体上套设一压板，所述压板直径大于所述围岩钻孔直径，最后通过在所述中空注浆锚杆体上旋入一螺母并拧紧以使所述压板紧贴所述橡胶止浆塞，达到封堵止浆的目的。
4.根据权利要求1所述的一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法，其特征在于在注浆准备时，所述中空注浆锚杆体一端连接所述注浆接头管，并在所述大圆柱壳体的端口设置所述止推件，其中所述注浆接头管上设置有一止退盘，使所述止退盘紧贴所述止推件顶面设置，并在所述注浆接头管上设置一六棱体，以便于安装和拆卸所述注浆接头管。
全文摘要
本发明公开了一种预制管片隧道内加固围岩的施工方法，该施工方法具体如下在钢筋混凝土预制管片中预埋用于实施锚杆施工的预制模壳，之后通过预制模壳向围岩体内进行钻孔施工，在钻孔过程中于预制模壳的端口设置一止推件以减小钻杆横向振动对于预制模壳的影响；待钻孔完成后，在围岩体钻孔内设置中空注浆锚杆体，其后在该中空注浆锚杆体上设置止浆装置并连接注浆接头管，对围岩体钻孔进行注浆加固作业；注浆完成后，取下注浆接头管并在预制模壳的端口设置可拆卸式的止水装置。本发明的优点是，隧道主体结构与锚杆紧密结合，并与加固后的围岩体共同形成承载体；施工时对于预制管片隧道的稳定性影响较小，止水装置可更换且防水效果好。
文档编号E21D11/08GK103206222SQ20131013773
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月20日 优先权日2013年4月20日
发明者薛勇 申请人:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司