一种隧道掌子面围岩施工方法和掌子面注浆导管与流程

本发明涉及一种隧道掌子面围岩施工方法和掌子面注浆导管。

背景技术：

在Ⅳ、Ⅴ级围岩断层破碎带或软弱浅埋地段的隧道施工中，为防止围岩坍塌，需要对破碎岩体预先注浆加固后再进行洞身的开挖。常规采用金属导管注浆的加固方式，小导管采用Φ50mm，钢花管压注1:1水泥浆液。

对于隧道拱部围岩，注浆加固方法有较好的稳固作用。然而密密麻麻的金属导管阻碍了机械对掌子面的开挖，必须经掏槽、人工切割导管后才能进行机械开挖，在实际隧道工程中，由于存在瓦斯等爆燃气体，不允许乙炔焰等明火切割和产生火花的砂轮切割机切割，同时金属导管通常长3～5米，每次开挖长度在0.6m～1m，即一根金属导管需要4次以上的切割，一般掌子面通常有几百根金属导管，从而严重影响工程进度，同时挖掘成本提高，上述掌子面围岩注浆加固方法在很多工程中无法得到切实引用，给安全生产带来较大隐患。

在实施本发明的过程中，本发明人发现：金属导管的注浆压力在0.5～1MPa，同时掌子面正前方围岩，经注浆达到自稳即可，无需达到拱部围岩的高稳固效果，金属导管对于掌子面前方围岩注浆加固并不是必须的。

因此，有必要提供一种隧道掌子面围岩施工方法，以对现有加固方法的不足加以改进。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的一个或多个问题，本发明的目的之一在于提供一种隧道掌子面围岩施工方法，以降低加固成本，并提高隧道掘进速度。

本发明的目的还在于提供一种掌子面注浆导管，以便于掌子面直接挖掘，无需切割导管。

为此，本发明一方面提供了一种掌子面注浆导管，用于掌子面围岩注浆加固中，包括塑料管体和注浆阀，所述塑料管体的顶端设有堵头，所述塑料管体的尾端设有用于与注浆阀连接的连接结构，所述塑料管体的管身上分布有注浆孔，所述塑料管体的承压在2MPa以上。

进一步地，上述掌子面注浆导管还包括排气管，其中，所述排气管的一端与塑料管体的顶端连通，另一端向所述塑料管体的尾端延伸。

进一步地，上述塑料管体为PVC管。

进一步地，上述PVC管的管径为50～70mm，壁厚为4～6mm，所述PVC管上的注浆孔直径10～15mm，沿PVC管体的长度方向所述注浆孔的间距为16～25mm，所述PVC管的长度为3～5m。

进一步地，上述堵头为混凝土堵头。

进一步地，上述连接结构为连接螺纹。

根据本发明的另一方面，提供了一种隧道掌子面围岩施工方法，包括以下步骤：插管步骤：将塑料管体插入掌子面围岩中，其中，所述塑料管体为根据上面所描述的掌子面注浆导管的塑料管体；装阀步骤：在所述塑料管体的尾端安装注浆阀，并用胶泥封堵所述注浆导管的管头处空隙；注浆步骤：对掌子面围岩注浆，完成后关闭注浆阀；以及挖掘步骤：当掌子面围岩达到自稳后，直接进行洞身开挖。

进一步地，上述隧道掌子面围岩施工方法，其特征在于，还包括在挖掘步骤之前的拆阀步骤：利用锤击方式使所述注浆阀从塑料管体上脱落。

进一步地，上述插管步骤包括：垂直于掌子面机械打孔，孔径大于塑料管体直径5～8mm，并对所述孔进行清理，对所述孔清理后插入塑料管体。

进一步地，上述插管步骤包括：利用机械向掌子面围岩压入钢套管，之后再拔出所述钢套管，使塑料管体保持在掌子面围岩中。

进一步地，上述钢套管上设有沿其长度方向延伸的拔管避让槽。

在本发明中，隧道掌子面松散围岩加固，仅需达到自稳即可，不需要达到拱部围岩那样的高稳定性，采用塑料导管即可满足要求，相对于金属导管，不仅成本低廉，还利于隧道开挖，不需专门切割导管，进而加快施工进度。与现有技术的隧道掌子面围岩注浆加固相比，本发明克服了隧道掌子面围岩注浆加固方法的施工难题，兼顾了安全生产要求和工程进度要求。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的隧道掌子面围岩施工方法的施工现场的示意图；

图2是根据本发明一实施例的隧道掌子面围岩施工方法的施工流程示意图；

图3是根据本发明一实施例的隧道掌子面围岩施工方法的插管步骤的示意图；以及

图4是根据本发明一实施例的掌子面注浆导管的结构示意图。

附图标记说明

10、塑料管体； 30、注浆阀；

40、排气管； 20、堵头；

11、注浆孔； 50、钢套管；

51、拔管避让槽； 21、锥形头部；

22、第一连接部； 23、第二连接部；

100、注浆导管； 110、掌子面前方围岩；

120、拱部围岩； 130、掌子面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1至图4示出了根据本发明的一些实施例。

隧道掌子面围岩施工场景典型如下：

如图1所示，已完工隧道采用二衬结构巩固，待掘进的隧道前端的拱部围岩120采用初期支护，隧道标高20米，掌子面130采用采用阶梯式结构，在施工挖掘推进中始终保持这种阶梯式掌子面方式，图1中示出了3个掌子面130，每个掌子面上布置若干根注浆导管100，用于对掌子面前方围岩110注浆固化，同时进行初期支护的拱部围岩也使用多根斜插式注浆导管100进行注浆加固。

如图2所示，隧道掌子面围岩施工方法包括以下步骤：

插管步骤S11：将塑料管体插入掌子面围岩中；

装阀步骤S13：在所述塑料管体的尾端安装注浆阀，并用胶泥封堵所述注浆导管的管头处空隙；

注浆步骤S15：对掌子面围岩注浆，完成后关闭注浆阀；以及

挖掘步骤S17：当掌子面围岩达到自稳后，直接进行洞身开挖。

根据本发明的施工方法，当掌子面围岩达到自稳后，直接进行挖掘即可，无需切割塑料管体和注浆阀，该注浆阀容易通过外力破坏而拆卸，进而提高了工程进度。

在一实施例中，若掌子面围岩易于机械打孔，则插管步骤S11具体如下：

垂直于掌子面机械打孔，孔径略大于塑料管体5～8mm；风动吹孔后，插入塑料管体(塑料管体+排气管)。

在本实施例中，掌子面围岩适合打孔，塑料管体易于伸入孔中。

在另一实施例中，围岩过于松散时，则插管步骤S13具体如下：

利用机械向掌子面围岩压入钢套管，之后再拔出所述钢套管，使塑料管体保持在掌子面围岩中。

在本实施例中，钢套管的刚度强，适合机械压入，在钢套管压入后，使塑料管体插入钢套管中，再拔出钢套管，使塑料管体保持在掌子面围岩中即可。

在一实施例中，上述方法还包括在挖掘步骤之前的拆阀步骤：利用锤击方式使所述注浆阀从塑料管体上脱落。

在一实施例中，如图3所示，钢套管50的前端设有混凝土堵头20，钢套管50的管壁上设有沿其长度方向延伸的拔管避让槽51。在本实施例中，在钢套管压入过程中，钢套管内没有石渣，无需清渣.

塑料管体的安装方法如下：

1、利用机械将带有混凝土堵头20的钢套管压入掌子面前方围岩110中；

2、将塑料管体插入钢套管内，到头后压紧混凝土堵头；以及

3、在塑料管体的尾端采用压条经过拔管避让槽，抵住塑料管体，钢套管直接拔出。

如此，该混凝土堵头插在塑料管体的端部，作为注浆导管的堵头。上述混凝土堵头包括锥形头部21和阶梯状连接部，该阶梯状连接部包括与钢套管50配合的第一连接部22和与塑料管体10配合的第二连接部23，其中，第一连接部22与钢套管50间隙配合，以方便分离，第二连接部23呈锥轴状，以便于塑料管体紧配合，该塑料管体内可预先抹胶、与第二连接部粘接，以增加连接强度。

如图4所示，该掌子面注浆导管主要用于掌子面围岩注浆加固中，当然也可以应用于拱部围岩的注浆加固，该注浆导管包括塑料管体和注浆阀，所述塑料管体的顶端设有堵头，所述塑料管体的尾端设有用于与注浆阀连接的连接结构，所述塑料管体的管身上分布有注浆孔，所述塑料管体的承压在2MPa以上。

根据本发明，使用正常承压在2MPa以上的塑料管体作为注浆导管的主体，注浆阀可使用现有的注浆阀，堵头可采用混凝土堵头或塑料堵头，无需拆卸，能够直接开挖，进而扫清了掌子面挖掘过程中的障碍。相对于金属导管，不仅成本低廉，还利于隧道开挖，加快施工进度。

在一实施例中，塑料管体采用PVC管材(聚氯乙烯管)，直径5公分，壁厚6mm，前端带有尖头，末段设内丝或者外丝，管身设有直径10mm小孔，间距20公分；注浆阀与PVC管螺纹连接，排气管，设在PVC管最前端，用于注浆时的空气排出。在某工程的试用过程中，该注浆导管的使用效果较佳，不仅满足承压要求而且刚度较好，经济性好，同时在拱部围岩也使用该注浆导管，未发现质量问题。

在一实施例中，塑料管体使用PPR管材(聚丙烯管)，与上述实施例的尺寸规格相同，耐压能力更好。

在一实施例中，注浆阀采用现有的钢质注浆阀，在挖掘前利用利用锤击方式使所述钢质注浆阀从塑料管体上脱落。在其他实施例中，通过切割塑料管体使钢质注浆阀从塑料管体上脱落。

在一实施例中，注浆阀采用塑料阀，例如塑料球阀，在另一实施例中，注浆阀采用单向阀代替。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。