本发明涉及应用在石质隧道管棚施工中的石质隧道管棚平直度控制装置及控制方法。
背景技术：
现有技术中，针对石质隧道管棚施工是采用潜孔钻成孔，然后安装钢管并进行注浆作业，在隧道管棚成钻施工过程中，为了防止管棚偏离设计位置，通常是在开钻位置施工混凝土导向墙，在混凝土导向墙内预埋一个带有向上仰角的预埋导向钢管用于控制管棚角度，但是，在管棚进深不断增加的过程中，钻进中的前端钻头未能得到导向控制，当钻机钻进过程中遇到软岩时，钻头不可避免地发生上浮或下沉，而因钻杆直径要比成孔直径及钻头直径细很多，致使孔位出现弯折或偏心等不平直的现象，任何不平直的现象都将导致管棚钢管难以安装，管棚质量难以得到保证，也有发生因管棚钢管下沉至隧道洞内，导致在隧道开挖时需要对管棚钢管进行切割处理。
技术实现要素：
本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种石质隧道管棚平直度控制装置及控制方法，以保证管棚施工平直度，确保了管棚钢管快速安装到位，使管棚充分发挥作用。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明石质隧道管棚平直度控制装置的特点是：在钻杆外周设置导向套管，所述导向套管的外径与成孔直径相匹配，所述导向套管与钻杆之间能够相对转动，并具有轴向限位，使所述导向套管能够跟随钻杆进行钻进。
本发明石质隧道管棚平直度控制装置的特点也在于：所述导向套管是设置在最为靠近钻头的第一节钻杆上。
本发明石质隧道管棚平直度控制装置的特点也在于：以钻杆两端的凸台为限位台，在钻杆的两端、并处在限位台的外侧分别套装限位套管，在两端限位套管之间连接中段套管，所述限位套管的内径小于限位台的外径，并大于钻杆外径，所述中段套管的内径大于限位台的外径，由两端限位套管和中段套管共同构成导向套管，所述导向套管的外径与成孔直径相匹配。
本发明石质隧道管棚平直度控制方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1：在隧道洞口或是区间洞口段现场制作孔口导向管；
步骤2：制作权利要求1所述的石质隧道管棚平直度控制装置，是在靠近钻头后面冲击器的第一节钻杆上设置导向套管；
步骤3：钻机在孔口导向管中开始钻进，利用孔口导向管获得初始导向，通过接长钻杆不断向前推进；
步骤4：随着钻机的深入，前端钻头利用设置在所述第一节钻杆上的导向套管获得前端导向，避免偏位，同时配合孔口导向管的限位，实现整根钻杆的平直度控制。
本发明石质隧道管棚平直度控制方法的特点也在于：
针对山岭隧道洞口，首先施工混凝土导向墙，并在混凝土导向墙中预埋钢管作为孔口导向管；
针对地铁区间，在地铁站的侧壁上临时固定钢管作为孔口导向管。
与现有技术相比本发明有益效果体现在：
1、本发明利用设置在第一节钻杆上的导向套管，使钻进过程中钻头获得良好的导向，避免其发生明显偏位，也因此避免了因钢管偏位对洞身开挖的影响；
2、本发明利用前端导向套管并配合尾部孔口导向管，有效保证了管棚成孔的平直度；使得在成孔后钢管能够顺利安装，极大地提高了工程进度，保障管棚质量。
附图说明
图1为本发明中导向套管与第一节钻杆配合结构示意图；
图2为本发明中钻机推进状态示意图；
图中标号：11钻头，12冲击器，13钻杆，13a第一节钻杆，13b导向套管，14孔口导向管，102限位台，103限位套管，104中段套管。
具体实施方式
本实施例中石质隧道管棚平直度控制装置的结构形式是：在钻杆的外周设置导向套管，导向套管的外径与成孔直径相匹配，导向套管与钻杆之间能够相对转动，并具有轴向限位，使导向套管能够跟随钻杆进行钻进；具体实施中，导向套管是设置在最为靠近钻头的第一节钻杆上。
参见图1，本实施例中针对导向套管的设置是以钻杆13的两端的凸台为限位台102，在钻杆13的两端、并处在限位台102的外侧分别套装限位套管103，在两端限位套管103之间连接中段套管104；其中，限位套管103的内径小于限位台102的外径，并大于钻杆外径，限位套管103能够相对于钻杆进行转动，并在限位台102上得到轴向限位；中段套管104的内径大于限位台102的外径，由两端限位套管103和中段套管104共同构成导向套管，导向套管的外径与成孔直径相匹配。
为实现石质隧道管棚平直度控制，按如过程实施钻孔：
步骤1：在隧道洞口或是区间洞口段现场制作孔口导向管14。
步骤2：制作本实施例中石质隧道管棚平直度控制装置，是在靠近钻头11后面冲击器12的第一节钻杆13a上设置导向套管13b。
步骤3：钻机在孔口导向管14中开始钻进，利用孔口导向管14获得初始导向，通过接长钻杆13不断向前推进；
步骤4：随着钻机的深入，前端钻头11利用设置在第一节钻杆13a上的导向套管13b获得前端导向，避免偏位，同时配合孔口导向管14的限位，实现整根钻杆的平直度控制；。
具体实施中，针对山岭隧道洞口，可以施工混凝土导向墙，在混凝土导向墙中预埋钢管作为孔口导向管14；针对不具备施工混凝土导向墙的场合，比如在地铁区间的施工，可以在地铁站的侧壁上临时固定钢管作为孔口导向管14。
具体实施中，需要对限位套管103的内壁进行刨光处理，以减小其与钻杆之间的摩擦；在限位套管103与中段套管104之间进行焊接，形成牢固的整体。
本发明在京沪高速济南连接线双线四车道大跨、扁平的超大断面浆水泉隧道工程中进行实验，效果得到验证，有效控制了管棚平直度，保证了管棚钢管快速安装，取得良好的经济效益和社会效益，为石质隧道管棚施工提供了借鉴依据。