软弱围岩隧道超前加强支护施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道超前支护施工技术领域，尤其是涉及一种软弱围岩隧道超前加强支护施工方法。
【背景技术】
[0002]管棚超前支护是将一组钢管(即管棚管)沿隧道的开挖轮廓线外侧己钻好的钻孔打入地层内，并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系，用以支承来自于管棚上部围岩的荷载，并通过注浆孔加压向地层中注浆，以加固软弱破碎的地层，提高地层的自稳能力。
[0003]隧道施工中，级别为IV级以下的围岩为软弱围岩。如对沪昆客运专线中的大独山隧道进行施工时，该隧道位于关岭?普安区间，属I级风险高隧道，地质条件复杂，不可预见地质灾害较多，围岩岩性为泥岩、泥质灰岩，岩质较软，含泥量严重；节理裂隙发育，地下水发育，岩体遇水后软化极快，多呈散体状及粉末状，围岩自稳能力极差，施工过程中极易发生對方。大独山隧道洞身主要穿越白云岩、灰岩、泥岩、泥灰岩、泥岩夹砂岩等地层，其中可溶岩段长8753m。洞身依次穿越大兴寨断层、龙门地断层、垮岩断层、大湾断层、营盘坡断层、杨家冲断层、永宁镇断层等7个断层，8个推测破碎带，4个可溶岩与非可溶岩接触带。因此，大独山隧道的管棚超前支护施工难度非常大。
[0004]目前，在隧道工程施工中，管棚施工主要采用的是引孔顶入法施工，具体先在隧道开挖轮廓线外利用钻机钻好钻孔，然后将管棚顶入已钻好的钻孔内，最后进行注浆稳固。实际施工时，引孔顶入法存在以下方面问题:第一、施工工序多，工序衔接复杂，施工工期较长，灵活性较差，超前支护长度及参数很难根据实际钻进施工情况进行及时调整，并且需专业作业队进行施工；第二、管棚安装到位后，采用低压灌浆，浆液扩散半径小，难以形成较大范围的加固圈；第三、管棚管上开孔，因管棚管管体开孔的原因，浆液先充填近端，阻断排气通道，造成管棚远端以及顶部存在空气包，注浆不能饱满；第四、围岩自稳能力较差的施工区域，易塌孔，顶入管棚困难。因此，需设计一种方法步骤简单、设计合理且施工简便、支护效果好的软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，能简便、快速完成软弱围岩隧道超前支护过程，能解决现有隧道管棚超前支护施工方法存在的工序复杂、施工工期长、施工难度较高、超前支护效果较差等问题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、支护效果好，能简便、快速完成软弱围岩隧道超前支护过程，能解决现有隧道管棚超前支护施工方法存在的工序复杂、施工工期长、施工难度较高、超前支护效果较差等问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征在于:沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个节段对所施工隧道进行管棚超前支护施工，多个所述节段的管棚超前支护施工方法均相同；对任一个节段进行管棚超前支护施工时，包括以下步骤:
[0007]步骤一、护拱与导向管施工:在当前施工节段的掌子面后侧安装一个护拱；所述护拱为对所施工隧道的隧道洞拱部进行支撑的钢拱架，所述钢拱架上安装有多个分别对多根管棚管进行导向的导向管；
[0008]多根所述管棚管的外插角均为1°?3°，每根所述管棚管均与对其进行导向的导向管呈同轴布设；多个所述导向管沿钢拱架的中心线由左至右进行布设，多个所述导向管的结构和尺寸均相同且其均布设在隧道洞的同一个隧道横断面上；
[0009]多根所述管棚管的结构和尺寸均相同；每根所述管棚管均包括由多个管节拼接而成的管体和同轴安装在所述管体前端的钻头，多个所述管节均呈同轴布设，多个所述管节的结构均相同且其由前至后进行布设；多个所述管节的横截面结构和尺寸均相同且其均为螺旋钢管，相邻两个所述管节之间均通过连接套进行密封连接；多个所述管节中位于最前侧的管节为前端管节，多个所述管节中位于最后侧的管节为后端管节，所述钻头安装在所述前端管节的前部；所述钻头上开有多个注浆孔，多个所述注浆孔均与所述管体内部相通；
[0010]所述管棚管为第一管棚管或第二管棚管，所述第一管棚管和所述第二管棚管的数量均为多根，所述第一管棚管与所述第二管棚管呈交错布设，且相邻两根所述第一管棚管之间均布设有一根所述第二管棚管；
[0011]步骤二、钻机与注浆机安装就位:在步骤一中所述钢拱架后侧安装钻机与注浆机；
[0012]步骤三、管棚超前支护施工:对步骤一中多根所述管棚管分别进行管棚超前支护施工，多根所述管棚管的管棚超前支护施工方法均相同，且多根所述管棚管分别经多个所述导向管由后向前钻进掌子面前方岩体内；对多根所述管棚管进行管棚超前支护施工时，过程如下:
[0013]步骤301、第一管棚管钻孔及同步注浆施工:从左至右或从右至左对多根所述第一管棚管分别进行钻孔及同步注浆施工，多根所述第一管棚管的钻孔及同步注浆施工方法均相同；对任一根所述第一管棚管进行钻孔及同步注浆施工时，过程如下:
[0014]步骤3011、钻进前准备:在当前所施工管棚管的前端管节前部安装钻头，并将所述前端管节的后端与步骤二中所述钻机的钻进驱动机构连接，同时通过注浆管将所述前端管节的后端与步骤二中所述注浆机的注浆口连接；
[0015]步骤3012、前端管节钻进及同步注浆:将步骤301中所述前端管节由后向前插入至对当前所施工管棚管进行导向的导向管内，并使所述前端管节与所插入的导向管呈同轴布设；之后，启动所述钻机并通过所述钻机由后向前进行钻进；钻进过程中，采用所述注浆机同步进行注浆；
[0016]步骤3013、管节接续:在当前已完成钻进且位于最后侧的管节后侧安装下一个管节，并将当前所安装管节的后端与步骤301中所述钻进驱动机构连接，同时通过所述注浆管将当前所安装管节的后端与步骤301中所述注浆口连接；
[0017]步骤3014、持续钻进及同步注浆:启动所述钻机并通过所述钻机由后向前进行钻进；钻进过程中，采用所述注浆机同步进行注浆；
[0018]步骤3015、多次重复步骤3013至步骤3014，直至完成当前所施工管棚管中所有管节的钻进过程，完成当前所施工管棚管的钻孔及同步注浆施工过程，获得当前所施工管棚管所处的钻孔；
[0019]步骤3016、下一根第一管棚管钻孔及同步注浆施工:按照步骤3011至步骤3015中所述的方法，对下一根所述第一管棚管进行钻孔及同步注浆施工；
[0020]步骤3017、多次重复步骤3016，直至完成多根所述第一管棚管的钻孔及同步注浆施工过程；
[0021]步骤302、第一管棚管终孔注浆施工:待多根所述第一管棚管的钻孔及同步注浆施工过程均完成后，从左至右或从右至左对多根所述第一管棚管分别进行终孔注浆施工；多根所述第一管棚管的终孔注浆施工方法均相同；对任一根所述第一管棚管进行终孔注浆施工时，过程如下:
[0022]步骤3021、钻孔孔口封堵:对当前所施工管棚管所处钻孔的孔口进行封堵，获得钻孔孔口封堵结构，并在所述钻孔孔口封堵结构布设排气孔；所述钻孔孔口封堵结构为位于所述钻孔的孔口与当前所施工管棚管的外侧壁之间环形空腔内的封堵结构，所述排气孔与所述环形空腔内部相通；
[0023]步骤3022、终孔注浆:步骤3021中钻孔孔口封堵完成后，采用所述注浆机进行二次注浆，直至所述排气孔内有所注浆液流出为止，完成当前所施工管棚管的终孔注浆施工过程；
[0024]步骤3023、下一根第一管棚管终孔注浆施工:按照步骤3021至步骤3022中所述的方法，对下一根所述第一管棚管进行终孔注浆施工；
[0025]步骤3024、多次重复步骤3023，直至完成多根所述第一管棚管的终孔注浆施工过程;
[0026]步骤303、第二管棚管钻孔及同步注浆施工:从左至右或从右至左对多根所述第二管棚管分别进行钻孔及同步注浆施工，多根所述第二管棚管的钻孔及同步注浆施工方法均相同；对任一根所述第二管棚管进行钻孔及同步注浆施工时，均按照步骤3011至步骤3015中所述的方法进行钻孔及同步注浆施工；
[0027]步骤304、第二管棚管终孔注浆施工:待多根所述第二管棚管的钻孔及同步注浆施工过程均完成后，从左至右或从右至左对多根所述第二管棚管分别进行终孔注浆施工；多根所述第二管棚管的终孔注浆施工方法均相同；对任一根所述第二管棚管进行终孔注浆施工时，均按照步骤3021至步骤3022中所述的方法进行终孔注浆施工。
[0028]上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是:步骤一中所述管体为所述钻机的螺旋钻杆，所述连接套为钻杆连接套。
[0029]上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是:步骤一中进行护拱与导向管施工时，先在当前施工节段的掌子面后侧施工一个供步骤二中所述钻机使用的钻机工作室，所述钢拱架安装在所述钻机工作室的前侧内部；所述钻机工作室为对隧道洞的拱部向外开挖后形成的空间；所述钻机工作室的长度为5m?8m。
[0030]上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是:所述钢拱架浇筑于导向墙内，所述导向墙为弧形且其为混凝土墙体；所述钻机工作室内设置有第一隧道初期支护结构，所述第一隧道初期支护结构包括由喷射在钻机工作室内壁上的混凝土形成的第一混凝土喷射层和多个由前至后支撑于钻机工作室内的第一型钢支架，多个所述第一型钢支架均固定于第一混凝土喷射层内且其为对钻机工作室的拱部与左右两侧边墙进行支护的型钢支架；所述导向墙位于第一混凝土喷射层下方且其与第一混凝土喷射层紧固连接为一体；
[0031]步骤304中完成多根所述第二管棚管的终孔注浆施工过程后，沿隧道延伸方向