专利名称：砂卵石漂石层超前成孔方法
技术领域：
本发明涉及城市隧道在修建过程中采用浅埋暗挖法“十八字”指导方针中的“管超前”部分，是解决在砂卵石漂石层中超前成孔支护的方法。
背景技术：
城市隧道施工安全是最重要的，安全包含工程安全和人身不受伤害，超前小导管 (或称钢管短管棚)注浆是地下工程自稳差的软弱围岩开挖前，在开挖面顶部前方的土体内按一定间距、仰角和长度，钻孔后布置Φ32 42mm的超前小导管，然后在管内进行注浆， 加固土体。如图1所示。地下工程向前开挖后，由于在超前小导管加固土体的防护下，能保证在施作初期支护时围岩的稳定性；如果其设计和施工得当，能有效地防止在施工时顶部的坍塌。城市隧道在大粒径、高含量砂卵石漂石层中施工，采用盾构工法目前无比较成熟的经验可供参考。因此可以说，盾构工法在此类地层中的施工甚至可以说是一个世界性的难题，因为经过与目前世界上比较知名的盾构机生产厂家进行技术交流与研讨，并没有这方面的成功经验。采用浅埋暗挖法施工时，在该地层内采用不同的施工方法进行试验，得到不同的试验数据，通过试验数据可以看出，在现有的工法条件下，在砂卵石漂石层内施工超前小导管，仍然是一个没有攻克的难题，相关试验条件、内容与结论如下北京地铁大兴线起新区间，起点位于南四环公益西桥处，与既有地铁四号线相接，终点位于新建新宫站，全长1941单延米，全部采用浅埋暗挖法施工修建，其中起点 HDK0+000 HDK0+450段，隧道结构起拱线以上部分全部位于砂卵石层中，卵石最大粒径达到390mm，一般粒径20 50mm，含量在50 70%之间，个别地段最大含量达到85%以上， 细砂填充。各种工法在砂卵石中成孔的情况如下引孔打入成孔法拱部超前小导管由现在的Φ 32 X 3. 25改为Φ 25小导管，管长2. 5m，管前端做成锥型，采用大锤直接向地层内砸，其打入深度不到lm。于是又采用风钻引孔后用高压风管吹孔的办法，先引孔后再插管，采用大锤砸入，还是不能解决该问题，最后又采用风镐向里面顶的办法，均无法解决该问题。YT-28风钻钻进成孔法采用YT-观风钻打自进式中空注浆锚杆，为了减少钻孔阻力，用自进式中空注浆锚杆代替焊接钢管超前小导管。根据现场实际试验效果可以看出，在采用该种方法后，因为该种风钻的冲击能及扭矩小，在该地层内能打入自进式中空注浆锚杆1. 0 1. 5m左右，但是打入长度仍是达不到设计的2. 5m要求，同时打设的进度太慢，效率太低，一晚上(约5个小时)才成管5根。地质钻机钻进成孔法该工法是采用地质钻机能成孔，而且可打深孔，但是设备庞大笨重，占用空间大，在坑道狭小的空间中不便于安装定位移位，打孔作业及深孔注浆作业的每一循环作业时间长，浆液配制难，需专业队伍施工，经济成本高，达到10000元/m，一次性施工完成后可连续施工开挖9m长，但平均日进度0. 43m/天，工序转换困难。潜孔锤前进式、后退式深孔注浆法前进式深孔注浆前端采用Φ 140、Φ 110潜孔锤冲击成孔，在成孔过程中因潜孔锤直径经钻杆直径大，冲击成孔及退杆时容易卡钻、埋钻。且钻杆在冲击旋转的过程中磨损严重，平均每成3个孔就要更换一套钻杆(1.5m/根，共更换12根)，Φ 75合金钻头旋转成孔虽然成孔时间短，但钻头及钻杆的磨损严重，平均每成2个孔就要更换一套钻杆及钻头 (1.5m/根，共更换12根)。
发明内容
为了弥补现有工法在砂卵石漂石层施工城市隧道时，无法打设超前小导管的缺陷，本发明选用一种90型或70型导轨式重型风钻(导轨式凿岩机，两种均为重型风钻之一，多用于矿山中硬及坚硬岩石中钻孔)与自进式中空注浆锚杆相结合的超前成孔方法， 能够满足施工要求。施工时先在前一榀格栅上，按设计焊好预留孔口管，待前一榀格栅混凝土喷射完成后，再在隧道上台阶上拼装导轨式重型风钻，安装完成后，安装自进式中空注浆锚杆在钻机上，开动钻机，并根据预留的位置调整导轨式重型风钻的高度与角度，准备就绪后开始钻孔，钻孔过程中根据地质情况控制风力，达到分别调节冲击能与转钎速度与扭矩。待钻孔深度达到要求后退出导轨式重型风钻，则打成一孔。本发明的超前成孔方法具有冲击和转钎扭矩大的特点，可分别调节冲击能、转钎速度及扭矩，打孔速度快，安装就位后2分钟左右就能成一孔，在砂卵石层中不易卡钎，重量轻，安装就位移位快，外形尺寸合理，占用空间小，比较适用于井下狭窄的作业场所，且成本低。在砂卵石漂石层内施工超前小导管具有方便、快速，打设长度满足设计要求，注浆后质量效果好等特点。
图1为传统超前小导管注浆施工示意图；图2为导轨式重型风钻结合自进式中空注浆锚杆的超前小导管示意图。图中1 已施工隧道初支格栅2 自进式中空注浆锚杆/超前小导管/钢管短管棚3 导轨式重型风钻及相应支架4:预留孔口管5:未开挖部分隧道土体6:超前小管棚注浆扩散加固区7:上台阶核心土
具体实施例方式首先，详细介绍本发明的导轨式重型风钻结合自进式中空注浆锚杆在砂卵石漂石层中超前成孔方法的原理。该原理是导轨式重型风钻在使用自进式中空注浆锚杆做为钻杆的情况下，在砂卵石漂石中施工超前小导管(钢管短管棚)，即，利用导轨式重型风钻打入自进式中空注浆锚杆，做为超前小导管。因具有冲击和转钎扭矩大的特点，可分别调节冲击能、转钎速度及扭矩，打孔速度快，安装就位后2分钟左右就能成一孔，在砂卵石层中不易卡钎，重量轻，安装就位移位快，外形尺寸合理，占用空间小，比较适用于井下狭窄的作业场所，且成本低。结合本申请人设计的重型风钻支架(已申请专利，申请号为201020106742. X)，在砂卵石漂石层内施工超前小导管具有方便、快速，打设长度满足设计要求，注浆后质量效果好等特点。下面，详细介绍本发明超前成孔方法的具体工法。1、前一榀格栅预留孔口管在隧道初支格栅安装之前，先根据设计要求的间距、仰角与需打设的自进式中空注浆锚杆钻头的大小，在格栅上焊接固定预留孔口管，孔口管采用普通钢管，大小以能穿过钻头为宜，确定好间距及仰角后，采用钢筋焊妆固定在格栅上，并做好孔口的封堵，以免喷射混凝土时喷入混凝土而不能使用。2、喷射混凝土施工3、超前小导管(钢筋短管棚)钻进施工在喷射混凝土施工完成后，根据隧道初支结构而专门设计制作的导轨式重型风钻 (本发明的重点不在于导轨式重型风钻的具体结构，因此，在此不再详细描述其结构，可参考本申请人的先申请中公开的重型风钻支架的具体结构)在上台阶安装就位，清除孔口管上附着的喷射混凝土，连接好驱动用风阀系统，开动钻机先试运转试机及导轨滑动，确认各方无误后，安装自进式中空注浆锚杆到钻机上，将前端钻头通过预留的孔口管导入，并根据预留的位置调整导轨式钻机的高度与角度，再打开风阀系统，驱动钻机进行钻孔及导管打入施工。钻孔过程中根据地质情况控制风力，达到分别调节冲击能与转钎速度与扭矩。根据设计超前小导管(钢筋短管棚)的长度，可利用自进式中空注浆锚杆的连接器接长，以达到设计的长度。在钻进达到设计的长度后，停止钻进，利用风阀系统驱动钻机后退与自进式中空注浆锚杆分离，这样就钻成一孔并打入超前小导管(钢筋短管棚)，进入下一循环，并按上述过程进行剩余超前小导管(钢筋短管棚)钻孔打入施工。虽然上面已经参考附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以理解， 在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对本发明作出各种不同的修改和变化。因此，应该理解上述的实施例不是限制，而是各个方面的举例说明。
权利要求
1.一种砂卵石漂石层超前成孔方法，其中，在砂卵石漂石层这种类型的地层中，利用导轨式重型风钻打入自进式中空注浆锚杆，做为超前小导管，该方法包括以下步骤在隧道初支格栅安装之前，先根据设计要求的间距、仰角与需打设的自进式中空注浆锚杆钻头的大小，在格栅上焊接固定预留孔口管，确定好间距及仰角后，采用钢筋焊接固定在格栅上，并做好孔口的封堵；喷射混凝土施工；导轨式重型风钻在上台阶安装就位，清除孔口管上附着的喷射混凝土，连接好驱动用风阀系统，开动钻机先试运转试机及导轨滑动，确认各方无误后，安装自进式中空注浆锚杆到钻机上，将前端钻头通过预留的孔口管导入，并根据预留的位置调整导轨式钻机的高度与角度，再打开风阀系统，驱动钻机进行钻孔及超前小导管打入施工，在钻进达到设计的长度后，停止钻进，利用风阀系统驱动钻机后退与自进式中空注浆锚杆分离，这样就钻成一孔并打入超前小导管，进入下一循环，并按上述过程进行剩余超前小导管钻孔打入施工。
2.根据权利要求1所述的超前成孔方法，其特征在于所述的孔口管采用普通钢管，大小以能穿过钻头为宜。
3.根据权利要求1或2所述的超前成孔方法，其特征在于钻孔过程中根据地质情况控制风力，达到分别调节冲击能与转钎速度与扭矩。
4.根据前述任一权利要求所述的超前成孔方法，其特征在于超前小导管的长度可利用自进式中空注浆锚杆的连接器接长，以达到设计的长度。
全文摘要
本发明提供了一种砂卵石漂石层超前成孔方法，施工时先在前一榀格栅上，按设计焊好预留孔口管，待前一榀格栅混凝土喷射完成后，再在隧道上台阶上拼装导轨式重型风钻，安装完成后，安装自进式中空注浆锚杆到钻机上，开动钻机，并根据预留的位置调整导轨式重型风钻的高度与角度，准备就绪后开始钻孔，待钻孔深度达到要求后，分离自进式中空注浆锚杆与导轨式重型风钻，则打成一孔。本发明的超前成孔方法具有冲击和转钎扭矩大的特点，可分别调节冲击能、转钎速度及扭矩，打孔速度快，安装就位后2分钟左右就能成一孔，在砂卵石层中不易卡钎，重量轻，安装就位移位快，外形尺寸合理，占用空间小，比较适用于井下狭窄的作业场所，且成本低。
文档编号E21D21/00GK102235151SQ20101015173
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者刘昌用, 刘莹, 喻树森, 孙建华, 张伟, 林永桢, 董长明, 资兵权, 郜强 申请人:成都中铁隆工程有限公司