隧道管棚施工方法及装置与流程

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种隧道管棚施工方法及装置。

背景技术：

在浅埋暗挖法施工中，对于自稳能力较差的围岩，常采用预支护措施，以达到加固围岩、稳定工作面的目的。超前管棚预支护是一种经常采用的预支护措施。管棚一般指沿地下工程断面的一部分或全部，以一定的间距环向布设，形成的棚护结构。其目的是为了在特殊地质条件下安全开挖，预先提供增强地层承载力的临时支护方法。主要用于软弱、沙砾地层和软岩、岩堆、破碎带地段。

目前，在管棚施工过程中，因为管棚的施工高度较高，一般使用挖掘机在管节端部施加压力，可由于挖掘机使用时间较长，使用率低。此外，还由于管棚插入钻孔长度较长，并且还有一个向上的仰角，挖掘机在端部施力时，不仅使得压力作用线很难与孔道轴线重合，而且也难以控制管棚顶进的偏斜程度，极易造成管节弯曲变形。

如中国专利申请201710198733.4号公开的一种管棚施工装置及方法，其中的装置包括：作业平台、空气压缩机和夯管锤；作业平台固定设置在施工区域前的地面上；空气压缩机的底部设有与作业平台的端面配合滑动的滑动件；夯管锤的进气端用软管与空气压缩机连接，夯管锤的作业端设有用于同轴固定钢管的钢管固定件。但是，该发明依然存在以下缺点或不足：(1)、没有公开管棚孔的开孔顺序及管棚管的施工顺序；(2)、该管棚施工装置无法测量随钢管顶进同步测量管棚施工偏斜度；(3)、夯管锤的旋转自由度低，在施工过程中，空气压缩机和夯管锤需要更换设置在不同的作业平台，增加了施工难度，延长了施工周期。

因此，提供一种工艺结构简单、施工速度快、且能确保管棚施作质量的隧道管棚施工装置及方法成为业内急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种隧道管棚施工方法及装置，其通过设定提前设定轮序进行开孔及管棚施工，有效提高管棚施工速度，利用不同的机构部件，实现管棚施工的连续作业，不仅保证了施工的安全性，而且提高了管棚的施作质量和速度。

本发明的第一个目的是提供一种隧道管棚施工一种隧道管棚施工方法，其包括以下步骤：(1)、于待施工隧道工作面上确定管棚开孔轮廓线，于管棚开孔轮廓线上标定至少二十七个孔位，至少二十七个孔位分为至少九个a孔位、至少九个b孔位以及至少九个c孔位，a孔位分布于管棚开孔轮廓线的中上部并形成a孔位区，b孔位分布于管棚开孔轮廓线的左下部并形成b孔位区，c孔位分布于管棚开孔轮廓线的右下部并形成c孔位区；(2)、确定钻孔角度并以第一轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第一轮序为位于a孔位区的中间的第一a孔位、位于b孔位区的中间的第一b孔位，位于c孔位区的中间的第一c孔位；(3)、在孔口管处，钻孔至预定深度，将钢管棚顶进至距隧道外围轮廓线1～2米处，将玻璃纤维锚杆嵌入钢管棚，封闭孔口，进行注浆；(4)、以第二轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第二轮序为分别位于a孔位区的最左侧的第二a孔位、位于b孔位区的最左侧的第二b孔位、位于c孔位区的最左侧的第二c孔位，并重复步骤(3)；(5)、以第三轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第三轮序为位于a孔位区的最右侧的第三a孔位、位于b孔位区的最右侧的第三b孔位、位于c孔位区的最左侧的第三c孔位，并重复步骤(3)；(6)、以第四轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第四轮序为位于a孔位区的第一a孔位与第二a孔位之间的任意一个a孔位、b孔位区的第一b孔位与第二b孔位之间的任意一个b孔位、c孔位区的第一c孔位与第二c孔位之间的任意一个c孔位，并重复步骤(3)；(7)、以第五轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第五轮序为位于a孔位区的第一a孔位与第三a孔位之间的任意一个a孔位、b孔位区的第一b孔位与第三b孔位之间的任意一个b孔位、c孔位区的第一c孔位与第三c孔位之间的任意一个c孔位，并重复步骤(3)；以及(8)、重复步骤(6)和步骤(7)，直至至少二十七个孔位完成注浆。

可选择地，隧道管棚施工方法中的钢管棚的第一节采用两种不同长度的无缝钢管，以后的各节钢管棚全部采用相同长度的无缝钢管。

可选择地，前一节的钢管棚与后一节的钢管棚采用插嵌焊接的连接方式。

可选择地，至少二十七个孔位的每个孔位的钻孔角度为沿法相角3～5度。

本发明的第二个目的是提供一种采用上述隧道管棚方法的隧道管棚施工装置，其包括：物料承载机构，物料承载机构用于承载若干段无缝钢管；夹持移动机构，夹持移动机构位于物料承载机构的邻近隧道洞口的一侧，夹持移动机构包括：底座、设置与底座下方的滚轮、固定于底座上方的支座、可转动连接于支座顶端的支撑臂、以及吊设于支撑臂另一端的加持单元，加持单元用于自物料承载机构加持无缝钢管移至隧道洞口处的管棚孔内；以及管棚推进机构，管棚推进机构位于夹持移动机构邻近隧道洞口的一侧，管棚推进机构用于将每段无缝钢管推进至对应的孔位中。

可选择地，进一步包括斜度检测机构，斜度检测机构通过置于钢管棚内以实时获取管棚施工中的偏斜度的数据。

可选择地，物料承载机构设有两个承载部以分别承置第一节采用两种不同长度的无缝钢管制成的钢管棚。

可选择地，夹持移动机构的加持单元包括通过球形铰链连接于支撑臂上的两根吊锁以及分别连接于每根吊索底部的吊爪，每根吊索的中部设有可伸缩调整部件以调整吊索的长度。

可选择地，管棚推进机构包括：可移动底座、固定连接于可移动底座上的可调节支柱、设置于可调节支柱上的动力部件、以及与动力部件相连接的推进部件。

可选择地，推进部件包括：楔形斜面推进端头、固定连接于楔形斜面推进端头上的传动体、以及套置在传动体上的套筒，套筒的两端通过螺栓分别连接于传动体及管棚推进机构的动力部件上。

其中，注浆过程中的浆液的扩散半径为1.5～2.0米，浆液的凝胶时间为15～30分钟，注浆速度为20～30升/分。

优选地，注浆液包括重量比为1:1～0.8的水泥浆和水玻璃浆，其中，水玻璃浆的浓度设定为35波美度；套壳料包括重量比为1.5～1.6:1:1的水、水泥和粘土。

本发明的有益效果是：(1)、设定提前设定轮序进行开孔及管棚施工，不仅保证了施工的安全性，还有效提高了管棚施工速度；(2)、利用不同的机构部件，实现管棚施工的连续作业，同时提高了管棚的施作质量；(3)、可随钢管棚顶进的同时同步测量管棚施工偏斜度，进一步保证管棚的安设质量，提高了施作速度。

附图说明

图1示出了本发明的隧道管棚施工方法的流程图。

图2示出了本发明的隧道管棚的开孔的结构示意图。

图3示出了本发明的隧道管棚施工装置的结构示意图。

图4示出了本发明的推进部件的结构示意图。

具体实施方式

接下来参照附图具体描述本发明的隧道管棚施工方法及装置。

首先，为了加快施工进度，需要超前探明地质条件，测定埋深等问题，接着如图1所示，在步骤s1中，于待施工隧道工作面上确定管棚开孔轮廓线，于管棚开孔轮廓线上标定二十七个孔位，二十七个孔位分为九个a孔位、九个b孔位以及九个c孔位，a孔位分布于管棚开孔轮廓线的中上部并形成a孔位区，b孔位分布于管棚开孔轮廓线的左下部并形成b孔位区，c孔位分布于管棚开孔轮廓线的右下部并形成c孔位区(如图2所示)。

在步骤s2中，如图2所示，确定钻孔角度并以第一轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第一轮序为位于a孔位区的中间的第一a孔位a1、位于b孔位区的中间的第一b孔位b1，位于c孔位区的中间的第一c孔位c1。

然后，在步骤s3中，在孔口管处，钻孔至预定深度，将钢管棚顶进至距隧道外围轮廓线1～2米处，将玻璃纤维锚杆嵌入钢管棚，封闭孔口，进行注浆。

接着，在步骤s4中，以第二轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第二轮序为分别位于a孔位区的最左侧的第二a孔位a2、位于b孔位区的最左侧的第二b孔位b2、位于c孔位区的最左侧的第二c孔位c2，并重复步骤s3。

在步骤s5中，以第三轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第三轮序为位于a孔位区的最右侧的第三a孔位a3、位于b孔位区的最右侧的第三b孔位b3、位于c孔位区的最左侧的第三c孔位c3，并继续重复步骤s3。

在步骤s6中，以第四轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第四轮序为位于a孔位区的第一a孔位a1与第二a孔位a2之间的任意一个a孔位a4、b孔位区的第一b孔位b1与第二b孔位b2之间的任意一个b孔位b4、c孔位区的第一c孔位c1与第二c孔位c2之间的任意一个c孔位c4，并依旧重复步骤s3。

在步骤s7中，以第五轮序开孔，在开孔处安装孔口管及止水装置，其中，第五轮序为位于a孔位区的第一a孔位a1与第三a孔位a3之间的任意一个a孔位a5、b孔位区的第一b孔位b1与第三b孔位b3之间的任意一个b孔位b5、c孔位区的第一c孔位c1与第三c孔位c3之间的任意一个c孔位c5，并依旧重复步骤s3。

随后，重复步骤s6和s7，直至完成二十七个孔位的注浆。

由此，提前设定好管棚孔位的后，按照预定的轮序依次进行开孔、管棚施作等一系列操作，可有效保障施工的安全性。同时，还可进行分序施工，同一时间进行多项操作，提高了施工效率。

作为一种可替代的实施方式，隧道管棚施工方法中的钢管棚的第一节采用两种不同长度的无缝钢管，以后的各节钢管棚全部采用相同长度的无缝钢管，前一节的钢管棚与后一节的钢管棚采用插嵌焊接的连接方式，确保了隧道同一断面内钢管棚接头和非接头之比不超过50％，管棚之间的牢固连接。从而有效地避免了在隧道某一断面可能全是钢管棚接头的情况，充分地保证了结构的稳定性，确保了施工安全。

如图3所示，本发明的隧道管棚施工装置，包括：物料承载机构10、夹持移动机构20、以及管棚推进机构30。

其中，物料承载机构10设有两个承载部，从而分别承置两种不同长度的无缝钢管，从而满足第一节采用两种不同长度的无缝钢管制成的钢管棚的需要。

如图3所示，夹持移动机构20包括：底座201、设置与底座201下方的滚轮202、固定于底座201上方的支座203、可转动连接于支座203顶端的支撑臂204、以及吊设于支撑臂204另一端的加持单元205，其中，加持单元205包括通过球形铰链206连接于支撑臂204上的两根吊锁207以及分别连接于每根吊索207底部的吊爪208，每根吊索208的中部设有可伸缩调整部件209，利用可伸缩调整部件209调整吊索208的长度，便于其从物料承载机构10中通过吊爪208加持无缝钢管，在利用球形铰链206转动方向，在通过支撑臂204的转动，移至隧道洞口处的管棚孔内。

管棚推进机构30包括：可移动底座301、固定连接于可移动底座301上的可调节支柱302、设置于可调节支柱上的动力部件303、以及与动力部件303相连接的推进部件304。具体来讲，如图4所示，推进部件304包括：楔形斜面推进端头3041、固定连接于楔形斜面推进端头3041上的传动体3042、以及套置在传动体上的套筒3043，套筒3043的两端通过螺栓分别牢固地连接于传动体3042及管棚推进机构30的动力部件303上，由此，楔形斜面推进端头3041的前端抵顶着钢管棚的末端，动力部件303通过传动体3042的动力传动，使得钢管棚在管棚推进机构30的作用下逐步进入相应的孔位中，直至预定位置处。

在该非限制性实施方式中，进一步包括斜度检测机构，斜度检测机构通过置于钢管棚内沿钢管棚的轴线运动，在配合管棚推进机构的使用，实时地获取了管棚施工中的偏斜度的数据，确保了管棚施工的高精度定向、同时还可以及时地进行纠错，实现了管棚施工的高质量和高速度。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。