隧道仰拱底部排水管道的非开挖水平定向钻施工方法与流程

1.本发明涉及隧道与地下工程施工技术领域，具体涉及一种隧道仰拱底部排水管道的非开挖水平定向钻施工方法。


背景技术：

2.隧道仰拱因地下水聚集、排水不畅会产生病害，影响隧道整体结构的安全性。对于膨胀性泥岩隧道、黄土隧道以及寒冷和严寒地区有水的隧道，由于受地下水作用，仰拱底部受岩土膨胀力、遇水湿陷性以及冻胀力的作用，使仰拱变形，极易出现变形、开裂、路面变形等病害，致使隧道路面凹凸不平，影响隧道的安全运营。因此，在此类隧道中，在仰拱底部设置合理的排水管道至关重要。
3.若已建成运营的隧道发生上述病害，铺设排水管道时需开挖已建成的隧道路面或隧道仰拱底部，需要封闭交通，且工程量大、施工期长，且施工费用也较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种隧道仰拱底部排水管道的非开挖水平定向钻施工方法，在不开挖既有路面和隧道仰拱的前提下，解决隧道仰拱底部地下水排出、消除地下水对隧道仰拱和路面不良影响的问题。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
6.隧道仰拱底部排水管道的非开挖水平定向钻施工方法，所述方法包括：
7.利用水平定向钻的非开挖施工工艺，在既有的隧道仰拱下方进行水平钻孔，在钻孔内敷设具有泄水孔的排水管道。
8.进一步地，所述方法包括：
9.于隧道起点竖向开挖入钻坑，于隧道终点竖向开挖下管坑，入钻坑和下管坑的底部深度为排水管道两端的敷设深度；
10.钻机在隧道起点就位，安装钻具，自入钻坑钻进钻杆，向隧道仰拱下方水平钻导向孔；
11.钻导向孔至下管坑，并分级扩孔形成钻孔；
12.自下管坑放入排水管道，利用钻杆进行管道回拖，将排水管道敷设在钻孔内，排水管道在入钻坑处接入洞外水沟。
13.进一步地，钻导向孔至下管坑，并分级扩孔形成钻孔的过程中，进行洗孔作业。
14.进一步地，开挖入钻坑和下管坑之前，还包括以下步骤：
15.根据排水管道在隧道仰拱下方的穿越轴线，放出穿越平面位置，并做标识，同时测量放出作业场地。
16.进一步地，钻机就位后，还包括以下步骤：
17.利用地锚对钻机进行锚固固定，钻机中线和穿越轴线重合。
18.进一步地，分级扩孔包括以下步骤：
19.选择合适的回扩钻头和每次进刀量，一次或多次回扩，直至达到预定孔径或扩孔1.2-1.5倍为止；
20.当扩孔达到预定孔径后，再连接铺管，边回扩边拖管直至结束。
21.进一步地，所述方法采用分段施工的方式进行，分段施工包括以下步骤：
22.将钻孔的路径分成多个节段，将排水管道分成多个节段管道；
23.在路径各个节段的分节处设置竖向坑，作为分节下管坑；
24.自隧道终点到隧道起点，依次从分节下管坑放入该分节下管坑前方一个节段的节段管道，回拖并将节段管道依次连接，拼接成完整的排水管道；
25.施工完毕后，将分节下管坑作为排水管道的检查井。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
27.本发明的方法可有效地将隧道仰拱底部的地下水排出，有效地消除地下水对隧道仰拱和路面的不良影响，保证隧道路面及衬砌结构的安全性。对隧道在设计阶段预防及已建成隧道仰拱受地下水病害处治有至关重要的意义。
28.更重要的是，区别于在设计阶段采用传统的现浇或预制排水管道、在已建成隧道挖除隧道路面和仰拱甚至仰拱衬砌后设置排水措施的方式，本发明利用水平定向钻，采用非开挖的施工工法修建排水管道，避免了已建成隧道路面或新建隧道仰拱底部的大面积开挖，具有不封闭交通，弃渣少、对隧道结构安全和环境污染影响小、施工安全风险低等优点，本发明的应用，较传统工艺可节约50％左右的费用，实现降本增效，为解决隧道渗水排水问题提供了新思路。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
30.图1为水平定向钻排水管道横断面布置图(无初期支护)。
31.图2为水平定向钻排水管道横断面布置图(有初期支护)。
32.图3为水平定向钻排水管道纵断面布置图。
33.图4为排水管道横断面图。
34.图5为施工工艺示意图。
35.图6为施工工艺流程图。
36.图中标识为：
37.1-排水管道，2-隧道仰拱，3-隧道路面结构，4-钻孔，5-泄水孔，6-隧道设计纵坡，7-初期支护，8-钻机，9-入钻坑，10-洞外水沟，11-隧道，12-山体，13-下管坑，14
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隧道起点，15-隧道终点。
具体实施方式
38.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文
所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
39.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“竖向”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
40.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“接入”、“设置”等应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
41.具体实施方式的描述中，将隧道长度方向定义为纵向，将自隧道起点到隧道终点的纵向方向定义为从前到后的方向。
42.如图6，本实施例提供了一种隧道仰拱底部排水管道的非开挖水平定向钻施工方法，不同于传统的现浇或预制排水管道、在已建成隧道挖除隧道路面和仰拱甚至仰拱衬砌后设置排水措施的方式，本发明的方法可以在已建成的既有隧道下方铺设排水管道，而不开挖隧道路面和仰拱。敷设的排水管道可将隧道仰拱底部的地下水引出，预防病害发生。如图5，所述方法利用水平定向钻的非开挖施工工艺，在既有的隧道仰拱2下方进行水平钻孔，在钻孔4内敷设具有泄水孔5的排水管道1。如图1和图2，本方法适用于具有初期支护7和不具有初期支护7的既有隧道。
43.所述方法具体包括以下步骤：
44.s1：测量放线：
45.根据排水管道1在隧道仰拱2下方的穿越轴线，利用rtk或全站仪放出穿越平面位置，并做标识，同时测量放出作业场地。
46.s2：场地布置：
47.根据场地的有限空间，提前规划钻机8、钻杆、泥浆搅拌及回收系统等设备的摆放位置。
48.s3：设备就位连接：
49.按照规划合理布局泥浆泵、泥浆罐、泥浆搅拌及回收系统、钻杆等设备和材料。
50.s4：开挖入钻坑9、下管坑13：
51.分别在隧道起点14前方和隧道终点15后方竖向开发钻坑，隧道起点14的钻坑为入钻坑9，隧道终点15的钻坑为下管坑13，入钻坑9和下管坑13的底部深度为排水管道1两端的敷设深度。
52.s5：试钻
53.利用全站仪令钻机8在隧道起点14就位，利用地锚对钻机8进行锚固固定，确保钻机8中线和穿越轴线重合。
54.安装钻具，自入钻坑9钻进钻杆，向隧道仰拱2下方水平钻导向孔。在这之前进行试钻，按照地质情况配置相应的泥浆，钻进1-3根钻杆，检查各个连接部件是否牢靠。
55.s6：钻导向孔：
56.钻导向孔至下管坑13。
57.s7：扩孔：
58.分级扩孔形成钻孔4，分级扩孔包括以下步骤：
59.根据排水管道直径、种类以及土层、地下水位的不同，选择合适的回扩钻头和每次进刀量，一次或多次回扩，直至达到预定孔径或扩孔1.2-1.5倍为止；
60.当扩孔达到预定孔径后，再连接铺管，边回扩边拖管直至结束。
61.s8：洗孔：
62.导向孔钻进及扩孔施工过程中，根据钻进压力及回转压力大小，决定是否采取洗孔措施。洗孔作业时，直至压力降低至安全范围内，才允许进行下道工序。导向及扩孔完成后，对整个钻孔4进行1-2次洗孔作业，以减少孔内钻屑。
63.s9：管道回拖：
64.自下管坑13放入排水管道1，如图4，利用钻杆进行管道回拖，将排水管道1敷设在钻孔4内，排水管道1在入钻坑9处接入洞外水沟10。
65.s10：设备撤场。
66.所述方法采用分段施工的方式进行，应依据隧道具体情况和设备性能情况，确定分段施工的距离；隧道较长时，分段长度以此排水管道的检查井的位置划分。分段施工包括以下步骤：
67.将钻孔4的路径分成多个节段，将排水管道1分成多个节段管道；
68.在路径各个节段的分节处设置竖向坑，作为分节下管坑；
69.自隧道终点15到隧道起点4，依次从分节下管坑放入该分节下管坑前方一个节段的节段管道，回拖并将节段管道依次连接，拼接成完整的排水管道1；
70.施工完毕后，将分节下管坑作为排水管道1的检查井。
71.如图3，通过本发明敷设的排水管道，排水管道纵坡坡度与隧道设计纵坡坡度保持一致，钻孔直径一般为排水管道直径的1.2-1.5倍。排水管道可采用pe管或hdpe管，排水管道接口采用热熔连接的方式，排水管道上设置有泄水孔，交错梅花形设置。隧道仰拱底部下方的地下水伸入钻孔后，可通过泄水孔进入排水管道，从而引入洞外水沟排出。
72.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。