軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道超前支護(hù)施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管棚超前支護(hù)是將一組鋼管(即管棚管)沿隧道的開挖輪廓線外側(cè)己鉆好的鉆孔打入地層內(nèi)，并與鋼拱架組合形成強(qiáng)大的棚架預(yù)支護(hù)加固體系，用以支承來(lái)自于管棚上部圍巖的荷載，并通過(guò)注漿孔加壓向地層中注漿，以加固軟弱破碎的地層，提高地層的自穩(wěn)能力。
[0003]隧道施工中，級(jí)別為IV級(jí)以下的圍巖為軟弱圍巖。如對(duì)滬昆客運(yùn)專線中的大獨(dú)山隧道進(jìn)行施工時(shí)，該隧道位于關(guān)嶺?普安區(qū)間，屬I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)高隧道，地質(zhì)條件復(fù)雜，不可預(yù)見地質(zhì)災(zāi)害較多，圍巖巖性為泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r，巖質(zhì)較軟，含泥量嚴(yán)重；節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水發(fā)育，巖體遇水后軟化極快，多呈散體狀及粉末狀，圍巖自穩(wěn)能力極差，施工過(guò)程中極易發(fā)生對(duì)方。大獨(dú)山隧道洞身主要穿越白云巖、灰?guī)r、泥巖、泥灰?guī)r、泥巖夾砂巖等地層，其中可溶巖段長(zhǎng)8753m。洞身依次穿越大興寨斷層、龍門地?cái)鄬印⒖鍘r斷層、大灣斷層、營(yíng)盤坡斷層、楊家沖斷層、永寧鎮(zhèn)斷層等7個(gè)斷層，8個(gè)推測(cè)破碎帶，4個(gè)可溶巖與非可溶巖接觸帶。因此，大獨(dú)山隧道的管棚超前支護(hù)施工難度非常大。
[0004]目前，在隧道工程施工中，管棚施工主要采用的是引孔頂入法施工，具體先在隧道開挖輪廓線外利用鉆機(jī)鉆好鉆孔，然后將管棚頂入已鉆好的鉆孔內(nèi)，最后進(jìn)行注漿穩(wěn)固。實(shí)際施工時(shí)，引孔頂入法存在以下方面問題:第一、施工工序多，工序銜接復(fù)雜，施工工期較長(zhǎng)，靈活性較差，超前支護(hù)長(zhǎng)度及參數(shù)很難根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)施工情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，并且需專業(yè)作業(yè)隊(duì)進(jìn)行施工；第二、管棚安裝到位后，采用低壓灌漿，漿液擴(kuò)散半徑小，難以形成較大范圍的加固圈；第三、管棚管上開孔，因管棚管管體開孔的原因，漿液先充填近端，阻斷排氣通道，造成管棚遠(yuǎn)端以及頂部存在空氣包，注漿不能飽滿；第四、圍巖自穩(wěn)能力較差的施工區(qū)域，易塌孔，頂入管棚困難。因此，需設(shè)計(jì)一種方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且施工簡(jiǎn)便、支護(hù)效果好的軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)施工方法，能簡(jiǎn)便、快速完成軟弱圍巖隧道超前支護(hù)過(guò)程，能解決現(xiàn)有隧道管棚超前支護(hù)施工方法存在的工序復(fù)雜、施工工期長(zhǎng)、施工難度較高、超前支護(hù)效果較差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)施工方法，其方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且施工簡(jiǎn)便、支護(hù)效果好，能簡(jiǎn)便、快速完成軟弱圍巖隧道超前支護(hù)過(guò)程，能解決現(xiàn)有隧道管棚超前支護(hù)施工方法存在的工序復(fù)雜、施工工期長(zhǎng)、施工難度較高、超前支護(hù)效果較差等問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)施工方法，其特征在于:沿隧道縱向延伸方向由后向前分多個(gè)節(jié)段對(duì)所施工隧道進(jìn)行管棚超前支護(hù)施工，多個(gè)所述節(jié)段的管棚超前支護(hù)施工方法均相同；對(duì)任一個(gè)節(jié)段進(jìn)行管棚超前支護(hù)施工時(shí)，包括以下步驟:
[0007]步驟一、護(hù)拱與導(dǎo)向管施工:在當(dāng)前施工節(jié)段的掌子面后側(cè)安裝一個(gè)護(hù)拱；所述護(hù)拱為對(duì)所施工隧道的隧道洞拱部進(jìn)行支撐的鋼拱架，所述鋼拱架上安裝有多個(gè)分別對(duì)多根管棚管進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)向管；
[0008]多根所述管棚管的外插角均為1°?3°，每根所述管棚管均與對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)向管呈同軸布設(shè)；多個(gè)所述導(dǎo)向管沿鋼拱架的中心線由左至右進(jìn)行布設(shè)，多個(gè)所述導(dǎo)向管的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其均布設(shè)在隧道洞的同一個(gè)隧道橫斷面上；
[0009]多根所述管棚管的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同；每根所述管棚管均包括由多個(gè)管節(jié)拼接而成的管體和同軸安裝在所述管體前端的鉆頭，多個(gè)所述管節(jié)均呈同軸布設(shè)，多個(gè)所述管節(jié)的結(jié)構(gòu)均相同且其由前至后進(jìn)行布設(shè)；多個(gè)所述管節(jié)的橫截面結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其均為螺旋鋼管，相鄰兩個(gè)所述管節(jié)之間均通過(guò)連接套進(jìn)行密封連接；多個(gè)所述管節(jié)中位于最前側(cè)的管節(jié)為前端管節(jié)，多個(gè)所述管節(jié)中位于最后側(cè)的管節(jié)為后端管節(jié)，所述鉆頭安裝在所述前端管節(jié)的前部；所述鉆頭上開有多個(gè)注漿孔，多個(gè)所述注漿孔均與所述管體內(nèi)部相通；
[0010]所述管棚管為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數(shù)量均為多根，所述第一管棚管與所述第二管棚管呈交錯(cuò)布設(shè)，且相鄰兩根所述第一管棚管之間均布設(shè)有一根所述第二管棚管；
[0011]步驟二、鉆機(jī)與注漿機(jī)安裝就位:在步驟一中所述鋼拱架后側(cè)安裝鉆機(jī)與注漿機(jī)；
[0012]步驟三、管棚超前支護(hù)施工:對(duì)步驟一中多根所述管棚管分別進(jìn)行管棚超前支護(hù)施工，多根所述管棚管的管棚超前支護(hù)施工方法均相同，且多根所述管棚管分別經(jīng)多個(gè)所述導(dǎo)向管由后向前鉆進(jìn)掌子面前方巖體內(nèi)；對(duì)多根所述管棚管進(jìn)行管棚超前支護(hù)施工時(shí)，過(guò)程如下:
[0013]步驟301、第一管棚管鉆孔及同步注漿施工:從左至右或從右至左對(duì)多根所述第一管棚管分別進(jìn)行鉆孔及同步注漿施工，多根所述第一管棚管的鉆孔及同步注漿施工方法均相同；對(duì)任一根所述第一管棚管進(jìn)行鉆孔及同步注漿施工時(shí)，過(guò)程如下:
[0014]步驟3011、鉆進(jìn)前準(zhǔn)備:在當(dāng)前所施工管棚管的前端管節(jié)前部安裝鉆頭，并將所述前端管節(jié)的后端與步驟二中所述鉆機(jī)的鉆進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，同時(shí)通過(guò)注漿管將所述前端管節(jié)的后端與步驟二中所述注漿機(jī)的注漿口連接；
[0015]步驟3012、前端管節(jié)鉆進(jìn)及同步注漿:將步驟301中所述前端管節(jié)由后向前插入至對(duì)當(dāng)前所施工管棚管進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)向管內(nèi)，并使所述前端管節(jié)與所插入的導(dǎo)向管呈同軸布設(shè)；之后，啟動(dòng)所述鉆機(jī)并通過(guò)所述鉆機(jī)由后向前進(jìn)行鉆進(jìn)；鉆進(jìn)過(guò)程中，采用所述注漿機(jī)同步進(jìn)行注漿；
[0016]步驟3013、管節(jié)接續(xù):在當(dāng)前已完成鉆進(jìn)且位于最后側(cè)的管節(jié)后側(cè)安裝下一個(gè)管節(jié)，并將當(dāng)前所安裝管節(jié)的后端與步驟301中所述鉆進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，同時(shí)通過(guò)所述注漿管將當(dāng)前所安裝管節(jié)的后端與步驟301中所述注漿口連接；
[0017]步驟3014、持續(xù)鉆進(jìn)及同步注漿:啟動(dòng)所述鉆機(jī)并通過(guò)所述鉆機(jī)由后向前進(jìn)行鉆進(jìn)；鉆進(jìn)過(guò)程中，采用所述注漿機(jī)同步進(jìn)行注漿；
[0018]步驟3015、多次重復(fù)步驟3013至步驟3014，直至完成當(dāng)前所施工管棚管中所有管節(jié)的鉆進(jìn)過(guò)程，完成當(dāng)前所施工管棚管的鉆孔及同步注漿施工過(guò)程，獲得當(dāng)前所施工管棚管所處的鉆孔；
[0019]步驟3016、下一根第一管棚管鉆孔及同步注漿施工:按照步驟3011至步驟3015中所述的方法，對(duì)下一根所述第一管棚管進(jìn)行鉆孔及同步注漿施工；
[0020]步驟3017、多次重復(fù)步驟3016，直至完成多根所述第一管棚管的鉆孔及同步注漿施工過(guò)程；
[0021]步驟302、第一管棚管終孔注漿施工:待多根所述第一管棚管的鉆孔及同步注漿施工過(guò)程均完成后，從左至右或從右至左對(duì)多根所述第一管棚管分別進(jìn)行終孔注漿施工；多根所述第一管棚管的終孔注漿施工方法均相同；對(duì)任一根所述第一管棚管進(jìn)行終孔注漿施工時(shí)，過(guò)程如下:
[0022]步驟3021、鉆孔孔口封堵:對(duì)當(dāng)前所施工管棚管所處鉆孔的孔口進(jìn)行封堵，獲得鉆孔孔口封堵結(jié)構(gòu)，并在所述鉆孔孔口封堵結(jié)構(gòu)布設(shè)排氣孔；所述鉆孔孔口封堵結(jié)構(gòu)為位于所述鉆孔的孔口與當(dāng)前所施工管棚管的外側(cè)壁之間環(huán)形空腔內(nèi)的封堵結(jié)構(gòu)，所述排氣孔與所述環(huán)形空腔內(nèi)部相通；
[0023]步驟3022、終孔注漿:步驟3021中鉆孔孔口封堵完成后，采用所述注漿機(jī)進(jìn)行二次注漿，直至所述排氣孔內(nèi)有所注漿液流出為止，完成當(dāng)前所施工管棚管的終孔注漿施工過(guò)程；
[0024]步驟3023、下一根第一管棚管終孔注漿施工:按照步驟3021至步驟3022中所述的方法，對(duì)下一根所述第一管棚管進(jìn)行終孔注漿施工；
[0025]步驟3024、多次重復(fù)步驟3023，直至完成多根所述第一管棚管的終孔注漿施工過(guò)程;
[0026]步驟303、第二管棚管鉆孔及同步注漿施工:從左至右或從右至左對(duì)多根所述第二管棚管分別進(jìn)行鉆孔及同步注漿施工，多根所述第二管棚管的鉆孔及同步注漿施工方法均相同；對(duì)任一根所述第二管棚管進(jìn)行鉆孔及同步注漿施工時(shí)，均按照步驟3011至步驟3015中所述的方法進(jìn)行鉆孔及同步注漿施工；
[0027]步驟304、第二管棚管終孔注漿施工:待多根所述第二管棚管的鉆孔及同步注漿施工過(guò)程均完成后，從左至右或從右至左對(duì)多根所述第二管棚管分別進(jìn)行終孔注漿施工；多根所述第二管棚管的終孔注漿施工方法均相同；對(duì)任一根所述第二管棚管進(jìn)行終孔注漿施工時(shí)，均按照步驟3021至步驟3022中所述的方法進(jìn)行終孔注漿施工。
[0028]上述軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)施工方法，其特征是:步驟一中所述管體為所述鉆機(jī)的螺旋鉆桿，所述連接套為鉆桿連接套。
[0029]上述軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)施工方法，其特征是:步驟一中進(jìn)行護(hù)拱與導(dǎo)向管施工時(shí)，先在當(dāng)前施工節(jié)段的掌子面后側(cè)施工一個(gè)供步驟二中所述鉆機(jī)使用的鉆機(jī)工作室，所述鋼拱架安裝在所述鉆機(jī)工作室的前側(cè)內(nèi)部；所述鉆機(jī)工作室為對(duì)隧道洞的拱部向外開挖后形成的空間；所述鉆機(jī)工作室的長(zhǎng)度為5m?8m。
[0030]上述軟弱圍巖隧道超前加強(qiáng)支護(hù)施工方法，其特征是:所述鋼拱架澆筑于導(dǎo)向墻內(nèi)，所述導(dǎo)向墻為弧形且其為混凝土墻體；所述鉆機(jī)工作室內(nèi)設(shè)置有第一隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)包括由噴射在鉆機(jī)工作室內(nèi)壁上的混凝土形成的第一混凝土噴射層和多個(gè)由前至后支撐于鉆機(jī)工作室內(nèi)的第一型鋼支架，多個(gè)所述第一型鋼支架均固定于第一混凝土噴射層內(nèi)且其為對(duì)鉆機(jī)工作室的拱部與左右兩側(cè)邊墻進(jìn)行支護(hù)的型鋼支架；所述導(dǎo)向墻位于第一混凝土噴射層下方且其與第一混凝土噴射層緊固連接為一體；
[0031]步驟304中完成多根所述第二管棚管的終孔注漿施工過(guò)程后，沿隧道延伸方向