專利名稱：地下工程、隧道及坑道的連續(xù)實現(xiàn)方法，一般包括通過引導(dǎo)沖孔而獲得的加固工程、密封 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道、或公路、鐵路、溝渠及地下水道等的各種地下坑道的開挖及準(zhǔn)備工程的技術(shù)。通常，該技術(shù)利用外圍加固技術(shù)這一方式，在內(nèi)部開挖及工程最后完工期間，為土體的強行推進形成一穩(wěn)固的周圍環(huán)境。
背景技術(shù)：
目前，這類公知的加固插入技術(shù)的具體方案是，在全部或部分隧道外圍形成多個沖孔，在沖孔內(nèi)導(dǎo)入金屬、玻纖或其他合適材料的增強件或插入件，并由在低壓或高壓下注入的混凝土射流或其他固結(jié)料，例如水泥混合料、凝膠體或樹脂進行填充。這些固結(jié)料與存在于所建隧道外圍的材料相混合。
通過這些公知系統(tǒng)形成了加固地帶的冠狀或傘狀延伸段，從而使得隧道的開挖得以安全平穩(wěn)地延伸。這一施工體系還出現(xiàn)在另一些加固工程中，該加固工程穩(wěn)固巖脈離軸明顯比隧道中軸短得多(長度為例如15-20m)，從而該施工體系能夠在隨后的加固延伸段以及相繼的開挖延伸段中發(fā)揮作用。
該公知體系施工方法的不便之處主要在于以下幾方面-在形成推進的過程中，必須通過隧道內(nèi)的必要操作人員，與開挖施工交替進行多次系統(tǒng)化的插入施工；-在各加固工程的插入施工開始或結(jié)束時，需交替移動完成加固施工和開挖施工所必須的裝置；-混合料的固結(jié)需要凝結(jié)時間，而該凝結(jié)時間通常被損失掉，并且極可能減至最小值，從而可能導(dǎo)致穩(wěn)定性降低；-在所建隧道中心的加固工程中，需對開挖的前端進行支撐；-各加固插入施工需與前方、后方相重疊，從而保證隧道前端得到支撐；-沖孔施工必須與隧道成一定角度進行，而不是沿其縱向進行，以便為后續(xù)施工處理創(chuàng)造空間；-隧道的開挖斷面是變化的，以與封堵施工及最后的施工相均衡；-工程完工時間長。
如果必須從隧道(隧道覆蓋層較薄)表面的上方進行加固施工，當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)下的困難在于以下幾方面-需在一無用空間內(nèi)進行沖孔，以到達隧道內(nèi)的加固區(qū)；-地面上存在現(xiàn)有或待建工程(地下設(shè)施、道路、房屋等)；-加固施工的公共用地或私人用地征用費及占用費；-在密封底面上的多次運動，或用于實現(xiàn)加固所用的機械的阻力較小的許多運動，所述機械包括注漿裝置、泵等，以及所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件(金屬或玻纖插入件)。
眾所周知，引導(dǎo)沖孔系統(tǒng)還用于橫斷面受限的隧道或地下溝渠，例如下水道、排水管以及電纜和電話電纜所用的管道，其中所述引導(dǎo)沖孔通過具有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管的裝置產(chǎn)生，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管配有專用沖孔頭，例如為笛狀沖孔頭、或為不對稱頭部的鉆孔底錘或備擇的泥漿渦輪。即使沖孔的長度相當(dāng)長，也可用所述沖孔頭進行引導(dǎo)沖孔的施工，例如根據(jù)需橫穿的地形情況沖孔長度大于800m，沖孔頭的方向不斷地由方向指令系統(tǒng)進行控制，所述方向指令例如為無線電、電磁、雷達、射線，所述系統(tǒng)具有GPS系統(tǒng)基準(zhǔn)或光學(xué)和電學(xué)基準(zhǔn)，從而使得沖孔頭在沖孔過程的任何時間均被準(zhǔn)確地加以定位及定向。
沖孔可按如下方式，即利用壓力作用下的空氣或流體，借助于破壞鉆頭或取心鉆頭，采用鉆孔底錘，并利用適于校正沖孔方向的銑刀、三錐齒輪鉆頭、鑿刀、泥漿渦輪等得到。
由沖孔產(chǎn)生的材料在鉆孔壁與鉆桿之間，或在鉆桿與可能設(shè)置的套管之間排出，正如通常用鉆井的沖孔裝置所發(fā)生的情況一樣。之后，在坑道內(nèi)逐步前進的沖孔桿與沖孔頭一同被收回，并且在收回過程中，如果是排水管或給水管，可能用一內(nèi)部襯套進行鉆孔及放置套管。
如上所述，目前這種公知的導(dǎo)向沖孔裝置僅允許對橫斷面有限的孔洞或溝渠進行沖孔，而不允許對尺寸較大或很大的隧道進行開挖，這種隧道在開挖施工之前需進行加固。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于消除現(xiàn)有技術(shù)所存在的不便之處，所述現(xiàn)有技術(shù)用于尺寸及長度相當(dāng)大的隧道或類似地下工程的準(zhǔn)備工程，事實上，是為了消除所必須的連續(xù)交替的周期性插入施工(長度有限的加固施工和開挖施工)，因此，本發(fā)明的目的在于獲得一施工方法，該方法允許在隧道的全長范圍內(nèi)進行加固，或者在相當(dāng)長的延伸范圍內(nèi)進行加固，加固施工之后進行相應(yīng)的開挖施工。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過足夠數(shù)量的引導(dǎo)外圍沖孔進行加固施工而實現(xiàn)，而所述沖孔可能進入所建隧道的中心或另一位置處，之后在各沖孔內(nèi)導(dǎo)入合適的產(chǎn)品，如通常所公知的增強件或插入件(金屬、玻纖或其他合適的材料)來進行加固，所述增強件或插入件旨在支承由高壓或低壓注入的加固射流，或允許使用具有水泥混合料、凝膠體或樹脂這些壓力射流的噴射灌漿技術(shù)來進行加固。
在加固施工期間，也可利用一個或多個引導(dǎo)沖孔進行排水施工，顯然，所述沖孔被覆蓋住并且能夠自由排水。
在沖孔到達隧道或坑道工程另一端的情況下，沖孔鉆頭或者可由鉆孔器代替以拉動增強件，或者可由用于處治噴射灌漿類型的噴嘴代替；也可將沖孔桿用作射流桿；相反，如果沖孔在地層內(nèi)終止，噴射灌漿裝置將被安裝于沖孔鉆頭之后，或如同插入件一樣，隨著沖孔桿取出而被重新導(dǎo)入孔洞內(nèi)，同時利用保護層來防止孔洞本身下陷。
在所建隧道的外圍上實施完加固工程后，施工人員待加固用水泥混合料和/或其他材料的凝結(jié)時間結(jié)束，即開挖隧道全長范圍內(nèi)或其相對長的延伸段的中心。
開挖工程之后，根據(jù)公知的隧道修整技術(shù)進行底面和壁面的封堵施工。
本發(fā)明的這種方法具有相當(dāng)多的施工和經(jīng)濟優(yōu)點，其中，施工的優(yōu)點主要在于-可能了解較長的連續(xù)延伸范圍內(nèi)、或路線全長范圍內(nèi)在開挖介入之前的真實區(qū)域地層情況；-如果存在即便是壓力作用下的含水層，也可能在開挖施工開始之前，沿隧道周圍實現(xiàn)一系列的排水點；-由于已在加固施工和開挖施工之間隔出必要的介入時間，所以確實可能使水泥或其他聚集物質(zhì)凝結(jié)期滿；-即便對于數(shù)百米的長度而言，施工過程中的加固工程也可降低變形和塌陷的風(fēng)險；-施工環(huán)境開放，并且為可能在工程全長范圍內(nèi)所實現(xiàn)的加固情況提供了必要的空間；-無論是對負責(zé)加固，還是對負責(zé)開挖的工作時段不同的施工人員而言，人員組織更好；-當(dāng)隧道的長度及特殊的地理位置建議將加固工程分成更多延伸段進行時，隧道內(nèi)的加固介入工程量大為減少。
通過上述方法所獲得的經(jīng)濟優(yōu)勢為-假設(shè)對工程的全長進行處理，通常在隧道內(nèi)進行的施工工序被轉(zhuǎn)至隧道之外，從而降低了人工費，并且不存在大型裝置在小空間內(nèi)操作的問題；-加固施工及相繼的開挖施工連續(xù)進行，而不會發(fā)生現(xiàn)有技術(shù)中在一類與另一類工序之間變換裝置和施工人員時浪費時間的現(xiàn)象；-不存在現(xiàn)有技術(shù)中加固工程的重疊現(xiàn)象，亦即節(jié)省材料；-可具有一中心總是不變的圓柱形開挖橫斷面，而并非現(xiàn)有技術(shù)那樣，具有中心必須可變的鋸齒狀開挖橫斷面；
-由于具有圓柱形橫斷面，所以節(jié)省了開挖材料量；-由于具有圓柱形橫斷面，所以節(jié)省了用于保護層的噴射混凝土量；-實施單一加固工程的一種運動與另一種運動之間的距離受到限制。
附圖簡要說明參照附圖，通過一隧道的具體實施例對所述發(fā)明進行詳細描述，其中

圖1示出了用本發(fā)明的方法進行施工的一被建隧道的縱向斷面；圖2示出了具有公知裝置的沖孔的縱斷面圖，所述公知裝置用于引導(dǎo)小孔徑?jīng)_孔，例如具有笛狀擺動頭(flute-shaped swinging head)；圖3示出了具有公知裝置的沖孔的縱斷面圖，所述公知裝置用于引導(dǎo)小孔徑?jīng)_孔，例如具有一非對稱頭錘(headed hammer)；圖4示出了具有沿隧道的全長或其部分實施的第一引導(dǎo)沖孔的被建隧道的縱向斷面圖；圖5示出了在沖孔裝置相繼收回階段，以及在通過一噴射灌漿系統(tǒng)或通過一增強系統(tǒng)實施同期相繼加固階段，圖4中引導(dǎo)沖孔的縱向斷面圖；圖6示出了第一引導(dǎo)沖孔完全加固后的縱向斷面圖；圖7示出了沿被建隧道周圍布置的加固層的透視圖，所述加固層具有呈單個冠狀布置的多個引導(dǎo)沖孔；圖8示出了沿所建隧道周圍布置的加固層的透視圖，所述加固層具有多個冠狀布置的多個引導(dǎo)沖孔；圖9示出了在所述加固工程之后開挖工程開始時的透視圖。
具體實施例方式
參照所述附圖，圖1的實施例表明，其中的待建隧道顯然可為任一類型，并可屬于任一民用、工用或市政用隧道。該隧道1可在任何類型及形狀的地層2中興建。
圖4示出了隧道1的上部區(qū)域中一引導(dǎo)沖孔(guided perforation)3的實施例，該沖孔由用于對較小孔徑的孔進行引導(dǎo)沖孔的公知裝置獲得，所述裝置例如配有如圖2和3所示的一笛狀擺動頭4或一非對稱頭錘5，或配有泥漿渦輪或其他裝置。
該引導(dǎo)沖孔裝置不斷地由無線電、磁力、雷達、光或電參照系統(tǒng)等進行監(jiān)測與控制，從而確定沖孔鉆頭的精確位置及方向。引導(dǎo)沖孔3為加固施工的初期工程。
圖5中示出了加固施工的二期工程，此時，施工人員在引導(dǎo)沖孔裝置取回期間，在沖孔3內(nèi)逐步建立加固工程6。該加固工程6延伸于圖6所示的引導(dǎo)沖孔3的全長范圍內(nèi)，或延伸于沖孔的相繼長段內(nèi)。
在加固施工的三期工程中，設(shè)想多個被加固的引導(dǎo)外圍沖孔3，特別是其軸線幾乎平行，并沿所建隧道1的周圍形成如圖7所示的冠狀布置，或如圖8所示的多個冠狀布置。
在加固施工的四期工程中，固化部凝結(jié)之后，便沿隧道1的全長、或沿其相繼長段開始進行開挖工程7的施工。
在加固施工的最后一期工程，即五期工程中，進行的是隧道壁面及底面的修整處治工程，以及特定功能布置工程所固有的隧道的全部相繼的工程。
特別值得注意的是本發(fā)明加固工程的二期工程，該期工程使用上面所描述的多個引導(dǎo)沖孔3，并且加固工程可由圓柱形噴射灌漿處理系統(tǒng)或通過增強系統(tǒng)完成，此外，還可由兩系統(tǒng)組合完成。另外，一個或多個引導(dǎo)沖孔3可用于隧道排水。
通過圓柱形噴射灌漿處理系統(tǒng)進行加固施工的預(yù)期效果是，引導(dǎo)沖孔裝置3被取回或被推進的過程中，在沖孔內(nèi)注射有混凝集料(aggregating substances)，例如水泥混合物、凝膠體、樹脂等，并且其上方與地層相混合，從而沿隧道的全長或其部分建立起抗坍芯體。
或者，通過增強系統(tǒng)進行加固施工的預(yù)期效果是，要么在沖孔施工期間，要么在引導(dǎo)沖孔裝置3被取回期間，在沖孔內(nèi)插入金屬或其他材料插入料，并且在低或高壓狀態(tài)下相繼注入混凝集料(水泥混合料、樹脂等)，這種增強提高通過聚集生成物在引導(dǎo)沖孔的相鄰地層內(nèi)的擴張而形成的內(nèi)部芯體6的抗力。
根據(jù)待實施的開挖類型以及待建設(shè)的隧道類型，所述噴射灌漿加固系統(tǒng)或增強系統(tǒng)也可相互結(jié)合使用。
如果將引導(dǎo)沖孔3用于隧道的排水，施工人員則用一鉆孔銑刀替換開挖頭，所述鉆孔銑刀在沖孔裝置的旋轉(zhuǎn)管狀桿取回過程中，對一金屬管或其他合適的材料管進行牽引，所述管被置于坑道內(nèi)部并起到排水管的套管作用。
可以設(shè)想，即使在沖孔桿從沖孔開始的同一部分取出之后，插入件和排水裝置被置入，簡單地將加固件或排水管推進在沖孔階段由防止下陷的套管(后來被回收)保護的空孔內(nèi)。
因此，可以理解本發(fā)明的目的在于，利用引導(dǎo)沖孔系統(tǒng)在開挖工程之前對隧道實施外部加固，由于允許在隧道的全長范圍內(nèi)或在隧道本身較長一點的延伸段(隧道延伸段可至800m以上)內(nèi)進行加固，從而使其相對于加固延伸段極短(15-20m)的現(xiàn)有加固技術(shù)而言具有極大的功能優(yōu)勢及經(jīng)濟優(yōu)勢。即使對于覆蓋層很薄的隧道備用道而言，也可通過噴射灌漿技術(shù)從上方(從地表)實現(xiàn)加固，本發(fā)明表明其優(yōu)勢顯然在于，消除了到達加固區(qū)前的大多數(shù)空心沖孔。
還應(yīng)指出，本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過本發(fā)明的引導(dǎo)沖孔所進行的加固施工可獲得與精確的靜態(tài)條件相符的抗坍工程，因為，所述引導(dǎo)沖孔是按計劃準(zhǔn)確地沿即便為曲線的路線而前進的。本發(fā)明的優(yōu)點還在于，實現(xiàn)對處于即使為水平隔開的相鄰巖層中的地下構(gòu)件的加固工程，所述地下構(gòu)件用于水力和水文地質(zhì)應(yīng)用場合，以分離淺層地下水表面或自流井壓力表面，或用于密封湖泊、水槽、溝渠或用于將排水用儲水池恢復(fù)至不透水狀態(tài)。這些地下構(gòu)件可通過引導(dǎo)沖孔，以單一系列或多個系列的方式實現(xiàn)加固工程，其中，各引導(dǎo)沖孔通過插入件或通過噴射灌漿系統(tǒng)來支承混凝集料。任務(wù)的這些加固工程可不受可能存在的開挖工程或地層重構(gòu)的約束。
權(quán)利要求
1.常規(guī)地下工程、隧道和地下坑道的連續(xù)實現(xiàn)方法，其中，這些尺寸相當(dāng)大的隧道和坑道的準(zhǔn)備工程目前通常是通過加固相繼的短延伸段(長度為15-20m)的外圍、并且開挖相關(guān)的隧道延伸段來進行的，該加固工程通過多個傘狀短沖孔得以實施，所述沖孔中插入金屬、玻纖或其他適合材料的增強件或插入件，插入件作用在于支承低壓或高壓注入的加固料，例如水泥混合料、樹脂等，從而使隧道的各短延伸段形成外圍加固，以允許實施相應(yīng)短延伸段的下一步開挖施工，其特征在于，所述加固工程通過足夠數(shù)量的小橫斷面引導(dǎo)沖孔(3)形成，其中所述引導(dǎo)沖孔通過具有可動沖孔頭(4，5)的裝置獲得，并沿被建隧道(1)中心的外圍布置，或被置于設(shè)計者指明的位置處，并覆蓋隧道本身(比如長度達800m，甚至更長)的整個長度或大部分長度，其中引導(dǎo)沖孔內(nèi)的所述加固(6)通過如下步驟實施，即，在各沖孔(3)內(nèi)填充增強件或插入件，然后增強件或插入件與混凝集料相混合，所述混凝集料是在高壓或低壓條件下注入的，或通過一具有水泥混合料、凝膠體、樹脂等的壓力噴射器的噴射灌漿系統(tǒng)注入，從而在開挖工程之前，對隧道內(nèi)較長的延伸段、或在隧道本身的整個長度實施加固，并獲得與精確的靜態(tài)條件相符的一抗坍工程，其中，所述引導(dǎo)沖孔可按計劃準(zhǔn)確地沿即便為曲線的路線而推進。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述引導(dǎo)沖孔(3)用于在開挖工程(7)之前形成加固(6)，所述引導(dǎo)沖孔實施于被建隧道(1)的外圍和/或中心和/或一合適位置，為單冠、多冠或任意布置形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，各引導(dǎo)沖孔(3)形成之后，施工人員將所述沖孔裝置取回，并且隨著該取回作業(yè)，施工人員將增強件或插入件插入引導(dǎo)沖孔(3)內(nèi)，所述增強件或插入件用于支承注入沖孔本身的混凝集料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，各引導(dǎo)沖孔(3)形成之后，施工人員由噴射灌漿系統(tǒng)注入混凝集料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4所述的方法，其特征在于，所述引導(dǎo)沖孔(3)可利用增強系統(tǒng)和插入系統(tǒng)，以及噴射灌漿系統(tǒng)或三者的組合進行填充。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在低壓或高壓狀態(tài)下，將混凝集料，例如水泥混合料、樹脂等與增強系統(tǒng)和噴射灌漿系統(tǒng)注入引導(dǎo)沖孔(3)內(nèi)，再將混凝集料擴展并壓入引導(dǎo)沖孔周圍的地層內(nèi)，從而形成互相接近、互相貫穿或隔開的抗坍芯體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，一個或多個引導(dǎo)沖孔(3)可用于隧道排水，并且可由一沖孔銑刀來替代開挖頭(4，5)，所述銑刀在沖孔裝置的管狀旋轉(zhuǎn)桿取回過程中，對一金屬管或其他合適材料管進行牽引，所述管置于沖孔內(nèi)，并具有套管或排水管的作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在各引導(dǎo)沖孔完工期間，施工人員推進沖孔裝置，并且通過該推進作業(yè)，施工人員將增強件或插入件導(dǎo)入引導(dǎo)沖孔(3)內(nèi)，所述增強件或插入件對注入沖孔本身內(nèi)的混凝集料進行支承。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在各引導(dǎo)沖孔完工期間，施工人員由噴射灌漿系統(tǒng)導(dǎo)入混凝集料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9所述的方法，用于為處于相鄰地層之間的分隔結(jié)構(gòu)獲得加固工程，所述分隔結(jié)構(gòu)用于水力和水文地質(zhì)應(yīng)用場合，所述加固工程用于分隔淺層地下水表面或自流井壓力表面，或用于密封和/或加固水槽、湖泊、排水用儲水池等，其特征在于，所述加固工程甚至獨立于開挖工程或地層運動，通過引導(dǎo)沖孔(3)而獲得，所述引導(dǎo)沖孔根據(jù)抗坍工程的設(shè)計布置為單系列或多系列，其中，各引導(dǎo)沖孔(3)容納增強件或插入件以及相關(guān)的混凝集料或具有噴射灌漿系統(tǒng)的裝置。
全文摘要
任意類型地下工程的連續(xù)實現(xiàn)方法為，在開挖工程之前先進行加固工程(6)，其中所述加固工程通過引導(dǎo)沖孔(3)得以實施，所述引導(dǎo)沖孔由擺動頭沖孔裝置(4，5)獲得，并置于所建隧道(1)中心的外圍，或置于設(shè)計者標(biāo)明的位置處，或者在地下工程中，其中，引導(dǎo)沖孔(3)內(nèi)的所述加固工程(6)通過如下方式形成，即用增強件或插入件填充各沖孔(3)，然后，所述增強件或插入件與高壓或低壓注入的混凝集料、或通過一噴射灌漿系統(tǒng)注入的混凝集料相混合，所述系統(tǒng)具有一水泥混合料、凝膠體、樹脂等的壓力噴射器，從而在開挖工程之前，可在隧道的較長延伸段、或整個長度上、或地下工程的地表上形成加固工程，并且獲得與精確的靜態(tài)條件相符的一抗坍工程，其中，所述引導(dǎo)沖孔是按計劃準(zhǔn)確地沿即便為曲線的路線而推進的。
文檔編號E21B7/04GK1517495SQ20041000247
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者佛朗哥·費拉里, 佛朗哥 費拉里 申請人:諾比利費拉里有限責(zé)任公司