專利名稱：一種隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法及縱向開(kāi)口花管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種不良地層特別是含水豐富地 層中的隧道預(yù)支護(hù)方法，以及該方法中所使用的專用工具。
背景技術(shù)：
在隧道施工中，為了充分發(fā)揮圍巖自承能力，保證安全施工，開(kāi)挖之前進(jìn)行預(yù)支護(hù) 是必要的。對(duì)于硬質(zhì)圍巖及其它穩(wěn)定性較好的圍巖，一般不需要超前預(yù)支護(hù)，開(kāi)挖施工過(guò)程 中采用的主要支護(hù)方法是錨噴支護(hù)。對(duì)于軟弱破碎等自穩(wěn)性較差的圍巖，通常采用超前錨 桿、管棚超前支護(hù)、小導(dǎo)管超前注漿預(yù)加固、機(jī)械預(yù)切槽法等超前預(yù)支護(hù)方法。管棚超前支護(hù)和高壓旋噴支護(hù)都是超前加固方法，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件， 對(duì)于松散、破碎、強(qiáng)度較低及含水量較高的淺埋隧道，這兩種方法均有各自的應(yīng)用范圍及局 限性。對(duì)于管棚超前支護(hù)，一般情況下，管棚采用鋼管或鋼插板作縱向預(yù)支撐，又采用鋼 拱架作環(huán)向支撐，整體剛度較大，對(duì)圍巖變形的限制能力較強(qiáng)，且能提前承受早期圍巖壓 力，主要適用于圍巖來(lái)壓快及壓力大、對(duì)圍巖變形及地表下沉有較嚴(yán)格要求的軟弱、破碎圍 巖隧道工程中，如土砂質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹性地層、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎 帶、淺埋有顯著偏壓等圍巖的隧道中。此外，采用插板封閉較為有效；在地下水較多時(shí)，可利 用鋼管或?qū)Ч茏{堵水并加固圍巖。旋噴支護(hù)是近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的預(yù)支護(hù)技術(shù)。它是以高壓泵為動(dòng)力源， 通過(guò)鉆機(jī)鉆桿將帶有特殊噴嘴的注漿管置入土層的預(yù)定位置后，噴嘴把配置好的漿液噴射 到土體內(nèi)，噴射流以巨大的能量將一定范圍內(nèi)的土體射穿，并在噴嘴旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退的同時(shí)切 割土體，強(qiáng)制土顆粒與漿液攪拌混合，待漿液凝固后，形成圓柱狀水泥土固結(jié)體，當(dāng)旋噴樁 相互結(jié)合后，便以同心圓形式在土體中形成封閉的旋噴帷幕體，起到防流砂、抗滑移、防滲 透的作用。旋噴樁適用于軟土、黏性土、黃土、砂類土、砂礫卵石層等特殊地質(zhì)條件。下列文獻(xiàn)表明管棚超前支護(hù)和高壓旋噴支護(hù)技術(shù)在不同的工程領(lǐng)域已經(jīng)得到了 廣泛的應(yīng)用[1]大管棚超前支護(hù)技術(shù)在偏壓隧道施工中的應(yīng)用.游順達(dá).海峽科學(xué)，2009 年05期.[2]隧道預(yù)支護(hù)原理與施工技術(shù).朱漢華等.北京人民交通出版社.[3]高壓旋 噴注漿技術(shù)與應(yīng)用.李相然、賀可強(qiáng).北京中國(guó)建材工業(yè)出版社。隨著隧道工程的快速發(fā)展，這兩種預(yù)支護(hù)技術(shù)也越來(lái)越趨于成熟，但由于在一些 地質(zhì)條件特別差的工程地段，如果單獨(dú)采用高壓旋噴或管棚支護(hù)，并不能達(dá)到有效的預(yù)支 護(hù)效果。文獻(xiàn)[隧道全方位高壓噴射注漿拱棚超前支護(hù)新技術(shù).劉鐘，柳建國(guó)，張義，李志 毅，巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009年01期]表明，國(guó)內(nèi)已研制出大型液壓雙搖臂式全方位高壓 噴射注漿鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)了鉆孔、旋噴一體技術(shù)，達(dá)到了快速有效施工的目的，該項(xiàng)技術(shù)的施工 工藝順序?yàn)殂@孔一高壓旋噴一插筋，由于該工藝是后插筋技術(shù)，一般隧道開(kāi)挖遇到的富 水、松散土層大部分是含卵石、礫石類不良巖土體，而當(dāng)工程需要預(yù)支護(hù)范圍較大、筋體較 長(zhǎng)時(shí)，高壓旋噴的巨大噴射力導(dǎo)致鉆孔內(nèi)充填卵石、礫石等，后插筋將無(wú)法實(shí)施，此時(shí)只能采用傳統(tǒng)的鉆孔高壓旋噴、鉆孔插管棚組合工藝；同時(shí)，采用大型液壓雙搖臂式全方位高壓 噴射注漿鉆機(jī)進(jìn)行施工，對(duì)施工空間要求較嚴(yán)，且費(fèi)用高。如果采用傳統(tǒng)的組合工藝，綜合采用前述二種施工方法進(jìn)行隧道預(yù)支護(hù)，即先進(jìn)行旋噴支護(hù)，再進(jìn)行管棚施作，兩套工藝均需要鑿巖成孔，施工費(fèi)用相當(dāng)于這兩項(xiàng)獨(dú)立工 藝的簡(jiǎn)單疊加，而鉆孔是此二個(gè)工藝環(huán)節(jié)中費(fèi)用最高、周期最長(zhǎng)的工序，且工藝循環(huán)相互交 叉，進(jìn)一步導(dǎo)致工效低，工期大幅延長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法，正是為了解決前述的不足之處，將管棚超 前支護(hù)與高壓旋噴注漿技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在不良地層的隧道工程中實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高 效的預(yù)支護(hù)。本發(fā)明一種隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法，所述方法包括如下步驟1、成孔，即施工時(shí)沿隧道設(shè)計(jì)外緣按0. 3 1. Om的間距鉆孔，所述鉆孔呈水平或 傾角小于10度；2、向每個(gè)鉆孔中插入縱向開(kāi)口花管，并使縱向開(kāi)口花管底部貼近隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖界 限；3、將高壓旋噴噴嘴置入鉆孔中，進(jìn)行高壓旋噴作業(yè)；4、旋噴，形成多個(gè)旋噴體，所述多個(gè)旋噴體與縱向開(kāi)口花管共同形成預(yù)支護(hù)拱棚 結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)部襯砌與縱向開(kāi)口花管及旋噴體緊密結(jié)合形成有效的支護(hù)整體。上述方法還可以進(jìn)一步改進(jìn)為對(duì)難于成孔的極差地層，在進(jìn)行上述步驟1鉆孔 時(shí)，采用套管跟進(jìn)鉆機(jī)成孔，成孔后向每個(gè)套管中插入縱向開(kāi)口花管；在進(jìn)行上述步驟4旋 噴時(shí)，邊旋噴邊抽出套管。上述方法可以進(jìn)一步改進(jìn)為同一施工段中，每?jī)蓚€(gè)相鄰的旋噴體之間相互咬合， 形成沿隧道周向的旋噴咬合連續(xù)體。上述方法可以進(jìn)一步改進(jìn)為對(duì)于前后兩個(gè)施工段的旋噴體之間，設(shè)置有0. 5 3. Om長(zhǎng)度的搭接，形成拱棚縱向搭接段。本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種用于隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法的縱向開(kāi)口花管，所述縱向開(kāi) 口花管為沿軸向全長(zhǎng)開(kāi)口的管體，開(kāi)口的截面形狀為弧形或半圓形。進(jìn)一步的，所述縱向開(kāi)口花管沿管體的軸線方向開(kāi)口處，按0. 5 2. Om的間隔設(shè) 置環(huán)形肋。進(jìn)一步的，所述縱向開(kāi)口花管的管壁上設(shè)置出漿孔。進(jìn)一步的，所述縱向開(kāi)口花管的前端設(shè)置導(dǎo)向頭。進(jìn)一步的，所述縱向開(kāi)口花管為普通的金屬管或強(qiáng)度較高的非金屬管。


圖1隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)縱向A-A剖面圖。圖2隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)B-B橫剖圖。圖3縱向開(kāi)口花管C-C縱剖圖。圖4縱向開(kāi)口花管D-D俯視圖。
圖5不同截面形狀的縱向開(kāi)口花管E-E橫剖面示意圖。圖6圍巖極差條件下隧道預(yù)支護(hù)橫剖圖。圖7底板圍巖較好條件下隧道預(yù)支護(hù)橫剖圖。圖8拱頂圍巖較差條件下隧道預(yù)支護(hù)橫剖圖。圖中1---縱向開(kāi)口花管、2—旋噴體、3—鉆孔、4—導(dǎo)向頭、5—出漿孔、 6—隧道內(nèi)部襯砌、7—環(huán)形肋、8—旋噴咬合連續(xù)體、9—拱棚縱向搭接段。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)闡述。圖1是隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)縱向A-A剖面圖。首先利用鉆機(jī)施作水平或傾角 小于10度的鉆孔3，對(duì)于易塌孔的地層，使用套管跟進(jìn)鉆機(jī)成孔。將縱向開(kāi)口花管1置入鉆 孔3中，并使縱向開(kāi)口花管底部貼近隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖界限，再高壓旋噴噴嘴置于縱向開(kāi)口花 管1中，按從孔底向孔口的順序進(jìn)行高壓旋噴作業(yè)，對(duì)于采用套管跟進(jìn)鉆機(jī)成孔的情況，邊 旋噴邊拔出套筒，噴射的高壓漿液與巖土體混合形成旋噴體2。對(duì)于同一施工段中，每?jī)蓚€(gè) 相鄰的旋噴體2相互咬合，形成沿隧道周向的旋噴咬合連續(xù)體8，提高拱棚強(qiáng)度及其隔水性 能。對(duì)于前后兩個(gè)施工段，前一個(gè)施工段的旋噴體2與后一個(gè)施工段的旋噴體2應(yīng)有0. 5 3. Om的搭接長(zhǎng)度，即拱棚縱向搭接段9，保證拱棚沿隧道軸向的連續(xù)性，有利于提高拱棚的 承載能力和隔水性能。圖2是旋噴管棚結(jié)構(gòu)橫剖圖。沿隧道設(shè)計(jì)施工邊線按0. 3 1. Om的間距布設(shè)鉆 孔3，鉆孔中置入縱向開(kāi)口花管1，縱向開(kāi)口花管1橫截面形狀為扇形或半圓形，沿縱向開(kāi)口 花管軸線方向的開(kāi)口位置，間隔0.5 2. Om設(shè)置一道環(huán)形肋7，用于避免縱向開(kāi)口花管1在 置入鉆孔過(guò)程中的方向錯(cuò)位及變形。圖3、圖4分別是縱向開(kāi)口花管縱剖圖和俯視圖?？v向開(kāi)口花管1采用普通的金屬 管或強(qiáng)度較高的非金屬管體沿軸向全長(zhǎng)開(kāi)口，開(kāi)口的截面形狀為弧形或半圓形，高壓旋噴 注漿時(shí)的漿液通過(guò)縱向開(kāi)口花管1上的開(kāi)口與需要加固的巖土體相互作用，形成旋噴體2 ； 沿縱向開(kāi)口花管1軸向開(kāi)口處按0. 5 2. Om間距布設(shè)環(huán)形肋7 ；縱向開(kāi)口花管1上以梅花 形或矩形布置出漿孔5，出漿孔5保證旋噴時(shí)高壓漿液能夠進(jìn)入縱向開(kāi)口花管1與鉆孔3孔 壁間的空隙；縱向開(kāi)口花管1前端為圓錐形導(dǎo)向頭4，用于控制縱向開(kāi)口花管1置入時(shí)的方 向，避免施工不當(dāng)造成對(duì)鉆孔3孔壁的破壞。圖5為不同截面形狀的縱向開(kāi)口花管橫剖面示意圖，縱向開(kāi)口花管1截面形狀可 以是半圓形，也可以是大于180度或小于180度的弧形，具體的參數(shù)可根據(jù)管棚的剛度設(shè)計(jì) 要求確定。圖6、圖7、圖8是在不同的地質(zhì)條件下使用旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法時(shí)的隧道橫剖圖。 若隧道開(kāi)挖斷面周圍巖體巖性都較差且地下水豐富時(shí)，需要在隧道的拱頂、側(cè)幫、底板都進(jìn) 行旋噴管棚預(yù)支護(hù)，如圖6所示；若底板巖性較好，不會(huì)發(fā)生底鼓破壞及失穩(wěn)，則只需對(duì)拱 頂、側(cè)幫進(jìn)行預(yù)支護(hù)，如圖7所示；對(duì)于只有拱頂巖土體狀況較差的隧道，只需對(duì)拱頂進(jìn)行 超前預(yù)支護(hù)，如圖8所示。圖6、圖7、圖8中，對(duì)于同一施工段中每?jī)蓚€(gè)相鄰的旋噴體2相 互搭接，形成沿隧道周向的旋噴咬合連續(xù)體8，提高拱棚強(qiáng)度及其隔水性能。隧道掘進(jìn)施工過(guò)程中，隧道內(nèi)部襯砌6與縱向開(kāi)口花管1、旋噴體2緊密結(jié)合形成有效的支護(hù)整體，既滿足了較高的支護(hù)強(qiáng)度，同時(shí)又發(fā)揮了隔水阻水的作用，實(shí)現(xiàn)了不良地層特別是豐富地下水條件下不良地層中的隧道預(yù)支護(hù)。 本發(fā)明大大縮短了施工周期，節(jié)約了施工費(fèi)用，且管棚、高壓旋噴工藝都較成熟， 在實(shí)際的施工中易于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)本發(fā)明也可應(yīng)用于邊坡加固、地基處理等工程領(lǐng)域。
權(quán)利要求
一種隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法，其特征在于所述方法包括如下步驟1.1成孔，即施工時(shí)沿隧道設(shè)計(jì)外緣按0.3～1.0m的間距鉆孔，所述鉆孔呈水平或傾角小于10度；1.2向每個(gè)鉆孔中插入縱向開(kāi)口花管，并使縱向開(kāi)口花管底部貼近隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖界限；1.3將高壓旋噴噴嘴置入鉆孔中，進(jìn)行高壓旋噴作業(yè)；1.4旋噴，形成多個(gè)旋噴體，所述多個(gè)旋噴體與縱向開(kāi)口花管共同形成預(yù)支護(hù)拱棚結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)部襯砌與縱向開(kāi)口花管及旋噴體緊密結(jié)合形成有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法，其特征在于對(duì)難于成孔的 極差地層，在進(jìn)行步驟1. 1鉆孔時(shí)，采用套管跟進(jìn)鉆機(jī)成孔，成孔后向每個(gè)套管中插入縱向 開(kāi)口花管；在進(jìn)行步驟1.4旋噴時(shí)，邊旋噴邊抽出套管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法，其特征在于同一施工 段中，每?jī)蓚€(gè)相鄰的旋噴體之間相互咬合，形成沿隧道周向的旋噴咬合連續(xù)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種隧道旋噴管棚預(yù)支護(hù)方法，其特征在于對(duì)于前后 兩個(gè)施工段的旋噴體之間，設(shè)置有0. 5 3m的搭接，形成拱棚縱向搭接段。
5.用于權(quán)利要求1所述方法的一種縱向開(kāi)口花管，其特征在于所述縱向開(kāi)口花管為 沿軸向全長(zhǎng)開(kāi)口的管體，開(kāi)口的截面形狀為弧形或半圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種縱向開(kāi)口花管，其特征在于所述縱向開(kāi)口花管沿管體 的軸線方向開(kāi)口處，按0. 5 2. Om的間距設(shè)置環(huán)形肋。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種縱向開(kāi)口花管，其特征在于所述縱向開(kāi)口花管的管壁 上設(shè)置出漿孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種縱向開(kāi)口花管，其特征在于所述出漿孔以梅花形或矩 形布置
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種縱向開(kāi)口花管，其特征在于所述縱向開(kāi)口花管的前端 設(shè)置導(dǎo)向頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至8所述的一種縱向開(kāi)口花管，其特征在于所述縱向開(kāi)口花管為 普通的金屬管或強(qiáng)度較高的非金屬管。
全文摘要
本發(fā)明屬于土木工程支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種不良地層特別是含水豐富地層中的隧道預(yù)支護(hù)方法，以及該方法中所使用的專用工具。本方法主要包括如下步驟1.1成孔，即施工時(shí)沿隧道設(shè)計(jì)外緣按0.3～1.0m的間距鉆孔，所述鉆孔呈水平或傾角小于10度；1.2向每個(gè)鉆孔中插入縱向開(kāi)口花管，并使縱向開(kāi)口花管底部貼近隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖界限；1.3將高壓旋噴噴嘴置入鉆孔中，進(jìn)行高壓旋噴作業(yè)；1.4旋噴，形成多個(gè)旋噴體，所述多個(gè)旋噴體與縱向開(kāi)口花管共同形成預(yù)支護(hù)拱棚結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)部襯砌與縱向開(kāi)口花管及旋噴體緊密結(jié)合形成有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開(kāi)了該方法中所使用的專用工具。
文檔編號(hào)E21D11/00GK101812992SQ20101014310
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者吳順川, 高永濤 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)