[發明專利]隧道超前支護風循環鉆進施工方法及鉆具

有效

• 申請號: 200810301261.1
• 申請日: 2008-04-23
• 公開（公告）號: CN101260784A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 楊積凱;聶政熊
• 申請（專利權）人: 北京首爾工程技術有限公司
• 主分類號: E21B11/00
• 分類號: E21B11/00;E21B7/04;E21D11/14
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所
• 代理人: 朱麗巖;唐曉麗

所屬技術領域

本發明涉及一種隧道工程中超前支護方法，特別是一種管棚的施工方法。

背景技術

管棚是地下空間建造施工中常用的預支護方法。是在開挖前將一排近水平排列的鋼管打入待開挖空間的上方并注漿，形成一個棚狀保護結構，用來保護開挖工作安全進行。管棚施工有鉆孔法、頂管法和夯管法。按照破碎巖土的方式可分為沖擊鉆進和回旋鉆進。沖擊鉆進一般用于較硬地層如各種巖石和沙卵石地層，是用壓縮空氣驅動潛孔沖擊器來破碎地層的。回旋鉆孔法是用水平鉆機將鋼管安裝進地層中，由鉆機通過鉆管驅動鉆頭回旋切削地層，鉆進過程中必須用沖洗液來冷卻、潤滑鉆頭并帶出鉆屑。沖洗液又叫泥漿，由水加膨潤土等物質配置而成。

然而，在我國第四系新黃土地區，隧道工程施工的地層構造主要是由新黃土構成，由于土中膠黏物質較少，在含水量較少的情況下，很容易碎裂松散，在濕陷性黃土中施工管棚時，如使用傳統的回旋鉆進方法，沖洗液容易造成周圍地層浸水變軟，造成自然結構破壞，產生土層塌陷的安全問題，并且鉆孔方向也難于控制。因此在這種土層中進行超前支護施工是一個急需解決的技術難題。

發明內容

本發明提供一種隧道超前支護風循環鉆進施工方法，要解決在第四系新黃土地區管棚支護施工中安全、快速鉆進的問題，并解決保護隧道周圍土體、避免發生塌陷、防止產生安全隱患的技術問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

這種隧道超前支護風循環鉆進施工方法，其特征在于施工步驟如下：

步驟1，鉆具安裝，將撐子面前的工作面整平，軌道與撐子面平行并與隧道軸線垂直鋪設，在軌道上搭設機架，將用作管棚鋼管的鉆管水平支撐于機架上的鉆機滑架之上，鉆管的前端與頭部開有出風口的鉆頭連接，鉆管的后端由絲扣與鉆機回轉動力頭驅動連接，鉆機回轉動力頭與鉆機的推進機構連接，鉆管、鉆機的內腔與風管連通，風管末端與空氣壓縮機的風包連通。

步驟2，將鉆具沿軌道移到指定孔位，根據隧道方位線調整鉆具的方位角，使鉆具與隧道方位線平行，將鉆機與機架緊固。

步驟3，開啟空氣壓縮機，風壓控制在0.4Mpa以上，然后開啟鉆機，使鉆桿向土體勻速鉆進，壓縮空氣自風包、風管經鉆管內腔送到鉆頭部位，風冷鉆頭，并將鉆屑通過鉆管與土體之間的隙縫吹出鉆孔之外，鉆桿鉆進的初始傾角是1至6度。

步驟4，終孔注漿，單孔打設驗收合格后，將鉆管后端與鉆機分離，并將鉆管后端與注漿管連通，注漿管向鉆管內腔壓注水泥漿，水泥漿對鉆管內腔和由鉆頭部位的出風口向鉆管外的環狀間隙進行壓漿，再轉入下一孔位施工。

另一技術方案：

上述步驟1中，在鉆頭前部連接導向板，鉆頭內部安裝導向探棒，導向探棒由支撐固定于鉆頭內壁，導向探棒由信號線與外部的顯示屏和導向鉆進裝置連接。終孔后鉆管最前端在隧道開挖線外的2米范圍之內。導向鉆進的鉆進初始傾角是0.1至5度。導向探棒后部連接鋼絲繩22，在獲取相關鉆進及鉆具參數后，可以將導向探棒拽引取出。

上述步驟4后，每打設完成一根鉆管現場須及時進行導向數據記錄和鉆具前端長度及每次加管長度詳細記錄，每打設完成20米，用探棒后部燈光，用經緯儀進行一次左右測斜，如偏差大于0.3度時，及時糾偏。

上述步驟4中，采用跟蹤注漿，管棚打設完后立即注漿，注漿壓力大于0.6Mpa，機架由行走油缸驅動。

這種隧道超前支護風循環鉆進施工鉆具，包括鉆機和支撐鉆機的機架，其特征在于：

機架位于工作面的軌道上，軌道與撐子面平行并與隧道軸線垂直鋪設，用作管棚鋼管的鉆管水平支撐于機架上的鉆機滑架之上，鉆管的前端與頭部開有出風口的鉆頭連接，鉆管的后端由絲扣與鉆機回轉動力頭驅動連接，鉆機回轉動力頭與鉆機的推進機構連接，鉆管、鉆機的內腔與風管連通，風管末端與空氣壓縮機的風包連通。

上述機架可包括底盤、橫梁和立柱，兩立柱之間連接斜拉筋和橫拉筋，立柱上端與橫梁之間連接提升葫蘆。

上述鉆頭前部可連有導向板，鉆頭內部安有導向探棒，導向探棒由信號線與外部的顯示屏和導向鉆進裝置連接。

本方法用鉆頭切削土體，與以往的回旋鉆進不同的是不用沖洗液，而代之以壓縮空氣，壓縮機輸出的壓縮空氣通過鉆管送到鉆頭，用于冷卻鉆頭，并將鉆屑通過鉆管于土體之間的隙縫吹出鉆孔之外。當施工較長管棚時，可配導向儀導向鉆進，以保證施工精度。用無水風動空氣鉆進的方法干式破碎土層，進行管棚支護施工，可保證隧道周圍土體不受影響。鉆孔碎屑可以用壓縮空氣吹出鉆孔。