專利名稱：：三臂液壓鑿巖臺車及隧道鉆孔注漿施工方法
技術領域：
：本發明涉及一種三臂液壓鑿巖臺車及隧道鉆孔注漿施工方法，屬交通施工
技術領域：
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背景技術：
：隧道及地下工程在穿越斷裂破碎帶、巖溶、高承壓水、軟弱地層等不良地質段時，由于節理裂隙切割巖層，以及地下水補給，在工程施工中面臨涌水突泥、坍塌等各類地質風險，為有效規避此類風險，確保人員及機械設備安全，需要對前方不良地質段實施鉆孔注漿作業，達到止水和加固圍巖的目的，而近些年，隨著施工技術和機械化水平的提高，一些長大交通隧道和物流隧道、大型的地下倉儲廠房及國防人防工程的修建，也使鉆孔注漿這門學科迅速成長并發展起來。目前三臂液壓鑿巖臺車僅僅適用于圍巖地質情況較好的隧道及地下工程爆破開挖作業，對于斷層及軟弱破碎帶，三臂液壓鑿巖臺車這種大型設備常處于閑置狀態，通常采用多功能鉆機進行深孔注漿施工，但效率低，費時費力。
發明內容為提高三臂液壓鑿巖臺車的使用率，本發明目的在于將三臂液壓鑿巖臺車應用于鉆孔注漿作業，提供一種隧道鉆孔注漿施工方法，進一步拓展三臂液壓鑿巖臺車的應用領域。三臂液壓鑿巖臺車原屬于爆破開挖專用設備，我們通過對臺車的認識，經過不斷的鉆研、實踐、改造和改進，挖掘臺車潛在功能，發現三臂液壓鑿巖臺車不僅適用于爆破開挖施工，還適用于超前預注漿施工，進而將三臂液壓鑿巖臺車使用范圍拓展到新的施工領域。為實現本發明目的，本發明對三臂液壓鑿巖臺車在以下方面作了突破和改進1、三臂液壓鑿巖臺車鉆具的改進超前探孔及超前預注漿都面臨深孔施工，深孔施工鉆具必須滿足強度和剛度要求，即"粗、重、剛、直"原則，因臺車屬于開挖專用設備，配置用于打設炮孔和錨桿孔的R38(H35/R32)X5.5m六角型鉆桿，此類鉆具根本無法滿足深孔施工要求，經過反復試驗，采用T38X3.66圓型加長鉆桿，配套三臂鑿巖臺車使用，這種鉆桿滿足一定的強度和剛度要求，為臺車深孔施工提供了保證。2、吐渣沖洗系統改進由于三臂液壓鑿巖臺車對圍巖及地質條件要求高，一般使用于IIII級圍巖施工，所以吐渣系統配置7.5kw(1.2Mpa水壓)水沖洗系統，然而水沖洗系統不適應于強風化及軟弱地層帶，否則由于泥沙沖蝕，造成塌孔卡鉆，甚至潛涌及更大的滲流破壞，所以要使三臂液壓鑿巖臺車滿足不同地質圍巖的要求，必須對吐渣沖洗系統進行改進，否則臺車的使用領域將受到很大的局限。而傳統多功能鉆機風動原理在一定的程度上避免此3類情況，本發明正是通過對這兩種沖洗系統的研究，不斷的創新嘗試，建立水洗和風洗的雙重系統，在鉆孔過程中如果圍巖較好，就使用高壓水沖洗系統，如果圍巖破碎，存在斷層泥等不良地質因素，則使用高壓風或水風混合沖洗系統，防止卡鉆和鉆桿掉失、或者由于泥沙潛失而造成的滲流破壞。三臂液壓鑿巖臺車經改進后，可適用隧道及地下工程超前預注漿、超前地質探孔、基礎及地面沉陷等軟基處理加固。本發明利用三臂液壓鑿巖臺車對隧道鉆孔注漿施工方法如下1、對隧道進行勘測、制定注漿方案；2、噴射混凝土施工止漿墻；根據掌子面地質情況，采用20-25cm厚噴射混凝土做為止漿墻，要求噴射混凝土表面平整，強度不低于20Mpa。3、開孔按照設計及現場情況，計算出各注漿孔孔位在止漿墻體上的坐標，標識注漿孔的準確位置，利用三臂液壓鑿巖臺車鉆孔，鉆孔深2.2m。為防止串漿，可適當拉開作業臂之間的距離，一般控制在2.0m左右。孔位誤差應《士lcm，開孔前保持鉆機端頭中點與掌子面注漿孔孔位于同一軸線上，固定鉆機，調整鉆桿中心線與設計注漿孔中心線相吻合，鉆機定位誤差《士5cm，角度誤差《±0.5°，在鉆孔過程中隨時檢查校正鉆桿方向。超前注漿孔的孔底偏差應不大于孔深的1/40孔深，注漿檢查孔的孔底偏差應不大于孔深的1/80孔深。4、孔口管安裝鉆孔后退出鉆桿，利用臺車作業平臺安裝孔口管，孔口管端口纏繞有紡錘體麻絲，外涂有錨固劑，在5min之內用鉆機將孔口管頂入孔內，以防止錨固劑凝固，孔口管統一外露止漿墻2030cm，以便于連接注漿管件。5、制槳考慮到漿液后期強度及灌注性能，結合室內試驗及以往工程鉆孔注漿施工經驗，隧道鉆孔注漿以超細水泥漿為主，必要時的堵漏采用超細水泥-水玻璃雙液漿。超細水泥漿配置水灰重量比o.s:ii.2:i，先在高速攪拌機內放入定量清水進行攪拌，同時視設計及現場要求加入速凝劑，待全部溶解后再放入配比設計水泥重量，再攪拌4分鐘即可，為確保漿液的良好灌注性能，高速攪拌機轉速應大于1200r/min，而且漿液在通過二級攪拌桶時過篩，一般從制備至用完的時間宜小于2小時。雙液漿的配制水泥漿的配制同上，水玻璃漿的配制在攪拌桶內加一定量的清水，再放入一定量的水玻璃攪拌均勻即可，兩種漿液通過注漿機在混合器處混合。6、鉆孔注漿孔口管的孔位采用臺車①130mm鉆頭開孔，待孔口管安裝固定后，改用①85mm鉆頭施作①90mm注槳孔。注槳順序按步序孔從外圈向里圈、自上而下進行鉆孔注漿。每環注漿孔先施工奇數編號(如A1、A3……)注漿孔，然后施工偶數編號(如A2、A4……)注漿孔，偶數編號注漿孔同時可作為注漿檢查孔。為防止臨近孔位在注漿過程中發生漿液串流，孔位間隔一般控制在2.0米左右。注漿結束標準應以定壓和定量相結合為主，當注漿過程中長時間壓力不上升，并且達到設計注漿量時，應縮短漿液的凝膠時間，并采取間歇注漿措施，控制注漿量。本發明優點在于在鉆孔注漿施工中三臂液壓鑿巖臺車取代常規的地質鉆機及多功能鉆機，突破傳統的鉆孔注漿模式，和常規設備相比存在明顯的操控、工期、環境、效益等優勢。提高了臺車在不同地質條件下的適用性，對于節約成本，保護環境有很高的經濟效益和社會效益。三臂液壓鑿巖臺車作業平臺在鉆孔注漿中的運用，使孔口管安裝及鉆桿拆卸更加的便利和快捷，也使一線施工人員作業環境更加舒適安全。通過在海底隧道超前預注漿施工中驗證，三臂液壓鑿巖臺車表現突出，施工工藝先進，獲得了滿意的效果。圖1為鉆孔注漿施工流程圖；圖2為三臂液壓鑿巖臺車鉆孔注漿現場布置示意圖；圖3雙液漿施工流程圖；圖4為單孔前進式分段注漿施工流程圖。具體實施例方式為對本發明進行更好地說明，舉實施例如下某海底隧道在進入海域段后，地質情況復雜多變，隧道基巖以含晶屑火山角礫凝灰巖為主，局部夾凝灰巖、并有較多輝綠巖脈、石英正長巖脈侵入，巖體完整程度和風化帶厚度差異很大，多為碎裂鑲嵌破碎結構，圍巖在松弛變形時抗滲性能易惡化，可能發生滲透變形破壞，造成突泥涌水、坍塌等地質災害。因此在隧道掘進施工中，超前預注漿是確保施工安全的關鍵環節、工作的重中之重，也是隧道施工"預注漿、再管棚、小導管、后開挖、補注漿、快襯砌"施工部署先決條件，具體流程圖見圖2所示。某海底隧道F4-4斷層超前預注漿分為兩個循環施作，第一循環施作里程YK6+961+931，計30m，采用全斷面帷幕超前預注漿，第二循環施作里程YK6+936+911，計25m，采用局部超前預注漿，注漿工藝采用分段前進式和全孔一次性注漿，注漿參數設計見表某隧道超前預注漿施工簡況表施工里程YK6+961+931YK6+936+911YK6+900+865YK6+645+615YK6+514+479加固長度30m25m35m30m35m所屬斷層F4-4F4-4F4-2圍巖V級，局部IV級IV級，局部V級IV級IV級IV級，IV級加強5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>1、止槳墻施工根據掌子面地質情況，結合施工方法，考慮注漿加固段前方10m圍巖完整性較好，能夠形成穩定的止漿巖盤，故隧道F4-4斷層兩個注漿段都采用20cm厚噴射混凝土做為止漿墻，要求噴射混凝土表面平整，強度不低于20Mpa。2、施工準備鉆孔前要按照設計及現場情況，計算出各注漿孔孔位在止漿墻體上的坐標，標識注槳孔的準確位置，合理布置施工用風、水、電，場地平整時要考慮順暢的排水系統，注漿材料堆放臺架放置距地面50cm高，嚴防水淹而板結，現場注漿站布置詳見圖2所示。3、開孔因三臂液壓鑿巖臺車左右作業范圍可達15.3m，而且臺車三個臂可獨立完成鉆孔作業任務，為提高鉆孔注漿施工工效，最優發揮鑿巖臺車快速施鉆能力，可根據現場實際情況，靈活安排三個施工臂的鉆孔任務，但為防止串漿，可適當拉開作業臂之間的距離，一般控制在2.0m左右。孔位誤差應《士lcm，開孔前保持鉆機端頭中點與掌子面注漿孔孔位于同一軸線上，固定鉆機，調整鉆桿中心線與設計注漿孔中心線相吻合，鉆機定位誤差《士5cm，角度誤差《±0.5°，在鉆孔過程中隨時檢查校正鉆桿方向。超前注漿孔的孔底偏差應不大于孔深的1/40孔深，注漿檢查孔的孔底偏差應不大于孔深的1/80孔深。4、孔口管安裝鉆孔2.2m后退出鉆桿，利用臺車作業平臺安裝孔口管，孔口管端口纏繞有紡錘體麻絲，外涂有錨固劑，在5min之內用鉆機將孔口管頂入孔內，以防止錨固劑凝固，孔口管統一外露止漿墻2030cm，以便于連接注漿管件。5、制槳考慮到漿液后期強度及灌注性能，結合室內試驗及以往工程鉆孔注漿施工經驗，海底隧道鉆孔注漿以超細水泥漿為主，必要時的堵漏采用超細水泥-水玻璃雙液漿，制漿過程如下超細水泥漿配置水灰比0.8:11.2:1，先在高速攪拌機內放入定量清水進行攪拌，同時視設計及現場要求加入速凝劑，待全部溶解后再放入配比設計水泥重量，再攪拌4分鐘即可，為確保漿液的良好灌注性能，高速攪拌機轉速應大于1200r/min，而且漿液在通過二級攪拌桶時過篩，一般從制備至用完的時間宜小于2小時。雙液漿的配制水泥漿的配制同上，水玻璃漿的配制在攪拌桶內加一定量的清水，再放入一定量的水玻璃攪拌均勻即可，兩種漿液通過注漿機在混合器處混合。6、鉆孔注漿孔口管的孔位采用臺車①130mm鉆頭開孔，待孔口管安裝固定后，改用①85mm鉆頭施作①90mm注槳孔，單孔分段前進式注槳工藝流程圖見圖5所示。某海底隧道F4-4斷層注漿設計參數表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>按步序孔從外圈向里圈、自上而下進行鉆孔注漿。每環注漿孔先施工奇數編號(如Al、A3……)注漿孔，然后施工偶數編號(如A2、A4……)注漿孔，偶數編號注漿孔同時可作為注漿檢查孔。為防止臨近孔位在注漿過程中發生漿液串流，孔位間隔一般控制在2.0米左右。注漿結束標準應以定壓和定量相結合為主，注漿結束標準的判定決定注漿質量的優劣好壞，是鉆孔注漿成敗的決定性因素。單孔結束標準(1)、注漿壓力達到設計終壓；(2)、注漿量達到設計注漿量80%以上；(3)、注漿速度小于5L/min超過10min時，或者注漿速度小于初速的1/4。全段結束標準8(1)、所有的注漿孔都達到結束標準；(2)、沒有出現漏孔或分段漏注現象。當注漿過程中長時間壓力不上升，并且達到設計注漿量時，應縮短漿液的凝膠時間，并采取間歇注漿措施，控制注漿量。超前預注漿機械設備配套表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>該方法達到如下效果1、提高效率、節能在隧道超前預注漿施工中，臺車和多功能鉆機鉆孔機械綜合單耗見下表鉆孔機械緣合單耗比較<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>每延米單耗累i十(元)'64』5.135.96在進行超前預注漿施工中，一般鉆孔工程量大，鉆孔工作量約占整個注漿段施工工期的70%左右，因此鉆孔的快慢影響和制約施工計劃的進展和工程工期能否按時完成，而三臂液壓鑿巖臺車快速的施鉆能力，使這一問題得到了解決。三臂液壓鑿巖臺車為液壓傳動，而多功能鉆機和水平地質鉆機設備多數為風能傳動，從現場施工來看風能傳動設備的施鉆效率僅有液壓傳動的三分之一，在隧道鉆孔注漿施工中同時在使用三臂液壓鑿巖臺車和多功能鉆機來進行深孔施工，通過同類圍巖施工情況相比較(見下表所示)。30m超前注漿孔用時比較(分鐘.)設備名<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從上表分析來看，臺車一個臂的施鉆效率近乎相當于3倍多功能鉆機的施鉆效率，如果臺車保持兩個臂同時作業，基本相當于7倍多功能鉆機的施工效率，在F4-4斷層超前預注漿施工中，三臂液壓鑿巖臺車在施鉆①90mm注漿孔曾創下單天最大鉆孔量468.1m的成績，這是多功能鉆機根本無法完成的。2、環境污染小，施工條件舒適在多功能鉆機施工中，如果采用常規壓力0.60.7MPa壓縮空氣來鉆孔，鉆孔速度較慢，平均每天鉆孔量不到90m，如果改用2.2MPa壓縮空氣來進行鉆孔，雖然鉆孔速度有所提高，但需要在掌子面增加一臺空壓機，粉塵則更大，按隧道施工斷面來看，一個工作面需要兩臺多功能鉆孔，則開鉆一小時離掌子面400m的距離能見度不足5m，而三臂液壓鑿巖臺車采用電力驅動、液壓傳動、水風雙重沖洗系統，對環境污染極小，施工條件相對比較舒適。3、三臂液壓鑿巖臺車作業范圍大，在工作面上沒有作業盲區由于臺車優越的BMH6818型液壓推進梁長達7.2m，再具有鷹式臂的臂座，從而使RB353E三臂液壓鑿巖臺車的作業范圍大大提高，施工作業區寬達15.3m，高達12.6m。不論是國產M808多功能鉆機，還是意大利C6鉆機、日本RPD鉆機等，工作范圍都要比臺車小很多，多功能鉆機一般只能在0.52.8m高和一次定位在左右不超過l.lm的范圍內施鉆，超過此范圍則先需要墊渣或者挖底，其次多功能鉆機一般每施工24個孔就要移動鉆機，極大浪費作業時間。4、定位速度快由于三臂液壓鑿巖臺車具有BUT35重型的可伸縮1.6m、并可以自由回轉360度液壓鉆臂，定位迅速而準確，而多功能鉆機有時需要來回的走機才能調整到需要的孔位角度。5、行進速度快國產多功能鉆機，包括意大利C6鉆機、日本RPD鉆機都是采用履帶行走，設計時速極慢，新機每小時約800m，從停機位置到工作地點往往需要1小時左右才能就位，而臺車采用輪胎行走，一般10多分鐘就能從停機位到達掌子面。6、安裝孔口管及拆卸鉆桿極為方便三臂液壓鑿巖臺車配置有HL230MB型的液壓作業平臺，平臺能伸縮5米并能左右擺動，升降可達到工作面的任何地點，在鉆孔注漿施工中用于拆卸鉆桿及安裝孔口管非常便利快捷，而多功能鉆機根本不具備此類功能。7、有利于設備保護和安全施工國產多功能鉆機、水平地質鉆機、以及C6鉆機、RPD鉆機等工作時需要緊貼掌子面，施工過程中吹出的土石、粉塵使設備則長期處于極度惡劣的施工環境中，設備使用壽命較低，而三臂液壓鑿巖臺車停機位一般保持在離掌子面5m的范圍外，施工環境相對較好，利于設備保護和安全施工。以某隧道F4-4斷層鉆孔注漿施工為例，通過實施全斷面超前預注漿后，F4-4斷層第一循環達到了如下效果1、通過全斷面超前預注漿后，掌子面止漿墻及孔口管干燥，無滴水和滲水情況；2、注漿結束后，掌子面施作檢查孔10個，檢查孔空置12h后，10個檢查孔除3個滴水外，其余均無水，成孔良好，無塌孔，最大滴水量為1.8L/h。3、對F4-4斷層第一循環注漿段進行數字全景鉆孔攝像，經監測，經過注漿后，圍巖完整性較好，大部分裂隙已經被槳液充填密實，攝像孔內無裂隙水。4、對隧道F4-4斷層實施TSP超前地質預報，經監測，F4-4斷層第一循環經注漿加固之后，裂隙充填較密實，圍巖整體性變好，強度與密度較之前有所提高。5、F4-4第一循環注漿已達到了設計要求，工藝先進，注漿堵水率達到了98%以上，實施效果良好。6、圍巖開挖后揭示，可以清楚看到漿液隨節理裂隙面擴散，擴散痕跡明顯，由于注漿后漿液對節理及裂隙進行了有效的封堵，在開挖過程中掉塊及片幫現象明顯減少，確保施工人員安權利要求一種利用三臂液壓鑿巖臺車隧道鉆孔注漿施工方法，其特征在于，包括如下步驟(1)、對隧道進行勘測、制定注漿方案；(2)、噴射混凝土施工止漿墻；根據掌子面地質情況，采用20-25cm厚噴射混凝土做為止漿墻，要求噴射混凝土表面平整，強度不低于20Mpa。(3)、開孔按照設計及現場情況，計算出各注漿孔孔位在止漿墻體上的坐標，標識注漿孔的準確位置，利用三臂液壓鑿巖臺車鉆孔，鉆孔深2.2m。為防止串漿，可適當拉開作業臂之間的距離，一般控制在2.0m左右。孔位誤差應≤±1cm，開孔前保持鉆機端頭中點與掌子面注漿孔孔位于同一軸線上，固定鉆機，調整鉆桿中心線與設計注漿孔中心線相吻合，鉆機定位誤差≤±5cm，角度誤差≤±0.5°，在鉆孔過程中隨時檢查校正鉆桿方向。超前注漿孔的孔底偏差應不大于孔深的1/40孔深，注漿檢查孔的孔底偏差應不大于孔深的1/80孔深。(4)、孔口管安裝鉆孔后退出鉆桿，利用臺車作業平臺安裝孔口管，孔口管端口纏繞有紡錘體麻絲，外涂有錨固劑，在5min之內用鉆機將孔口管頂入孔內，以防止錨固劑凝固，孔口管統一外露止漿墻20～30cm，以便于連接注漿管件。(5)、制漿考慮到漿液后期強度及灌注性能，結合室內試驗及以往工程鉆孔注漿施工經驗，隧道鉆孔注漿以超細水泥漿為主，必要時的堵漏采用超細水泥一水玻璃雙液漿。超細水泥漿配置水灰重量比0.8∶1～1.2∶1，先在高速攪拌機內放入定量清水進行攪拌，同時視設計及現場要求加入速凝劑，待全部溶解后再放入配比設計水泥重量，再攪拌4分鐘即可，為確保漿液的良好灌注性能，高速攪拌機轉速應大于1200r/min，而且漿液在通過二級攪拌桶時過篩，一般從制備至用完的時間宜小于2小時。雙液漿的配制水泥漿的配制同上，水玻璃漿的配制在攪拌桶內加一定量的清水，再放入一定量的水玻璃攪拌均勻即可，兩種漿液通過注漿機在混合器處混合。(6)、鉆孔注漿孔口管的孔位采用臺車Ф130mm鉆頭開孔，待孔口管安裝固定后，改用Ф85mm鉆頭施作Ф90mm注漿孔。注漿順序按步序孔從外圈向里圈、自上而下進行鉆孔注漿。每環注漿孔先施工奇數編號(如A1、A3……)注漿孔，然后施工偶數編號(如A2、A4……)注漿孔，偶數編號注漿孔同時可作為注漿檢查孔。為防止臨近孔位在注漿過程中發生漿液串流，孔位間隔一般控制在2.0米左右。注漿結束標準應以定壓和定量相結合為主，當注漿過程中長時間壓力不上升，并且達到設計注漿量時，應縮短漿液的凝膠時間，并采取間歇注漿措施，控制注漿量。全文摘要本發明公開了一種三臂液壓鑿巖臺車及隧道鉆孔注漿施工方法，屬交通施工
技術領域：
。本發明對三臂液壓鑿巖臺車進行針對性的改進，采用T38×3.66圓型加長鉆桿，配套三臂鑿巖臺車使用，建立水洗和風洗的雙重系統，并將其應用于隧道鉆孔注漿施工中。通過止漿墻施工、鉆孔、孔口管安裝、注漿、注漿效果評判實現隧道鉆孔注漿，取得了了較好的施工效果。與現有設備相比，提高了施工效率、節能、環保，改善了施工作業條件，并且注漿堵水率達到了98％以上，具有良好的推廣應用價值。文檔編號E21D11/10GK101691842SQ20091006544公開日2010年4月7日申請日期2009年7月15日優先權日2009年7月15日發明者朱琴生申請人:中鐵隧道股份有限公司