專利名稱：一種隧道旋噴管棚預支護方法及縱向開口花管的制作方法
技術領域：
本發明屬于土木工程支護技術領域，特別是涉及一種不良地層特別是含水豐富地 層中的隧道預支護方法，以及該方法中所使用的專用工具。
背景技術：
在隧道施工中，為了充分發揮圍巖自承能力，保證安全施工，開挖之前進行預支護 是必要的。對于硬質圍巖及其它穩定性較好的圍巖，一般不需要超前預支護，開挖施工過程 中采用的主要支護方法是錨噴支護。對于軟弱破碎等自穩性較差的圍巖，通常采用超前錨 桿、管棚超前支護、小導管超前注漿預加固、機械預切槽法等超前預支護方法。管棚超前支護和高壓旋噴支護都是超前加固方法，二者各有優缺點及適用條件， 對于松散、破碎、強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用范圍及局 限性。對于管棚超前支護，一般情況下，管棚采用鋼管或鋼插板作縱向預支撐，又采用鋼 拱架作環向支撐，整體剛度較大，對圍巖變形的限制能力較強，且能提前承受早期圍巖壓 力，主要適用于圍巖來壓快及壓力大、對圍巖變形及地表下沉有較嚴格要求的軟弱、破碎圍 巖隧道工程中，如土砂質地層、強膨脹性地層、強流變性地層、裂隙發育的巖體、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，可利 用鋼管或導管注漿堵水并加固圍巖。旋噴支護是近十年來發展起來的一項新的預支護技術。它是以高壓泵為動力源， 通過鉆機鉆桿將帶有特殊噴嘴的注漿管置入土層的預定位置后，噴嘴把配置好的漿液噴射 到土體內，噴射流以巨大的能量將一定范圍內的土體射穿，并在噴嘴旋轉和進退的同時切 割土體，強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體，當旋噴樁 相互結合后，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條件。下列文獻表明管棚超前支護和高壓旋噴支護技術在不同的工程領域已經得到了 廣泛的應用[1]大管棚超前支護技術在偏壓隧道施工中的應用.游順達.海峽科學，2009 年05期.[2]隧道預支護原理與施工技術.朱漢華等.北京人民交通出版社.[3]高壓旋 噴注漿技術與應用.李相然、賀可強.北京中國建材工業出版社。隨著隧道工程的快速發展，這兩種預支護技術也越來越趨于成熟，但由于在一些 地質條件特別差的工程地段，如果單獨采用高壓旋噴或管棚支護，并不能達到有效的預支 護效果。文獻[隧道全方位高壓噴射注漿拱棚超前支護新技術.劉鐘，柳建國，張義，李志 毅，巖石力學與工程學報，2009年01期]表明，國內已研制出大型液壓雙搖臂式全方位高壓 噴射注漿鉆機，實現了鉆孔、旋噴一體技術，達到了快速有效施工的目的，該項技術的施工 工藝順序為鉆孔一高壓旋噴一插筋，由于該工藝是后插筋技術，一般隧道開挖遇到的富 水、松散土層大部分是含卵石、礫石類不良巖土體，而當工程需要預支護范圍較大、筋體較 長時，高壓旋噴的巨大噴射力導致鉆孔內充填卵石、礫石等，后插筋將無法實施，此時只能采用傳統的鉆孔高壓旋噴、鉆孔插管棚組合工藝；同時，采用大型液壓雙搖臂式全方位高壓 噴射注漿鉆機進行施工，對施工空間要求較嚴，且費用高。如果采用傳統的組合工藝，綜合采用前述二種施工方法進行隧道預支護，即先進行旋噴支護，再進行管棚施作，兩套工藝均需要鑿巖成孔，施工費用相當于這兩項獨立工 藝的簡單疊加，而鉆孔是此二個工藝環節中費用最高、周期最長的工序，且工藝循環相互交 叉，進一步導致工效低，工期大幅延長。
發明內容
本發明一種隧道旋噴管棚預支護方法，正是為了解決前述的不足之處，將管棚超 前支護與高壓旋噴注漿技術有機地結合起來，在不良地層的隧道工程中實現安全、經濟、高 效的預支護。本發明一種隧道旋噴管棚預支護方法，所述方法包括如下步驟1、成孔，即施工時沿隧道設計外緣按0. 3 1. Om的間距鉆孔，所述鉆孔呈水平或 傾角小于10度；2、向每個鉆孔中插入縱向開口花管，并使縱向開口花管底部貼近隧道設計開挖界 限；3、將高壓旋噴噴嘴置入鉆孔中，進行高壓旋噴作業；4、旋噴，形成多個旋噴體，所述多個旋噴體與縱向開口花管共同形成預支護拱棚 結構，隧道內部襯砌與縱向開口花管及旋噴體緊密結合形成有效的支護整體。上述方法還可以進一步改進為對難于成孔的極差地層，在進行上述步驟1鉆孔 時，采用套管跟進鉆機成孔，成孔后向每個套管中插入縱向開口花管；在進行上述步驟4旋 噴時，邊旋噴邊抽出套管。上述方法可以進一步改進為同一施工段中，每兩個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體。上述方法可以進一步改進為對于前后兩個施工段的旋噴體之間，設置有0. 5 3. Om長度的搭接，形成拱棚縱向搭接段。本發明還設計了一種用于隧道旋噴管棚預支護方法的縱向開口花管，所述縱向開 口花管為沿軸向全長開口的管體，開口的截面形狀為弧形或半圓形。進一步的，所述縱向開口花管沿管體的軸線方向開口處，按0. 5 2. Om的間隔設 置環形肋。進一步的，所述縱向開口花管的管壁上設置出漿孔。進一步的，所述縱向開口花管的前端設置導向頭。進一步的，所述縱向開口花管為普通的金屬管或強度較高的非金屬管。
圖1隧道旋噴管棚預支護結構縱向A-A剖面圖。圖2隧道旋噴管棚預支護結構B-B橫剖圖。圖3縱向開口花管C-C縱剖圖。圖4縱向開口花管D-D俯視圖。
圖5不同截面形狀的縱向開口花管E-E橫剖面示意圖。圖6圍巖極差條件下隧道預支護橫剖圖。圖7底板圍巖較好條件下隧道預支護橫剖圖。圖8拱頂圍巖較差條件下隧道預支護橫剖圖。圖中1---縱向開口花管、2—旋噴體、3—鉆孔、4—導向頭、5—出漿孔、 6—隧道內部襯砌、7—環形肋、8—旋噴咬合連續體、9—拱棚縱向搭接段。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的技術方案作詳細闡述。圖1是隧道旋噴管棚預支護結構縱向A-A剖面圖。首先利用鉆機施作水平或傾角 小于10度的鉆孔3，對于易塌孔的地層，使用套管跟進鉆機成孔。將縱向開口花管1置入鉆 孔3中，并使縱向開口花管底部貼近隧道設計開挖界限，再高壓旋噴噴嘴置于縱向開口花 管1中，按從孔底向孔口的順序進行高壓旋噴作業，對于采用套管跟進鉆機成孔的情況，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。對于同一施工段中，每兩個 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體8，提高拱棚強度及其隔水性 能。對于前后兩個施工段，前一個施工段的旋噴體2與后一個施工段的旋噴體2應有0. 5 3. Om的搭接長度，即拱棚縱向搭接段9，保證拱棚沿隧道軸向的連續性，有利于提高拱棚的 承載能力和隔水性能。圖2是旋噴管棚結構橫剖圖。沿隧道設計施工邊線按0. 3 1. Om的間距布設鉆 孔3，鉆孔中置入縱向開口花管1，縱向開口花管1橫截面形狀為扇形或半圓形，沿縱向開口 花管軸線方向的開口位置，間隔0.5 2. Om設置一道環形肋7，用于避免縱向開口花管1在 置入鉆孔過程中的方向錯位及變形。圖3、圖4分別是縱向開口花管縱剖圖和俯視圖。縱向開口花管1采用普通的金屬 管或強度較高的非金屬管體沿軸向全長開口，開口的截面形狀為弧形或半圓形，高壓旋噴 注漿時的漿液通過縱向開口花管1上的開口與需要加固的巖土體相互作用，形成旋噴體2 ； 沿縱向開口花管1軸向開口處按0. 5 2. Om間距布設環形肋7 ；縱向開口花管1上以梅花 形或矩形布置出漿孔5，出漿孔5保證旋噴時高壓漿液能夠進入縱向開口花管1與鉆孔3孔 壁間的空隙；縱向開口花管1前端為圓錐形導向頭4，用于控制縱向開口花管1置入時的方 向，避免施工不當造成對鉆孔3孔壁的破壞。圖5為不同截面形狀的縱向開口花管橫剖面示意圖，縱向開口花管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，具體的參數可根據管棚的剛度設計 要求確定。圖6、圖7、圖8是在不同的地質條件下使用旋噴管棚預支護方法時的隧道橫剖圖。 若隧道開挖斷面周圍巖體巖性都較差且地下水豐富時，需要在隧道的拱頂、側幫、底板都進 行旋噴管棚預支護，如圖6所示；若底板巖性較好，不會發生底鼓破壞及失穩，則只需對拱 頂、側幫進行預支護，如圖7所示；對于只有拱頂巖土體狀況較差的隧道，只需對拱頂進行 超前預支護，如圖8所示。圖6、圖7、圖8中，對于同一施工段中每兩個相鄰的旋噴體2相 互搭接，形成沿隧道周向的旋噴咬合連續體8，提高拱棚強度及其隔水性能。隧道掘進施工過程中，隧道內部襯砌6與縱向開口花管1、旋噴體2緊密結合形成有效的支護整體，既滿足了較高的支護強度，同時又發揮了隔水阻水的作用，實現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支護。 本發明大大縮短了施工周期，節約了施工費用，且管棚、高壓旋噴工藝都較成熟， 在實際的施工中易于實現。同時本發明也可應用于邊坡加固、地基處理等工程領域。
權利要求
一種隧道旋噴管棚預支護方法，其特征在于所述方法包括如下步驟1.1成孔，即施工時沿隧道設計外緣按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向每個鉆孔中插入縱向開口花管，并使縱向開口花管底部貼近隧道設計開挖界限；1.3將高壓旋噴噴嘴置入鉆孔中，進行高壓旋噴作業；1.4旋噴，形成多個旋噴體，所述多個旋噴體與縱向開口花管共同形成預支護拱棚結構，隧道內部襯砌與縱向開口花管及旋噴體緊密結合形成有效的支護結構。
2.根據權利要求1所述的一種隧道旋噴管棚預支護方法，其特征在于對難于成孔的 極差地層，在進行步驟1. 1鉆孔時，采用套管跟進鉆機成孔，成孔后向每個套管中插入縱向 開口花管；在進行步驟1.4旋噴時，邊旋噴邊抽出套管。
3.根據權利要求1或2所述的一種隧道旋噴管棚預支護方法，其特征在于同一施工 段中，每兩個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體。
4.根據權利要求1或2所述的一種隧道旋噴管棚預支護方法，其特征在于對于前后 兩個施工段的旋噴體之間，設置有0. 5 3m的搭接，形成拱棚縱向搭接段。
5.用于權利要求1所述方法的一種縱向開口花管，其特征在于所述縱向開口花管為 沿軸向全長開口的管體，開口的截面形狀為弧形或半圓形。
6.根據權利要求5所述的一種縱向開口花管，其特征在于所述縱向開口花管沿管體 的軸線方向開口處，按0. 5 2. Om的間距設置環形肋。
7.根據權利要求5所述的一種縱向開口花管，其特征在于所述縱向開口花管的管壁 上設置出漿孔。
8.根據權利要求7所述的一種縱向開口花管，其特征在于所述出漿孔以梅花形或矩 形布置
9.根據權利要求5所述的一種縱向開口花管，其特征在于所述縱向開口花管的前端 設置導向頭。
10.根據權利要求5至8所述的一種縱向開口花管，其特征在于所述縱向開口花管為 普通的金屬管或強度較高的非金屬管。
全文摘要
本發明屬于土木工程支護技術領域，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支護方法，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，即施工時沿隧道設計外緣按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向每個鉆孔中插入縱向開口花管，并使縱向開口花管底部貼近隧道設計開挖界限；1.3將高壓旋噴噴嘴置入鉆孔中，進行高壓旋噴作業；1.4旋噴，形成多個旋噴體，所述多個旋噴體與縱向開口花管共同形成預支護拱棚結構，隧道內部襯砌與縱向開口花管及旋噴體緊密結合形成有效的支護結構。本發明還公開了該方法中所使用的專用工具。
文檔編號E21D11/00GK101812992SQ20101014310
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月7日 優先權日2010年4月7日
發明者吳順川, 高永濤 申請人:北京科技大學