沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置及施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及土木工程支護技術領域，尤其是一種適用于埋深較淺、含有大塊石等障礙物的雜填土地層的暗挖過街道管棚施工裝置及施工方法。
【背景技術】
[0002]隨著各地城市化進程的加快和汽車工業的發展，交通擁堵和安全問題越來越成為一項現實的社會問題，過街道的建設也成為一種緩解交通壓力和保障行人安全的措施。為減少對現有交通的影響，過街道往往需要暗挖來完成，暗挖的安全隱患在于塌方，塌方一方面會威脅洞內操作工人的生命安全，另一方面會威脅到路面行車、行人的生命和財產安全，暗挖的安全技術是其建設過程的關鍵技術。
[0003]對于埋深較淺、地層條件較差的暗挖過街道而言，施工超前管棚后再開挖通道是保證暗挖安全的一項最重要的技術措施。現有技術，管棚成孔通常采用水鉆泥漿護壁鉆進，采取邊鉆進邊注入大量泥漿，將渣土循環沖出成孔，鉆至設計深度后，拔出鉆桿鉆具，逐節放入加工好的鋼管注漿形成管棚。而過街道施工地層通常埋深較淺、且過街道穿越地層往往較差，為含有大塊石等障礙物的雜填土地層，采用水鉆鉆孔施工超前管棚，一方面若遇到大塊石鉆進需要研磨鉆進，速度很慢，若遇較小塊石，由于塊石會移位滾動，難以鉆進，使得施工難度極大；另一方面，水鉆鉆孔由于要注入大量水和泥攪制的泥漿，必然對周邊回填土有浸水作用，回填土在浸水的作用下會造成地面下沉，嚴重影響上部道路及管線的安全，即難以保證后續的施工安全和街道使用安全。
【發明內容】
[0004]本發明提出一種沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置及施工方法，可以解決現有技術水鉆鉆孔施工超前管棚對于含有大塊石等障礙物的雜填土地層，施工難度大，且對周邊回填土有浸水作用，難以保證后續施工安全和街道使用安全的問題。
[0005]為了達到上述技術目的，本發明所提出的沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置的技術方案是:一種沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置，包括空氣壓縮機、高壓注漿栗、錨桿機、鉆桿和前端安裝有沖擊鉆頭的沖擊器，所述鉆桿包括鉆進工具管和旋噴工作管，所述鉆進工具管的前端連接于所述沖擊器的后端，所述旋噴工作管上安裝有與其管內空間連通的旋噴噴嘴；當所述施工裝置進行鉆進打孔時，所述錨桿機的動力頭連接于所述空氣壓縮機，且所述鉆進工具管的后端連接于所述錨桿機的動力頭；當所述施工裝置進行旋噴管棚時，所述錨桿機的動力頭連接于所述高壓注漿栗，且所述旋噴工作管的后端連接于所述錨桿機的動力頭，所述旋噴工作管的前端封閉并連接于所述鉆進工具管的后端。
[0006]在本發明沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置的技術方案中，還包括如下附加技術特征:
所述鉆進工具管包括前后方向上依次首尾連接的至少兩節鋼管，相應地，所述旋噴工作管包括前后方向上依次首尾連接的至少兩節鋼管，所述旋噴噴嘴位于所述旋噴工作管的最前側一節鋼管上。
[0007]當所述鉆進工具管的鋼管節數大于3節時，每間隔1-2節的鋼管內置有測斜儀，所述測斜儀電連接有讀數儀。
[0008]所述鉆進工具管的各鋼管兩端及所述旋噴工作管的各鋼管兩端均成型有內方形絲扣，所述鉆進工具管的相鄰鋼管之間由具有外方形絲扣的接箍連接，所述旋噴工作管的相鄰鋼管之間由具有外方形絲扣的接箍連接，所述旋噴工作管的最前側一節鋼管的前端與所述鉆進工具管的最后側一節鋼管的后端由由具有外方形絲扣的接箍連接。
[0009]所述旋噴工作管的最前側一節鋼管的前端由絲堵封閉，且所述絲堵與該鋼管前端處的所述接箍焊接為一體。
[0010]所述鉆進工作管的后端連接于一推進工具管的前端，所述推進工具管的后端連接于所述錨桿機的動力頭。
[0011]本發明還提出了一種基于上述沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置的施工方法，包括如下步驟:(I)錨桿機就位，將鉆進工具管安裝在錨桿機的動力頭上，并將鉆進工具管的前端與安裝有沖擊鉆頭的沖擊器連接，同時，銷桿機的動力頭通過風管連接空氣壓縮機；
(2)移動錨桿機對孔位，測量并調整施工入射角度，使其比設計管棚角度大1°-2°，啟動空氣壓縮機，高壓風通過風管進入錨桿機的動力頭，并依次進入鉆進工具管、沖擊器、沖擊鉆頭，沖擊鉆進，錨桿機的動力頭提供推進力和旋轉力，鉆進雜填土，若遇塊石等障礙物時，沖擊鉆頭對其進行沖擊破碎，繼續鉆進；
(3)當沖擊器及沖擊鉆頭穿出地層對面切口后，停止鉆進，將鉆進工具管的后端拆離錨桿機的動力頭，并在該鉆進工具管的后端連接旋噴工作管，并將旋噴工作管的后端連接在錨桿機的動力頭上，啟動錨桿機，將旋噴工作管向前旋轉推進地層50-60cm后，卸除空氣壓縮機，并將高壓注漿栗連接在錨桿機的動力頭上；
(4)對入射口旋噴工作管壁四周的空隙進行封堵處理阻止高壓注漿時水泥漿流出，并保證旋噴工作管在錨桿機的動力頭驅動下仍可以前后滑動不影響鉆進；
(5)錨桿機的動力頭推進旋噴工作管進行高壓旋噴，待沖擊器完全露出地層對面切口后，卸除沖擊器和沖擊鉆頭，并同樣對地層對面切口管壁四周進行封堵處理；
(6)旋噴工作管高壓旋噴鉆進的同時，相應卸除對面切口處穿出的鉆進工具管；
(7)高壓旋噴至地層對面切口時，停止旋噴，進一步封堵入射口和對面切口，避免流漿，卸除高壓注漿栗，移機到下一位置施工旋噴管棚；
(8)全部旋噴管棚施工完畢，撤離施工裝置，管棚兩端外露的部分澆筑鋼筋混凝土圈梁，擬開挖通道兩側澆筑鋼筋混凝土支撐柱，然后進入暗挖工序。
[0012]在步驟(2)中，當鉆進工具管包括前后方向上依次首尾連接的至少兩節鋼管時，在鉆進至前一節鋼管深度后，在前一節鋼管與錨桿機的動力頭之間安裝下一節鋼管繼續鉆進直至穿透對面切口 ；相應地，在步驟(5)中，當旋噴工作管包括前后方向上依次首尾連接的至少兩節鋼管時，在旋噴鉆進至前一節鋼管深度后，在前一節鋼管與錨桿機的動力頭之間安裝下一節鋼管繼續旋噴鉆進直至旋噴至對面切口。
[0013]所述高壓注漿栗所用水泥漿液的水灰質量比0.8~1.0，注漿工作壓力保持在15-25MPa，所述錨桿機的推進速度為10-20cm/min，進行水平方向旋噴，旋噴直徑約400-500mmo
[0014]在步驟(2)中，當所述鉆進工具管鉆進2節鋼管仍未穿出地層對面切口時，在安裝下一節鋼管前，自前一節鋼管管口向管內推送測斜儀至管底，測斜儀連接讀數儀，監測鉆進工具管傾斜角度并進行記錄，每鉆進1~2節鋼管測量I次，當出現偏差超出要求時，應停止鉆進采取糾偏措施或移位重新鉆進。
[0015]本發明采用沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置和施工方法對管棚進行旋噴施工，當遇到含有大塊石等障礙物的雜填土地層時，沖擊器及沖擊鉆頭能夠破碎掉大塊石等障礙物，解決了雜填土無水安全鉆進的難題，同時將鉆進、注漿、擴孔組合為一體化施工工藝，減少了施工設備，簡化了施工工藝，提高了施工效率，節約了工程成本，無泥漿污染，實現了節能環保的施工要求。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置處于鉆進打孔狀態時的連接結構圖；
圖2為本發明沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置處于旋噴管棚時的連接結構圖；
圖3為本發明實施例中當鉆進工具管和旋噴工作管包括至少兩節首尾連接的鋼管時鉆桿與沖擊器的連接結構示意圖；
圖4為圖3的I部結構放大圖；
圖5為本發明沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置在鉆進打孔施工時的結構示意圖；
圖6為本發明沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置在旋噴施工時的結構示意圖一；
圖7為本發明沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置在旋噴施工時的結構示意圖二；
圖8為本發明沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置在旋噴施工時的結構示意圖三；
圖9為本發明沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置在旋噴施工時的結構示意圖四。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細地說明。
[0018]參照圖1至圖4，本實施例一種沖擊鉆進式超前旋噴管棚施工裝置，包括空氣壓縮機10、高壓注漿栗20、錨桿機30、鉆桿和前端安裝有沖擊鉆頭41的沖擊器40，錨桿機30包括錨桿機動力頭31，鉆桿包括鉆進工具管50和旋噴工作管60，鉆進工具管50的前端連接于沖擊器40的后端，旋噴工作管60上安裝有與其管內空間連通的旋噴噴嘴61 ;當施工裝置進行鉆進打孔時，錨桿機動力頭31連接于空氣壓縮機10，且鉆進工具管50的后端連接于錨桿機動力頭31 ;當施工裝置進行旋噴管棚時，錨桿機動力頭31連接于高壓注漿栗20，且旋噴工作管60的后端連接于錨桿機動力頭31，旋噴工作管60的前端封閉并連接于鉆進工具管50的后端。
[0019]鉆進工具管50和旋噴工作管60使用材質相同、硬度較大的地質鉆探鋼管，鉆進工具管50用于穿透鉆進地層且鉆進后要卸除，旋噴工作管60用于旋噴后要永久作為管棚使用。
[0020]由于過街道長度通常較大，而地質鉆探鋼管通常長度為2_4m，則鉆進工具管50包括前后方向上依次首尾連接的至少兩節鋼管51，每節鋼管51長度為2-4m ;相應地，旋噴工作管60包括前后方向上依次首尾連接的至少兩節鋼管62，每節鋼管62長度為2-4m，旋噴噴嘴61位于旋噴工作管60的最前側一節鋼管上。
[0021]進一步地，當鉆進工具管50的鋼管51節數大于3節時，相鄰鋼管51由于要首尾連接，且在施工過程中，鋼管51會由于重力作用而向下傾斜，為時刻監測鉆進工具管50的每節鋼管的行進方向，保證實際管棚角度等于設計管棚角度，鉆進工具管50的多節鋼管51中，每間隔1-2節鋼管51在下一鋼管51內放入測斜儀70，測儀70電連接有讀數儀80。測斜儀70可選用移動式測斜儀，監測前端鋼管51的傾斜角度，當出現偏差超出要求時，應停止鉆進采取糾偏措施或移位重新鉆進。
[0022]具體地，對于鉆進工具管50和旋噴工作管60的連接、鉆進工具管50的相鄰鋼管51的連接、旋噴工作管60的相鄰鋼管62的連接，鉆進工具管50的各鋼管51兩端及旋噴工作管60的各鋼管62兩端均成型有內方形絲扣，即兩端具有內絲，鉆進工具管50的相鄰鋼管51之間由具有外方形絲扣的接箍90連接，旋噴工作管60的相鄰鋼管62之間也是由具有外方形絲扣的接箍90連接，旋噴工作管60的最前側一節鋼管62的前端與鉆進工具管50的最后側一節鋼管51的后端同樣是由具有外方形絲扣的接箍90連接。當然，也可采用其他連接方式，本實施例對此不作具體限制。
[0023]對于與