CN102251781A - 散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，通过采用水平定向钻机先打设精度高于5‰的导孔，导孔打设到设计长度后旋转回撤钻杆，在回撤钻杆的同时，用35～40MPa的压力，将配制好的水泥浆液通过钻杆喷射到土体中。喷射流以巨大的冲击力切削土体,强制土体颗粒与水泥浆液搅拌混合，在胶结硬化后,形成水平圆柱状水泥土固结体,即水平旋喷桩。当旋喷桩相互咬合后,便以同心圆形式在隧道拱部外侧形成封闭的水平旋喷帷幕体形成超预支护,有效防止了漏沙引起坍塌问题；而且成本低，在保证安全的同时大大加快施工速度。

Description

散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法

技术领域

本发明涉及一种散粒体围岩隧道工程的施工方法，特别涉及一种适用于沙层、风积沙层等松散软弱不稳定地质中隧道开挖前的超前预支护施工方法。

背景技术

对于长距离、超浅埋、大断面、散粒体围岩隧道，由于隧道洞身穿越处风积沙粒径属特细沙的散粒体，具有粒径均匀、透水性强、几无粘聚性、堆放致密、注浆渗透性差等特征。对于这类不良地质规模的隧道，国内外尚无系统、完整和规范的超前预支护施工方法可以借鉴。

发明内容

本发明的发明目的在于：提供了一种散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，在风积沙地层中施工方便，有效解决了传统超前预支护存在的漏沙引起坍塌的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，包括如下步骤：

第一步、施工准备：检查钻机、注浆泵运行是否正常，钻具、工具是否齐全；设置工作室；测量放线定桩位；平整工作平台，铺设轨道、安装机架，钻机就位，调整钻机角度、方位，安装钻头；

第二步、打设导孔：采用?130mm钻头钻进，钻进深度为1.60m，初始开孔角度为0.5%；退出钻具，将一根直径为?127mm、长0.8m的孔口管埋入已开好的孔内，孔口管外露0.30m；在掌子面植?12mm钢筋4根，钢筋用锚固剂固结，将钢筋与孔口管焊接牢固；安装法兰盘和球阀；预导孔施工采用水平定向钻进打设，利用导向定位系统跟踪监测预导孔打设角度和方位变化，发现钻进角度偏差需及时进行纠偏；打设导孔；检查确定孔口管安装牢固后，调整钻机，对好孔位；将旋喷钻头及第一根钻杆送入孔口管内；安装密封装置；打开循环液排出口；开始钻进，每钻进4m使用水平导向仪测量一次，并做好测量记录，一旦发现偏斜需及时进行纠偏，直到钻至设计深度；钻进过程中保持循环液压力为1.0～2.0Mpa；

第三步、喷浆：按1：1的重量比将水和水泥配制成水泥浆；在制浆过程中随时测量浆液比重，浆液用搅拌机搅制，搅拌浆液需连续均匀，搅拌时间大于等于5min，一次搅拌用量的使用时间控制在4h以内；当钻进到设计深度时开始旋喷，喷浆至孔口掌子面0.50m时停止喷浆；卸下孔口管最外端的密封装置，关闭循环液排出口；拔出钻杆和钻头，关闭大球阀；旋喷注浆完成后在循环液排出口处安装压力表，然后用注浆泵补注浆，注浆压力控制在0.8-1.0MPa；补注浆完成48h后卸下大球阀。

所述工作室的长度为8m、高度为钻机高度加二分之一桩径进行设置。

所述测量放线定桩位包括在掌子面测量标出隧道开挖轮廓线，测量定出桩位，用钢筋作好桩位标志，并编好每个桩号。

在所述铺设轨道、安装机架时，需满足：H型钢轨找平误差≤3mm；底盘对角线误差≤3mm；斜拉筋需绷紧，交叉拉力相等；四柱对角误差≤5mm。

在旋喷时，先旋喷30min后再开始后退，旋喷前5m时，后退速度保持在15～18cm／min，以后升到20cm／min；喷浆压力控制在35～40MPa之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用水平定向钻机先打设精度高于5‰的导孔，导孔打设到设计长度后旋转回撤钻杆，在回撤钻杆的同时，用35～40MPa的压力，将配制好的水泥浆液通过钻杆喷射到土体中。喷射流以巨大的冲击力切削土体,强制土体颗粒与水泥浆液搅拌混合，在胶结硬化后,形成水平圆柱状水泥土固结体,即水平旋喷桩。当旋喷桩相互咬合后,便以同心圆形式在隧道拱部外侧形成封闭的水平旋喷帷幕体形成超预支护,有效防止了漏沙引起坍塌问题，提供了一种在风积沙地层中施工方便、结构合理的水平旋喷桩全新预支护体系，成本低，在保证安全的同时大大加快施工速度。

具体实施方式

一种散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，包括如下步骤：

第一步、施工准备：

1、检查钻机、高压注浆泵运行是否正常，钻具、工具是否齐全。

2、设置工作室：工作室的长度和高度根据水平旋喷桩桩机的长度和高度进行确定。现场水平旋喷桩钻机长度是7.5m，工作室的长度采用8m；钻机高度是0.5m，工作室的高度为钻机高度加二分之一桩径进行设置。其作用是为水平旋喷桩钻机提供作业空间。

3、测量放线定桩位：在掌子面测量标出隧道开挖轮廓线，测量定出桩位，用钢筋作好桩位标志，并编好每个桩号。

4、设备安装：A、平整工作平台；B、铺设轨道、安装机架；C、钻机就位；D、调整钻机角度、方位；E、安装钻头。在铺设轨道和安装立柱时，需满足：H型钢轨找平误差≤3mm；底盘对角线误差≤3mm；斜拉筋需绷紧，交叉拉力相等；四柱对角误差≤5mm。

第二步、打设导孔：

1、开孔器开孔：

采用?130mm钻头钻进，钻进深度为1.60m；初始开孔角度为0.5%；

退出钻具，准备安装孔口管；

将一根直径为?127mm、长0.8m的孔口管埋入已开好的孔内，作为孔口管，孔口管外露0.30m；

在掌子面植?12mm钢筋4根，钢筋用锚固剂固结，将钢筋与孔口管焊接牢固，以加固孔口管；

安装法兰盘和球阀。

2、预导孔的导向定位：

预导孔施工采用水平定向钻进打设，利用导向定位系统跟踪监测预导孔打设角度和方位变化，发现钻进角度偏差应及时进行纠偏。导向定位系统包括导向钻头及导向定位探棒。

钻头内装有传感器，传感器由15V直流供电。导向定位系统的显示屏显示钻头的倾角(水平角度)、面向角(导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面)。打设角度如果偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。

3、打设导孔：

打设导孔的目的：一是根据地质条件，调整钻机钻进、回撤动力及速度；二是掌握成孔精度，为后续旋喷桩施工提供技术依据。

4、钻进：

检查确定孔口管安装牢固后，调整钻机，对好孔位；将旋喷钻头及第一根钻杆送入孔口管内；安装密封装置（即在预埋孔口管外端埋设密封装置，目的是将孔口管与钻杆间的间隙进行密封；其作用是稳定钻机钻进过程中的循环液压力）；打开循环液排出口；

开始钻进，每钻进4m要使用水平导向仪测量一次，并做好测量记录，一旦发现偏斜要及时进行纠偏，直到钻至设计深度。

钻进过程中要保持循环液压力1.0～2.0MPa，但不得超过2.0MPa。

第三步、喷浆：

（1）配制浆液：

根据配比配制水泥浆，要求水：水泥为1：1，在制浆过程中应随时测量浆液比重，浆液用高速搅拌机搅制，搅拌浆液必须连续均匀，搅拌时间大于等于5min，一次搅拌用量的使用时间亦控制在4h以内，并要求对浆液进行试块试验。

在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高压喷浆结束后要统计该孔的材料用量。

（2）拔杆喷浆：

当钻进到设计深度时开始旋喷，为了保证端头旋喷质量，先旋喷30min后再开始后退，旋喷前5m时，后退速度保持在15～18cm／min，以后可升到20cm／min；喷浆压力控制在35～40MPa之间。

（3）封孔：

喷浆至孔口掌子面0.50m时，应停止喷浆；卸下孔口管最外端的密封装置，关闭循环液排出口；快速拔出钻杆和钻头，关闭大球阀；高压旋喷注浆完成后应在循环液排出口处安装压力表，然后用注浆泵补注浆，注浆压力控制在0.8-1.0MPa；补注浆完成48h后方能卸下大球阀结束封孔。

Claims (5)

1.一种散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步、施工准备：检查钻机、注浆泵运行是否正常，钻具、工具是否齐全；设置工作室；测量放线定桩位；平整工作平台，铺设轨道、安装机架，钻机就位，调整钻机角度、方位，安装钻头；

第二步、打设导孔：采用?130mm钻头钻进，钻进深度为1.60m，初始开孔角度为0.5%；退出钻具，将一根直径为?127mm、长0.8m的孔口管埋入已开好的孔内，孔口管外露0.30m；在掌子面植?12mm钢筋4根，钢筋用锚固剂固结，将钢筋与孔口管焊接牢固；安装法兰盘和球阀；预导孔施工采用水平定向钻进打设，利用导向定位系统跟踪监测预导孔打设角度和方位变化，发现钻进角度偏差需及时进行纠偏；打设导孔；检查确定孔口管安装牢固后，调整钻机，对好孔位；将旋喷钻头及第一根钻杆送入孔口管内；安装密封装置；打开循环液排出口；开始钻进，每钻进4m使用水平导向仪测量一次，并做好测量记录，一旦发现偏斜需及时进行纠偏，直到钻至设计深度；钻进过程中保持循环液压力为1.0～2.0Mpa；

第三步、喷浆：按1：1的重量比将水和水泥配制成水泥浆；在制浆过程中随时测量浆液比重，浆液用搅拌机搅制，搅拌浆液需连续均匀，搅拌时间大于等于5min，一次搅拌用量的使用时间控制在4h以内；当钻进到设计深度时开始旋喷，喷浆至孔口掌子面0.50m时停止喷浆；卸下孔口管最外端的密封装置，关闭循环液排出口；拔出钻杆和钻头，关闭大球阀；旋喷注浆完成后在循环液排出口处安装压力表，然后用注浆泵补注浆，注浆压力控制在0.8-1.0MPa；补注浆完成48h后卸下大球阀。

2.根据权利要求1所述的散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，其特征在于：所述工作室的长度为8m、高度为钻机高度加二分之一桩径进行设置。

3.根据权利要求1所述的散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，其特征在于：所述测量放线定桩位包括在掌子面测量标出隧道开挖轮廓线，测量定出桩位，用钢筋作好桩位标志，并编好每个桩号。

4.根据权利要求1所述的散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，其特征在于：在所述铺设轨道、安装机架时，需满足：H型钢轨找平误差≤3mm；底盘对角线误差≤3mm；斜拉筋需绷紧，交叉拉力相等；四柱对角误差≤5mm。

5.根据权利要求1所述的散粒体围岩隧道导向水平旋喷桩预支护施工方法，其特征在于：在第三步所述旋喷时，先旋喷30min后再开始后退，旋喷前5m时，后退速度保持在15～18cm／min，以后升到20cm／min；喷浆压力控制在35～40MPa之间。