CN103306687B - 软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，包括：(1)在开挖轮廓线周边钻孔，旋喷注浆同时钻杆后退，旋喷后下入第一型构件，形成第一型桩体；(2)重复步骤(1)构造出第一帷幕体系；(3)在隧道设计的掌子面钻孔，旋喷注浆同时钻杆后退，旋喷后下入第二型构件，形成第二型桩体；(4)重复步骤(3)构造出第二核心土加固体系；(5)进行大断面机械开挖、初支；(6)在中、下台阶拱脚处斜向隧道下方30～45度钻孔，下入第三型构件，形成第三型桩体；(7)重复步骤(6)构造出锁脚旋喷桩稳定体系。本发明利用隧道轮廓线高强的水平旋喷桩超前加固、掌子面玻纤锚杆的束缚变形效应、锁脚旋喷桩的锚固，有效控制岩土变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道和地下工程施工方法，特别涉及一种隧道和地下工程软弱围岩超前预加固和开挖施工方法。
背景技术
在软弱破碎地层中进行隧道和地下工程施工，容易出现围岩大变形、工作面坍塌等安全问题以及施工进度缓慢、工效极低的技术问题。为了保证隧道及地下工程的施工安全，目前业内采用的软岩隧道施工方法有以下三种。
一种是多步CRD法，此方法虽在一定程度上降低施工风险，但是临时支撑繁多，耗费物资，工序复杂，进度缓慢。在软弱围岩施工中，拆除临时支撑时容易发生初支变形，并且二次衬砌施工受临时支撑拆除进度制约，无法及时跟进。各台阶安全步距叠加过长，仰拱与二衬滞后，存在安全隐患。
一种是双侧壁导坑法，此方法虽能减轻对围岩的扰动，避免应力集中引起变形，但施工断面狭小，大型机械无法进驻，人工出渣运距较长，浪费人力，降低工效，并且由于施工进度极其缓慢，没有遵循软弱围岩快挖快支的原则，难以控制软弱围岩的整体下沉变形。
一种是传统水平旋喷法，此方法超前支护效果不理想，施做一根18米的旋喷桩需要近24小时，桩径大多小于60cm，旋喷一个断面的时间长达1～2个月，且经常出现断桩、不咬合、桩缩径等问题，难以满足开挖施工要求。
如中国专利申请200910227790.6号公开的一种煤矿井下平斜巷管棚预注浆超前支护施工工艺，包括以下步骤：(1)止浆墙的施工；(2)管棚钻孔施工包括布孔，造孔；(3)管棚钻孔洗孔施工；(4)管棚安装施工；(5)管棚预注浆施工；(6)然后按照步骤(2)～(5)循环，施工一个管棚孔，安装一个孔，注浆一个孔，直至注浆结束；工作面管棚预注浆9m，掘进6m、预留3m超前距或者掘进7m、预留2m超前距；向前掘进后，再次管棚预注浆时，按步骤(2)～(5)施工时，不再施工止浆墙，在工作面迎头直接喷射混凝土即可，直至巷道施工完该区段为止。该专利申请的超前支护施工工艺具有如下缺点或不足：(1)、工艺顺序为钻孔、洗孔、退出钻杆、安装管棚、安装注浆管路、注浆，其中浆液在管棚的近端注入，从管棚的远端流出并顺着钻孔回流，从而，洗孔是其必不可少的步骤，因为根据该工艺，若不洗孔就无法顺利的安装管棚，但洗孔步骤将增加成本和工时；(2)、此外，由于浆液是从管棚的近端注入，从管棚的远端流出并顺着钻孔回流，因此只能依靠监测压力来判断是否注浆成功，但难以确保中间不出现中断或薄弱区，可能导致出现断桩、不咬合、桩缩径等问题，难以满足开挖施工要求；(3)、另外，需要在施工近端布置法兰盘、封孔器、胶垫等密封装置来确保注浆的压力，这又将增加工时和成本，而且还会出现跑浆、漏浆的情形；(4)、由于未对核心土进行预加固，隧道在开挖时容易产生掌子面挤压变形、洞身预收敛以及收敛变形大的情形。
又如中国专利申请200810301261.1号公开的一种隧道超前支护风循环钻进施工方法，施工步骤如下：先安装钻具，然后将钻具沿轨道移到指定孔位，根据隧道方位线调整钻具的方位角，使钻具与隧道方位线平行，将钻机与机架紧固。继而开启空气压缩机，风压控制在0.4MPa以上，然后开启钻机，使钻杆向土体匀速钻进，压缩空气经钻管内腔送到钻头部位，风冷钻头，并将钻屑通过钻管与土体之间的隙缝吹出钻孔之外。在钻头内部可安装导向钻进装置。最后终孔注浆，注浆管向钻管内腔压注水泥浆，水泥浆对钻管内腔和钻管外的环状间隙进行充填及压注，再转入下一孔位施工。根据该专利申请的工艺，钻管和钻头在一次性使用后作为管棚留在了钻孔内与桩体形成为一体，造成了资源的浪费，并且，由于其也属于先在钻孔内设置“管棚”再从管棚注浆的工艺和未对核心土加固，因此也具有中国专利申请200910227790.6号的上述缺点(2)、(3)、(4)。
又如中国专利申请201120212058.4号公开的一种铁路隧道深埋富水软弱带围岩大口径水平管幕超前支护构造，能够在纵向提供强有力的支撑，有效阻隔地下水，防止发生管涌导致大规模涌水突泥，保证施工安全。它包括沿隧道开挖轮廓线设置大口径水平管幕10，该大口径水平管幕10包括间隔设置混凝土桩12，以及设置在相邻两混凝土桩12之间且与之形成咬合的钢管混凝土桩11。该专利申请也属于先在钻孔内设置“管棚”再从管棚注浆的工艺和未对核心土加固，因此也具有中国专利申请200910227790.6号的上述缺点(2)、(3)、(4)。
因此，提供一种工艺简单并能够确保形成牢固帷幕体系的软岩变形控制施工方法成为业内急需解决的问题，需要把超前核心土视作一种新的隧道长期和短期稳定的工具，超前核心土的强度及变形特性是隧道变形(挤出变形、预收敛变形及收敛变形)的真正原因，对超前核心土进行防护和加固，提高其强度，以控制超前核心土变形(挤出变形及预收敛变形)，并最终达到控制隧道变形(收敛变形)的目的，超前核心土的强度和变形特性对隧道的长期和短期稳定起决定性作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种施工周期短并能够形成连续、密实、均匀的桩体的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其采用水平旋喷及核心土玻钎锚杆注浆加固方法，通过旋喷桩隔离软弱地层，配合大管棚进行刚性支护，玻钎锚杆注浆加固核心土，有效控制岩土变形，而后进行隧道开挖的信息化施工方法。
本发明提供一种软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其包括：(1)根据预先确定的开孔位置在软岩施工区的隧道开挖面钻出具有规定深度和直径的第一型钻孔；(2)在完成第一型钻孔后将预先制备好的水泥浆供给至第一型钻孔的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动第一型钻孔周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆退出第一型钻孔而沿着第一型钻孔由内向外形成第一型桩体，在钻杆完全退出第一型钻孔后停止水平旋喷注浆；(3)将预先制备的长度与第一型钻孔深度相同的第一型加强构件沿第一型钻孔插入第一型桩体直至第一型钻孔的末端；以及(4)重复步骤(1)至(3)，获得若干个第一型钻孔以及插有第一型加强构件的第一型桩体，使得相邻的第一型桩体在径向方向上部分重叠，从而若干个第一型桩体在待形成的隧道的至少部分边缘构造出第一帷幕体系。
本发明采用的术语“隧道”包括地上、地下隧道或坑道等需要挖掘出的通道或空间。
优选地，本发明的方法进一步包括重复步骤(1)至(2)，以进一步获得若干个第一型钻孔以及第一型桩体，使得相邻的第一型桩体在径向方向上部分重叠，从而若干个第一型桩体在待形成的隧道的至少部分边缘构造出第二帷幕体系，第一帷幕体系与第二帷幕体系结合成一个整体式的帷幕体系。
可选择地，整体式的帷幕体系可为周缘封闭或者半封闭构造。具体地，整体式的帷幕体系可为圆筒形、半圆筒形或拱形。
更优选地，本发明的方法进一步包括：(5)根据预先确定的开孔位置在软岩施工区的隧道开挖面钻出具有规定深度和直径的第二型钻孔；(6)在完成第二型钻孔后将预先制备好的水泥浆供给至第二型钻孔的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动第二型钻孔周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆退出第二型钻孔而沿着第二型钻孔由内向外形成第二型桩体，在钻杆完全退出第二型钻孔后停止水平旋喷注浆；(7)将预先制备的长度与第二型钻孔深度相同的第二型加强构件沿第二型钻孔插入第二型桩体直至第二型钻孔的末端；以及(8)重复步骤(5)至(7)，获得若干个第二型钻孔以及插有第二型加强构件的第二型桩体，使得若干个第二型桩体在待形成的隧道的内部形成阵列状稳定体系(第二核心土加固体系)。
其中，整体式的帷幕体系(其可以包括第一帷幕体系和/或第二帷幕体系)可以与阵列状稳定体系(第二核心土加固体系)结合成一个水平旋喷桩控制岩土变形的软岩隧道整体式超前支护体系。
可选择地，在步骤(2)和/或(6)中，水平旋喷注浆的旋喷压力可设定为35～55MPa，优选地为40～45MPa。
优选地，在步骤(6)中，在第二型钻孔的末端附近进行的水平旋喷注浆的旋喷压力可设定为比在第二型钻孔的其它区段进行的水平旋喷注浆的旋喷压力高5～10MPa，使得第二型桩体形成为“T”形构造，以增大抗剪力和抗拉力，从而在隧道开挖时使软岩具有更高的稳定性，提高施工安全性。
优选地，沿第一型钻孔的深度方向，第一型桩体相对于水平面向上倾斜4～6度，更优选地为约5度，以便于在一段隧道完成后，该段的第一型桩体与下一段隧道的第一型桩体搭接，即，在纵向方向上有部分的交错。
优选地，在步骤(1)之前，还可包括将隧道开挖面挂网喷射混凝土以稳定隧道开挖面的步骤。
可选择地，在步骤(1)之后，还可包括钻杆在孔内采用高压水洗孔以清洗孔内淤泥的步骤，以利于更顺利地进行步骤(3)并获得更牢固的桩体。
可选择地，第一型钻孔的深度可设定为大于或等于第二型钻孔的深度，第一型钻孔的直径可设定为大于或等于第二型钻孔的直径。并且，第一型加强构件的长度可设定为大于或等于第二型加强构件的长度，第一型加强构件的直径可设定为大于或等于第二型加强构件的直径。
可选择地，第一型加强构件可选用管棚，第二型加强构件可选用玻纤锚杆。
优选地，本发明的方法可采用间隔跳孔的方式完成若干个第一型钻孔，例如，对于紧邻的三个第一型钻孔，先完成两侧的两个第一型钻孔，再完成中间的一个第一型钻孔，使得位于中间的后形成的第一型桩体能够与两侧的第一型桩体很好地咬合成为一体。
可选择地，还可以包括通过地质超前预报系统为主、超前钻孔为辅的方式探明前方软弱地质条件，以便制定相应的控制岩土变形的设计方案。
可选择地，因为第二型桩体所需的强度一般要低于第一型桩体，所以形成第二型桩体的水泥浆的配比可以与形成第一型桩体的水泥浆的配比不同，以节省成本并避免资源浪费。
更优选地，在第一帷幕体系、第二帷幕体系、阵列状稳定体系完成后以整体式的帷幕体系为边界进行大断面的机械开挖以形成隧道，并且还包括步骤：(9)沿着隧道的纵向轴线在隧道的两侧从隧道的壁的中部和下部分别斜向下倾斜30～45度钻出具有规定深度和直径的第三型钻孔；(10)在完成第三型钻孔后将预先制备好的水泥浆供给至第三型钻孔的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动第三型钻孔周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆退出第三型钻孔而沿着第三型钻孔由内向外形成第三型桩体，在钻杆完全退出第三型钻孔后停止水平旋喷注浆；(11)将预先制备的长度与第三型钻孔深度相同的第三型加强构件沿第三型钻孔插入第三型桩体直至第三型钻孔的末端；以及(12)重复步骤(9)至(11)，获得若干个第三型钻孔以及插有第三型加强构件的第三型桩体，使得若干个第三型桩体在隧道的两侧形成锁脚旋喷桩稳定体系。
例如，可以在中、下台阶拱脚处施作锁脚旋喷桩(第三型桩体)，斜向隧道两侧下方30～45度施作，比如35度，每榀拱架之间左右拱脚处各一根，旋喷后桩内均埋设钢管(第三型加强构件)以增加桩体的韧性和抗弯、抗折能力，并将钢管与拱架用槽钢焊接形成整体。
根据本发明的一种具体实施方式，本发明的方法可以具体包括如下步骤：(1)先沿隧道设计的开挖轮廓线，根据设计参数和施工工序标定开孔位置，水平旋喷钻机就位后进行点位复测，并对水平旋喷钻机进行定位和角度调整，按设计要求在周边进行钻孔；(2)洗孔后开始旋喷注浆，同时钻杆后退，旋喷后直接下入管棚；(3)再沿隧道设计的掌子面，根据设计参数和施工工序标定开孔位置，水平旋喷钻机就位后进行点位复测，并对水平旋喷钻机进行定位和角度调整，按设计要求在掌子面进行钻孔；(4)洗孔后开始旋喷注浆，同时钻杆后退，旋喷后直接下入玻钎锚杆；(5)如此循环直到所有设计孔位施工完成，所有水平旋喷桩完成后即可进行大断面的机械开挖；(6)在中、下台阶拱脚处斜向隧道下方30～45度施作锁脚旋喷桩。
本发明的有益效果是：(1)本发明在退出钻杆的同时启动水平旋喷注浆，并且注浆是从钻孔的远端向钻孔的近端逐步进行(即，由内向外进行)，从而，在径向方向上，浆液能够将泥浆和钻屑挤压到远离钻孔中心线的位置，而在纵向方向上，浆液能够将泥浆和钻屑沿钻孔由内向外挤压，因此即使省掉洗孔的步骤，也能保证后续的插入管棚或玻纤锚杆的过程顺利进行；(2)此外，由于注浆是随着钻杆的退出从钻孔的远端向钻孔的近端逐步进行，从而能够保证形成连续、密实、均匀的桩体，而不必担心桩体中间出现中断或薄弱区等问题；(3)同时，相比从钻孔的近端向钻孔的远端开始注浆的工艺，可以省去复杂的密封装置和压力监测设备；(4)将第二型桩体形成为“T”形构造，可增大抗剪力和抗拉力，从而在隧道开挖时使软岩具有更高的稳定性；(5)使第一型桩体相对于水平面向上倾斜一定角度，有利于在一段隧道完成后，该段的第一型桩体与下一段隧道的第一型桩体搭接；(6)隧道轮廓线高强的水平旋喷桩超前加固、掌子面玻纤锚杆的束缚变形效应、中、下台阶拱脚锁脚旋喷桩的锚固，有效控制岩土变形。
附图说明
图1示出了利用本发明的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法获得的一种示例构造的示意图。
图2示出了利用本发明的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法的桩体循环搭接示意图。
图3示出了利用本发明的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法的锁脚旋喷桩示意图。
具体实施方式
本发明提出一种隧道和地下工程无工作间长悬臂超前水平旋喷施工工艺方法，可以直接利用隧道本身开挖空间一次性进行18-24米的超前水平旋喷支护施工，利用高强压力机械设备将水泥浆液均匀密实的注入到软弱地层中，周边旋喷桩紧密咬合形成完整的帷幕体系，掌子面玻纤锚杆旋喷桩稳定土体，中、下台阶拱脚锁脚旋喷桩的锚固，不仅提高了软弱围岩承载能力、周边围岩的稳定性和有效控制岩土变形，而且大大提高工效，达到对软弱地层超前支护以及全断面机械化开挖的目的。
在软弱破碎地层施工过程中，采用超前水平旋喷桩对软弱围岩进行超前支护，使隧道开挖轮廓线(请参照附图2中的附图标记203、205)形成混凝土壳状保护层，大大提高了软弱围岩的承载能力和稳定性，避免开挖过程中发生坍塌，为大断面机械化开挖创造安全条件，为稳定初支结构的后期变形提供有力保障。
根据本发明，在隧道及地下工程开挖及施工前，采用长悬臂钻机进行高强水平旋喷桩维护软弱围岩，隧道围岩被高强连续水平旋喷桩加固后，可实现隧道及地下工程大断面机械化开挖。
根据本发明，提出一种用长悬臂水平旋喷桩维护软岩的隧道开挖方法，针对软弱破碎地层传统旋喷桩施工方法，利用原设计隧道开挖空间进行超前支护施工；本发明所提出长悬臂水平旋喷桩维护软岩的隧道开挖方法的工艺步骤可以为：先沿隧道设计的开挖轮廓线，根据设计参数标定开孔位置；钻机就位后进行点位复测，并对钻机进行定位和角度调整；按设计要求在掌子面及周边进行钻孔，钻孔长度为18米；洗孔后开始旋喷注浆，同时钻杆后退；旋喷后直接下入18米管棚或玻纤锚杆；如此循环直到所有设计孔位施工完成，每一个孔从钻孔到完成约40分钟，所有水平旋喷桩完成后即可进行大断面的机械开挖。
本发明所提出的放弃传统软岩隧道施工方法直接利用高强水平旋喷旋桩在掌子面周边开挖轮廓线外形成帷幕体系，稳定掌子面土体，改变软弱围岩的土体结构，从而实现安全机械化的大断面开挖。适用于所有软岩类型，有效的降低开挖难度和施工风险，降低劳动力成本，全面提高工效，满足不良地质条件下隧道快挖、快支的技术要求，同时将传统以人工为主的开挖施工方式转变为机械化的大断面施工。
参照附图1及图2，根据本发明的一种示例实施方式，软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法包括：(1)根据预先确定的开孔位置在软岩施工区的隧道开挖面(掌子面)钻出一个具有规定深度和直径的第一型钻孔112；(2)在完成这个第一型钻孔112后将预先制备好的水泥浆供给至第一型钻孔112的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动第一型钻孔112周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆(未图示)退出第一型钻孔112而沿着第一型钻孔112由内向外形成第一型桩体118，在钻杆完全退出第一型钻孔112后停止水平旋喷注浆；(3)将预先制备的长度与第一型钻孔112深度相同的第一型加强构件(在本实施方式中选用管棚)115沿第一型钻孔插入第一型桩体118直至第一型钻孔的末端；以及(4)重复步骤(1)至(3)，获得若干个第一型钻孔112以及插有第一型加强构件115的第一型桩体118，使得相邻的第一型桩体118在径向方向上部分重叠(咬合)，从而若干个第一型桩体118在待形成的隧道(在图1中由隧道底板201、上部开挖轮廓线203、下部开挖轮廓线205示意出)的至少部分边缘(在图1所示的示例性实施方式中为拱部以上部分)构造出第一帷幕体系110。
重复步骤(1)至(2)，以进一步获得若干个第一型钻孔112以及未插有第一型加强构件的第一型桩体118，使得相邻的第一型桩体118在径向方向上部分重叠(咬合)，从而若干个第一型桩体118在待形成的隧道的至少部分边缘(在图1所示的示例性实施方式中为拱部以下部分)构造出第二帷幕体系120，第一帷幕体系110与第二帷幕体系120结合成一个整体式的帷幕体系。
进一步包括步骤：(5)根据预先确定的开孔位置在软岩施工区的隧道开挖面钻出具有规定深度和直径的第二型钻孔132；(6)在完成第二型钻孔132后将预先制备好的水泥浆供给至第二型钻孔132的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动第二型钻孔132周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆退出第二型钻孔132而沿着第二型钻孔由内向外形成第二型桩体138，在钻杆完全退出第二型钻孔132后停止水平旋喷注浆；(7)将预先制备的长度与第二型钻孔132深度相同的第二型加强构件(在本实施方式中选用玻纤锚杆)135沿第二型钻孔插入第二型桩体138直至第二型钻孔的末端；以及(8)重复步骤(5)至(7)，获得若干个第二型钻孔132以及插有第二型加强构件135的第二型桩体138，使得若干个第二型桩体138在待形成的隧道的内部(在图1中由隧道底板201、上部开挖轮廓线203示意出)形成阵列状稳定体系130。
根据本发明的一种更优选实施方式，在步骤(6)中，在第二型钻孔132的末端附近进行的水平旋喷注浆的旋喷压力可设定为比在第二型钻孔的其它区段进行的水平旋喷注浆的旋喷压力高5～10MPa，比如8MPa，使得第二型桩体138形成为大致“T”形构造，以增大抗剪力和抗拉力，从而在隧道开挖时使软岩具有更高的稳定性，提高施工安全性。
参照图2，根据本发明的另一种更优选实施方式，沿第一型钻孔112的深度方向，第一型桩体118相对于水平面向上倾斜4～6度，优选地为约5度，以便于在一段隧道完成后，该段的第一型桩体118与下一段隧道的第一型桩体118搭接，即，在纵向方向上有部分的重叠(交错)。
参照图3，根据本发明的又一种更优选实施方式，在第一帷幕体系110、第二帷幕体系120、阵列状稳定体系130完成后以整体式的帷幕体系为边界进行大断面的机械开挖以形成隧道300，并且还包括步骤：(9)沿着隧道300的纵向轴线在隧道的两侧从隧道的壁的中部310和下部330分别斜向下倾斜30～45度钻出具有规定深度和直径的第三型钻孔(图未示)；(10)在完成第三型钻孔后将预先制备好的水泥浆供给至第三型钻孔的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动第三型钻孔周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆退出第三型钻孔而沿着第三型钻孔由内向外形成第三型桩体(锁脚旋喷桩)，图3示意性示出了位于左侧的第三型桩体315、335和位于右侧的第三型桩体316、336，在钻杆完全退出第三型钻孔后停止水平旋喷注浆；(11)将预先制备的长度与第三型钻孔深度相同的第三型加强构件沿第三型钻孔插入第三型桩体直至第三型钻孔的末端，图3示意性示出了插入第三型桩体315、335的第三型加强构件317、337和插入第三型桩体316、336的第三型加强构件318、338；以及(12)重复步骤(9)至(11)，沿隧道的纵向轴线方向获得若干个第三型钻孔以及插有第三型加强构件的第三型桩体，使得若干个第三型桩体在隧道的两侧形成锁脚旋喷桩稳定体系。
根据本发明的一种替代实施方式，在步骤(1)之前，还可包括将隧道开挖面挂网喷射混凝土以稳定隧道开挖面的步骤。
根据本发明的另一种替代实施方式，在步骤(1)之后，还可包括钻杆在孔内采用高压水洗孔以清洗孔内淤泥的步骤，以利于更顺利地进行步骤(3)并获得更牢固的桩体。
根据本发明的又一种替代实施方式，本发明的方法可采用间隔跳孔的方式完成若干个第一型钻孔112，例如，对于紧邻的三个第一型钻孔，先完成两侧的两个第一型钻孔，再完成中间的一个第一型钻孔，使得位于中间的后形成的第一型桩体能够与两侧的第一型桩体很好地咬合成为一体。
根据本发明的再一种替代实施方式，可以仅构造出第一帷幕体系110而不构造第二帷幕体系120和阵列状稳定体系130，或者仅构造出第一帷幕体系110和第二帷幕体系120而不构造阵列状稳定体系130。
以下结合示例介绍本发明的施工方法在工程上的应用。
根据具体施工要求，可以选择采用长悬臂水平旋喷钻机SoilmecPST-60作为主要施工设备。
施工准备。包括钻机以及高压泵站使用前的调试，钻机进场，将掌子面挂网喷射混凝土约20cm厚，起到稳定掌子面的效果。
测量放线。测量人员利用精密测量仪器将设计的孔位标定在掌子面及周边。
点位复测，钻机就位。测量人员将标定好的点位进行复测，钻机调试好后进场。
钻机定位，角度调整。钻机根据设计要求对准孔位，摆动钻杆，调整角度。
钻孔。按设计要求钻孔18m长，成孔时间约在10min。
洗孔。钻孔完成后，钻杆在孔内采用高压水洗孔，清洗孔内淤泥。
在隧道外，高压泵站的工作也在同时进行，水泥进场后，制作水泥浆的时间与钻孔时间同步，然后进行浆液检查，继而通知掌子面工作人员准备工作就绪。
水平旋喷注浆。通知高压泵站工作人员泵送浆液，由此水平旋喷注浆开始，随着钻杆退出，旋喷成均匀、密实的桩体18m，旋喷后桩体直径可达800mm，水平旋喷注浆用时约为30min。
下管棚或玻纤锚杆。根据设计要求，选择在掌子面周边利用钻机副臂推动力下入18m长Φ89大管棚，或在掌子面桩体内下入18m长Φ32玻纤锚杆。
如此，逐个孔位进行施工，循环直到所有设计孔位施工完成。
此后，可以在中部台阶拱脚处310和下部台阶拱脚处330施作锁脚旋喷桩(第三型桩体)，斜向隧道两侧下方35度施作，每榀拱架之间左右拱脚处各一根，旋喷后桩内均埋设钢管(第三型加强构件)以增加桩体的韧性和抗弯、抗折能力，并将钢管与拱架用槽钢焊接形成整体。
尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。此外，系统各处的尺寸和压力等参数可以根据具体使用条件在本发明所公开的范围内适当选取。
Claims (9)
1.一种软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，包括：
(1)根据预先确定的开孔位置在软岩施工区的隧道开挖面钻出具有规定深度和直径的第一型钻孔；
(2)在完成所述第一型钻孔后将预先制备好的水泥浆供给至所述第一型钻孔的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动所述第一型钻孔周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆退出所述第一型钻孔而沿着所述第一型钻孔由内向外形成第一型桩体，在所述钻杆完全退出所述第一型钻孔后停止水平旋喷注浆；
(3)将预先制备的长度与所述第一型钻孔深度相同的第一型加强构件沿所述第一型钻孔插入所述第一型桩体直至所述第一型钻孔的末端；
(4)重复步骤(1)至(3)，获得若干个第一型钻孔以及插有第一型加强构件的第一型桩体，使得相邻的所述第一型桩体在径向方向上部分重叠，从而所述若干个第一型桩体在待形成的隧道的至少部分边缘构造出第一帷幕体系；
(5)根据预先确定的开孔位置在软岩施工区的隧道开挖面钻出具有规定深度和直径的第二型钻孔；
(6)在完成所述第二型钻孔后将预先制备好的水泥浆供给至所述第二型钻孔的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动所述第二型钻孔周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆退出所述第二型钻孔而沿着所述第二型钻孔由内向外形成第二型桩体，在所述钻杆完全退出所述第二型钻孔后停止水平旋喷注浆；
(7)将预先制备的长度与所述第二型钻孔深度相同的第二型加强构件沿所述第二型钻孔插入所述第二型桩体直至所述第二型钻孔的末端；以及
(8)重复步骤(5)至(7)，获得若干个第二型钻孔以及插有第二型加强构件的第二型桩体，使得所述若干个第二型桩体在待形成的隧道的内部形成阵列状稳定体系。
2.如权利要求1所述的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其特征在于，进一步包括重复步骤(1)至(2)，以进一步获得若干个第一型钻孔以及第一型桩体，使得相邻的所述第一型桩体在径向方向上部分重叠，从而所述若干个第一型桩体在待形成的隧道的至少部分边缘构造出第二帷幕体系，所述第一帷幕体系与所述第二帷幕体系结合成一个整体式的帷幕体系。
3.如权利要求1所述的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其特征在于，所述第一型加强构件的直径设定为大于或等于所述第二型加强构件的直径，所述第一型加强构件选用刚性支护方式的管棚支护，所述第二型加强构件选用柔性支护方式的玻纤锚杆。
4.如权利要求1所述的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其特征在于，在步骤(2)和(6)中，水平旋喷注浆的旋喷压力设定为35～55MPa。
5.如权利要求1所述的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其特征在于，在步骤(6)中，在所述第二型钻孔的末端附近进行的水平旋喷注浆的旋喷压力设定为比在所述第二型钻孔的其它区段进行的水平旋喷注浆的旋喷压力高5～10MPa，使得所述第二型桩体形成为“T”形构造。
6.如权利要求1所述的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其特征在于，沿所述第一型钻孔的深度方向，所述第一型桩体相对于水平面向上倾斜4～6度，以便于在一段隧道完成后与下一段隧道的第一型桩体搭接。
7.如权利要求1所述的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其特征在于，在步骤(1)之前，还包括将隧道开挖面挂网喷射混凝土以稳定隧道开挖面的步骤，并且采用间隔跳孔的方式完成所述若干个第一型钻孔。
8.如权利要求1所述的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其特征在于，在步骤(1)之前，还包括通过地质超前预报系统为主、超前钻孔为辅的方式探明前方软弱地质条件，以便制定相应的控制岩土变形的设计方案。
9.如权利要求2所述的软岩隧道长悬臂水平旋喷变形控制施工方法，其特征在于，在所述第一帷幕体系、所述第二帷幕体系、所述阵列状稳定体系完成后以所述整体式的帷幕体系为边界进行大断面的机械开挖以形成隧道，并且还包括步骤：
(9)沿着所述隧道的纵向轴线在所述隧道的两侧从所述隧道的壁的中部和下部分别斜向下倾斜30～45度钻出具有规定深度和直径的第三型钻孔；
(10)在完成所述第三型钻孔后将预先制备好的水泥浆供给至所述第三型钻孔的末端，启动水平旋喷注浆使得高速喷射的水泥浆带动所述第三型钻孔周边的软岩一起旋转搅拌融成一体，从而随着钻杆退出所述第三型钻孔而沿着所述第三型钻孔由内向外形成第三型桩体，在所述钻杆完全退出所述第三型钻孔后停止水平旋喷注浆；
(11)将预先制备的长度与所述第三型钻孔深度相同的第三型加强构件沿所述第三型钻孔插入所述第三型桩体直至所述第三型钻孔的末端；以及
(12)重复步骤(9)至(11)，获得若干个第三型钻孔以及插有第三型加强构件的第三型桩体，使得所述若干个第三型桩体在所述隧道的两侧形成锁脚旋喷桩稳定体系。
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