CN104481582B

CN104481582B - 隧道关门塌方快速救援方法

Info

Publication number: CN104481582B
Application number: CN201410661849.3A
Authority: CN
Inventors: 杨积凯; 吴小维; 吴大胜
Original assignee: BEIJING SHOUER ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING SHOUER ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2034-11-19
Also published as: CN104481582A

Abstract

一种隧道关门塌方快速救援方法，其步骤如下：步骤一、在开挖隧道洞内的安全区处安装具有螺旋出土功能与油缸顶进功能、可同时进行螺旋出土作业与油缸顶进作业的螺旋出土顶管管幕施工设备；步骤二、用螺旋出土顶管管幕施工设备，在开挖隧道洞内的关门塌方区的底部打设一根至少能容纳一人通过的钢管，使钢管穿过关门塌方区并进入到开挖隧道洞内的施工作业区中，此时钢管形成了逃生通道；步骤三、指挥施工作业区中的人员从逃生通道逃至安全区。本发明属于已知产品的新用途发明，它将螺旋出土顶管管幕施工设备由隧道超前支护施工方向，转移应用到了隧道塌方人工救援方向，这样大大降低了隧道塌方救援的复杂性，提高了隧道塌方救援的速度。

Description

隧道关门塌方快速救援方法

技术领域

本发明涉及一种隧道发生关门塌方时救援施工人员的方法。

背景技术

我国隧道建设规模巨大，隧道关门塌方时有发生。所谓关门塌方，是指施工人员在隧道掌子面施工时，后方已部分施工好的隧道出现塌方而将前方施工人员困在里面而不能脱离危险区域。这种情况一般都发生在二次衬砌没有及时跟上而塌方区域初衬支撑力不够的场景。发生隧道关门塌方时，施工人员被困于狭小的危险区域，对被困人员的快速施救成为重中之重。

传统的救援方法主要是利用人工挖一逃生导洞或机械方法挖出通道，但这些方法救援速度缓慢，或对土体扰动较大，极容易发生二次塌方。比如CN102330564A公布了一种隧道施工事故中管道逃生系统，该系统在距离施工隧道的开挖掌子面一定位置设置安全棚架，安全棚架与逃生管道的一端连接，逃生管道为钢管或混凝土管，但该逃生系统比较复杂，并未指出该逃生系统的具体推进方法，而且其提到的混凝土管自重较重，不易移动。再比如CN202266293开发出一种隧道塌方救生机对受困人员进行救援，此方法采用多层套管方式，先顶入大口径钢管作为施工通道，在大口径钢管内采用机械逐步顶入的方式依次插入中口径钢管和小口径钢管，此多层套管穿过塌体，打通救援通道，该方法是实施人工救援的有效方法，但由于该法涉及到多重套管的顶入，工序较为繁琐，而且出土与顶管并不同步，每顶入2m才会进行出渣，而且土体采用人工出渣，速度较慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够快速为受困人员提供一个安全的逃生通道、使其迅速脱离危险区的隧道关门塌方快速救援方法，要解决发生隧道关门塌方时、传统的救援方法过于复杂、救援速度慢的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种隧道关门塌方快速救援方法，其特征在于步骤如下：步骤一、在开挖隧道洞内的安全区处安装具有螺旋出土功能与油缸顶进功能、可同时进行螺旋出土作业与油缸顶进作业的螺旋出土顶管管幕施工设备，该螺旋出土顶管管幕施工设备由机架、钻机、钻具和后顶背组成，其中钻具连接在钻机上，钻机设置在机架上，同时钻机的尾端顶在后顶背的前端面上；步骤二、用螺旋出土顶管管幕施工设备，在开挖隧道洞内的关门塌方区的底部打设至少能容纳一人通过的钢管，使钢管穿过关门塌方区并进入到开挖隧道洞内的施工作业区中，此时钢管形成了逃生通道；步骤三、指挥施工作业区中的人员从逃生通道逃至安全区。

所述步骤二中，可用螺旋出土顶管管幕施工设备，在开挖隧道洞内的关门塌方区的左下方或右下方位置打钢管。

所述钢管的内径可为0.6米～1.0米。

所述钻具为螺旋钻具，可由螺旋钻杆、连接在螺旋钻杆头部的普通钻头、套在螺旋钻杆上的外套筒、套在外套筒头部的导向头、套在导向头后方的外套筒上的端头、以及连接在导向头与端头之间的纠偏油缸组成；所述导向头的头部设有将砂土屑导入至外套筒与螺旋钻杆之间的螺旋空间中去的排放斗，导向头的尾部设有与端头相配合的缺口；所述端头的头部通过缺口插在导向头的尾部，端头的尾部插在管幕钢管中；所述纠偏油缸沿外套筒的径向均布有四个，并且纠偏油缸一端与导向头连接、另一端与端头连接；所述钻机为螺旋出土顶管钻机，包括有底盘、顶推盘、动力头、顶推油缸、顶推油缸支架和调整油缸；所述顶推盘上设有与螺旋钻杆相对应的通孔、与外套筒相对应的法兰盘、以及与管幕钢管相对应的钢管适配器，并且顶推盘通过设置在底盘上的导轨滑动连接在底盘上；所述动力头通过调整油缸连接在顶推盘的背面，并且动力头的输出端与顶推盘上的通孔相对应；所述顶推油缸支架设置在顶推盘后方的底盘上；所述顶推油缸连接在顶推盘与顶推油缸支架之间。

所述底盘上可沿导轨方向间隔设置有定位销孔，所述顶推油缸支架通过插在定位销孔中的插销可拆卸固定连接在底盘上。

所述钻具为螺旋钻具，可由螺旋钻杆和连接在螺旋钻杆头部的导向钻头组成；所述钻机为螺旋出土顶管钻机，包括有底盘、顶推盘、动力头、顶推油缸、顶推油缸支架和调整油缸，所述顶推盘上设有与螺旋钻杆相对应的通孔和与管幕钢管相对应的钢管适配器，并且顶推盘通过设置在底盘上的导轨滑动连接在底盘上；所述动力头通过调整油缸连接在顶推盘的背面，并且动力头的输出端与顶推盘上的通孔相对应；所述顶推油缸支架设置在顶推盘后方的底盘上；所述顶推油缸连接在顶推盘与顶推油缸支架之间。

所述底盘上可沿导轨方向间隔设置有定位销孔；所述顶推油缸支架通过插在定位销孔中的插销可拆卸固定连接在底盘上。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：本发明将一定直径的钢管从坍塌体底部一定位置顶入施工作业区，可以快速为隧道“关门”塌方受困人员提供一个安全稳固的逃生通道，使受困人员能够迅速脱离危险区，从而实现了对受困人员的快速安全救援。

本发明属于已知产品的新用途发明，是一种将已知产品用于新的目的的发明。它将螺旋出土顶管管幕施工设备由隧道超前支护施工方向，转移应用到了隧道塌方人工救援方向，这样大大降低了隧道塌方救援的复杂性，提高了隧道塌方救援的速度。一般而言，对40米左右长度的塌方区，从安装救援设备到打通救援通道，有一天左右的时间就可以了。也就是说，本发明将螺旋出土技术、顶管技术和塌方救援相结合，利用螺旋出土顶管工艺将一定直径的钢管从塌体底部一定位置顶入施工作业区，为受困人员快速提供逃生通道，这样在保证了施工人员的生命安全的基础上，结合螺旋出土技术和顶管技术，实现了管进与土出的同步进行，同时具有了工序简单、施工速度快、经济安全、便于工程实施、能够特别迅速及时的对施工人员进行援救的特点。

本发明解决了传统的机械开挖方式对关门塌方区的土体扰动太大、会引起二次塌方的缺点，克服了救援速度与二次塌方风险不能兼顾的问题（换个角度说，是克服了技术人员认为的救援速度与二次塌方风险不能兼顾的传统技术偏见），具有既能快速开挖出逃生通道、又不会引起二次塌方的特点，因为本发明采用了可同时进行螺旋出土作业与油缸顶进作业的螺旋出土顶管管幕施工设备，它不但施工速度快，而且建立救援通道时对土体基本无扰动，避免了二次塌方（因为本发明采用管内螺旋出土，钢管依靠大推力油缸顶进，对土体的影响范围仅限于钢管侧壁，基本上做到无缝隙施工，螺旋出土的同时，钢管紧跟顶入，也对土体扰动微小）。

本发明适用范围广，钻进时不用泥浆循环，螺旋干出土方式无需用水，而是干式钻进，无泥浆污染，渣土直接外运，保证了施工现场的清洁；此外施工材料只有钢管，来源广泛，简单易得，无材料制作污染，施工造价低，总体费用经济可控。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的示意图。

图2是关门塌方区上的施工逃生通道位于左下方位置的示意图。

图3是第一种螺旋出土顶管管幕施工设备的结构主视示意图。

图4是图1的俯视示意图。

图5是图1中的A-A剖面的示意图。

图6是导向头的结构示意图。

图7是第一种螺旋出土顶管管幕施工设备中的顶推盘的正面示意图。

图8是第二种螺旋出土顶管管幕施工设备的结构主视示意图。

图9是图8的俯视示意图。

图10是第二种螺旋出土顶管管幕施工设备中的顶推盘的正面示意图。

附图标记：1－螺旋钻杆、2－普通钻头、3－外套筒、4－导向头、4.1－排放斗、4.2－缺口、5－端头、6－纠偏油缸、7－管幕钢管、8－底盘、9－顶推盘、9.1－通孔、9.2－法兰盘、9.3－钢管适配器、10－动力头、11－顶推油缸、12－顶推油缸支架、13－调整油缸、14－导轨、15－定位销孔、16－导向钻头、17－螺旋空间、18－掌子面、19－施工作业区、20－关门塌方区、21－安全区、22－逃生通道。

具体实施方式

实施例参见图1、图2所示，这种隧道关门塌方快速救援方法，其步骤如下。

步骤一、在开挖隧道洞内的安全区21处安装具有螺旋出土功能与油缸顶进功能、可同时进行螺旋出土作业与油缸顶进作业的螺旋出土顶管管幕施工设备，该螺旋出土顶管管幕施工设备由机架、钻机、钻具和后顶背组成，其中钻具连接在钻机上，钻机设置在机架上，同时钻机的尾端顶在后顶背的前端面上。

步骤二、用螺旋出土顶管管幕施工设备，在开挖隧道洞内的关门塌方区20的底部、将至少能容纳一人通过的钢管顶入关门塌方区，使钢管穿过关门塌方区20并进入到开挖隧道洞内的施工作业区19中，此时钢管形成了逃生通道22。

用螺旋出土顶管管幕施工设备打钢管的详细过程，可参考公开号为CN103590833A的中国专利申请中提到的施工方式（因为仅涉及一个顶管孔位，因此只实施该专利申请说明书提到的步骤1至步骤9即可），包括在顶进的钢管内部安装螺旋钻杆，钢管顶进施工的同时管内渣土通过螺旋叶片旋转输送至孔外，施工工序主要分为场地准备、钻机安装及调试、钻具安装、钻孔角度调整、顶进出土、接尺、循环顶进、顶进到位后拆卸钻杆钻头等。

所述的用螺旋出土顶管管幕施工设备打钢管，结合了螺旋出土技术、顶管技术，其工作原理是在钢管头部安装机头或钻头，后部安装与机头相连接的螺旋钻杆，螺旋钻杆的动力由螺旋出土顶管钻机提供。随着螺旋钻机的转动，螺旋钻杆向机头的钻头传递钻压和扭矩来切削土层，并将砂土屑排到工作坑，待铺设的钢管在螺旋钻杆之外，由顶推油缸向前顶进，这样边顶进、边切削、边输送，将钢管逐段向前铺设。

所述螺旋出土顶管管幕施工设备所需的后顶背（后背力）可根据现场施工位置和施工管径、长度而定，由于隧道内施工不具备施做后背墙条件，可以采用钢板桩来快速提供施工顶推反力。

步骤三、指挥施工作业区19中的人员从逃生通道22逃至安全区21。

作为优选的实施例，所述步骤二中，用螺旋出土顶管管幕施工设备，在开挖隧道洞内的关门塌方区20的左下方或右下方位置打设钢管，在这个位置打钢管的效果最佳。

作为优选的实施例，所述钢管至少能容纳一人通过，一般内径为0.6米～1.0米，多节钢管通过焊接连接成逃生通道。

作为优选的实施例，所述螺旋出土顶管管幕施工设备为公开号为CN103590833A的中国专利申请中提到的设备，具有螺旋出土功能与油缸顶进功能，可同时进行螺旋出土作业与油缸顶进作业。

参阅图3-7，第一种螺旋出土顶管管幕施工设备，其钻具为螺旋钻具，由螺旋钻杆1、连接在螺旋钻杆头部的普通钻头2、套在螺旋钻杆1上的外套筒3、套在外套筒3头部的导向头4、套在导向头4后方的外套筒3上的端头5、以及连接在导向头4与端头5之间的纠偏油缸6组成，所述导向头4的头部设有将砂土屑导入至外套筒3与螺旋钻杆1之间的螺旋空间17中去的排放斗4.1，导向头4的尾部设有与端头5相配合的缺口4.2，所述端头5的头部通过缺口4.2插在导向头4的尾部，端头5的尾部插在管幕钢管7中，所述纠偏油缸6沿外套筒3的径向均布有四个，并且纠偏油缸6一端与导向头4连接、另一端与端头5连接；所述钻机为螺旋出土顶管钻机，包括有底盘8、顶推盘9、动力头10、顶推油缸11、顶推油缸支架12和调整油缸13，所述顶推盘9上设有与螺旋钻杆1相对应的通孔9.1、与外套筒3相对应的法兰盘9.2、以及与管幕钢管7相对应的钢管适配器9.3，并且顶推盘9通过设置在底盘8上的导轨14滑动连接在底盘8上，所述动力头10通过调整油缸13连接在顶推盘9的背面，并且动力头10的输出端与顶推盘9上的通孔相对应，所述顶推油缸支架12设置在顶推盘9后方的底盘8上，所述顶推油缸11连接在顶推盘9与顶推油缸支架12之间。

所述底盘8上沿导轨方向间隔设置有定位销孔15，所述顶推油缸支架12通过插在定位销孔中的插销可拆卸固定连接在底盘8上。

参阅图8-10，第二种螺旋出土顶管管幕施工设备，其钻具为螺旋钻具，由螺旋钻杆1和连接在螺旋钻杆头部的导向钻头16组成；所述钻机为螺旋出土顶管钻机，包括有底盘8、顶推盘9、动力头10、顶推油缸11、顶推油缸支架12和调整油缸13，所述顶推盘9上设有与螺旋钻杆1相对应的通孔9.1和与管幕钢管7相对应的钢管适配器9.3，并且顶推盘9通过设置在底盘8上的导轨14滑动连接在底盘8上，所述动力头10通过调整油缸13连接在顶推盘9的背面，并且动力头10的输出端与顶推盘9上的通孔相对应，所述顶推油缸支架12设置在顶推盘9后方的底盘8上，所述顶推油缸11连接在顶推盘9与顶推油缸支架12之间。

Claims

1.一种隧道关门塌方快速救援方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、在开挖隧道洞内的安全区（21），安装具有螺旋出土功能与油缸顶进功能、可同时进行螺旋出土与油缸顶进作业的螺旋出土顶管管幕施工设备，该设备由机架、钻机、钻具和后顶背组成，其中钻具连接在钻机上，钻机设置在机架上，同时钻机的尾端顶在后顶背的前端面上；

步骤二、用螺旋出土顶管管幕施工设备，在开挖隧道洞内的关门塌方区（20）的底部打设至少能容纳一人通过的钢管，使钢管穿过关门塌方区（20）并进入到开挖隧道洞内的施工作业区（19）中，此时钢管便形成了逃生通道（22）；

步骤三、指挥施工作业区（19）中的人员从逃生通道（22）逃至安全区（21）；

所述步骤二中，用螺旋出土顶管管幕施工设备，在开挖隧道洞内的关门塌方区（20）的左下方或右下方位打设钢管；

所述钢管的内径为0.6米～1.0米。

2.根据权利要求1所述的隧道关门塌方快速救援方法，其特征在于：所述钻具为螺旋钻具，由螺旋钻杆（1）、连接在螺旋钻杆头部的普通钻头（2）、套在螺旋钻杆（1）上的外套筒（3）、套在外套筒（3）头部的导向头（4）、套在导向头（4）后方的外套筒（3）上的端头（5）、以及连接在导向头（4）与端头（5）之间的纠偏油缸（6）组成；所述导向头（4）的头部设有将砂土屑导入至外套筒（3）与螺旋钻杆（1）之间的螺旋空间（17）中去的排放斗（4.1），导向头（4）的尾部设有与端头（5）相配合的缺口（4.2）；所述端头（5）的头部通过缺口（4.2）插在导向头（4）的尾部，端头（5）的尾部插在管幕钢管（7）中；所述纠偏油缸（6）沿外套筒（3）的径向均布有四个，并且纠偏油缸（6）一端与导向头（4）连接、另一端与端头（5）连接；

所述钻机为螺旋出土顶管钻机，包括有底盘（8）、顶推盘（9）、动力头（10）、顶推油缸（11）、顶推油缸支架（12）和调整油缸（13）；

所述顶推盘（9）上设有与螺旋钻杆（1）相对应的通孔（9.1）、与外套筒（3）相对应的法兰盘（9.2）、以及与管幕钢管（7）相对应的钢管适配器（9.3），并且顶推盘（9）通过设置在底盘（8）上的导轨（14）滑动连接在底盘（8）上；所述动力头（10）通过调整油缸（13）连接在顶推盘（9）的背面，并且动力头（10）的输出端与顶推盘（9）上的通孔相对应；所述顶推油缸支架（12）设置在顶推盘（9）后方的底盘（8）上；所述顶推油缸（11）连接在顶推盘（9）与顶推油缸支架（12）之间。

3.根据权利要求2所述的隧道关门塌方快速救援方法，其特征在于：所述底盘（8）上沿导轨方向间隔设置有定位销孔（15）；所述顶推油缸支架（12）通过插在定位销孔中的插销可拆卸固定连接在底盘（8）上。

4.根据权利要求1所述的隧道关门塌方快速救援方法，其特征在于：所述钻具为螺旋钻具，由螺旋钻杆（1）和连接在螺旋钻杆头部的导向钻头（16）组成；

所述顶推盘（9）上设有与螺旋钻杆（1）相对应的通孔（9.1）和与管幕钢管（7）相对应的钢管适配器（9.3），并且顶推盘（9）通过设置在底盘（8）上的导轨（14）滑动连接在底盘（8）上；所述动力头（10）通过调整油缸（13）连接在顶推盘（9）的背面，并且动力头（10）的输出端与顶推盘（9）上的通孔相对应；所述顶推油缸支架（12）设置在顶推盘（9）后方的底盘（8）上；所述顶推油缸（11）连接在顶推盘（9）与顶推油缸支架（12）之间。

5.根据权利要求4所述的隧道关门塌方快速救援方法，其特征在于：所述底盘（8）上沿导轨方向间隔设置有定位销孔（15），所述顶推油缸支架（12）通过插在定位销孔中的插销可拆卸固定连接在底盘（8）上。