CN108425688B - 一种可注浆式超前管棚推进装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道施工装置，具体涉及一种可注浆式超前管棚推进装置及其使用方法，包括推进机构、注浆机构和排气机构，推进机构的前端与管棚钢管的后端相连，推进机构的后端与管棚钻机连接，与现有技术相比，本发明的有益效果是：转接公头与所述转接母头采用六棱机械插接形式连接，可同时实现管棚的静压推进与旋转推进，满足不同管棚形式的推进需求。

Description

一种可注浆式超前管棚推进装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种隧道施工装置，具体涉及一种可注浆式超前管棚推进装置及其使用方法。

背景技术

在软弱围岩、高压富水、裂隙发育及断层破碎带等复杂地层中修建隧道，常采用管棚进行围岩超前加固。因为有工作室管棚施工需对断面进行扩挖，作业断面大，且工作室为突变式挑顶，结构受力不均，整体稳定性较差，所以现在的管棚施工大多不设工作室。无工作室管棚施工减少了围岩扩挖与喷射混凝土回填，工艺简单，操作便捷，工作效率高，经济效益好；减少了工序转换的影响，结构受力均匀。

无工作室管棚的开口孔位于隧道开挖轮廓线以内，为保证管棚的支护效果，其外插角一般控制在8°以内，势必导致嵌入掌子面前方围岩一定范围内的管棚会侵入隧道开挖轮廓线以内，在管棚施工过程中需要精确掌握管棚侵入隧道轮廓线的范围，并对管棚进行推进。传统管棚推进方式虽然解决了因管棚侵限导致的管棚钢管切割问题，但存在易导致管棚钢管损坏，不能满足自进式管棚的旋转推进，注浆效果难以保证等问题。无工作室推进管棚注浆大多在孔口预设钢管，以此完成管棚钢管及钻孔的注浆，该方法操作复杂，孔内气体不易排空，进而导致浆液充填不满，且注浆结束后需对孔口的预设钢管进行清除。

因此，开发一种新型可注浆式超前管棚推进装置，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。

发明内容

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可注浆式超前管棚推进装置及其使用方法，以解决可同时实现管棚的静压推进与旋转推进，满足不同管棚形式的推进需求，解决无工作室隧道超前管棚施工的管棚推进及注浆问题，提高作业效率和施工质量的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可注浆式超前管棚推进装置，包括安装在管棚钢管上的推进结构，其特征在于，所述推进结构包括如下部件：

推进机构，推进机构的前端与管棚钢管相连，推进机构的后端与管棚钻机连接；

注浆机构，设置在推进机构内，并形成注浆通道，所述注浆机构的后端与注浆机相连；

排气机构，安装在推进机构外侧，其内设置排气通道。

在本发明中，作为一种改进，所述推进机构包括：

转接母头，中空管状，其内一端设有内六棱柱槽，另一端内壁为内螺纹丝扣，所述内螺纹丝扣端与管棚钢管相连；

转接公头，中空管状，一端为外六棱柱，另一端为外螺纹丝扣，所述外六棱柱端部插装在转接母头的内六棱柱槽中；

推进延长管，中空管状，所述推进延长管的两端分别设有外螺纹丝扣和内螺纹丝扣，所述内螺纹丝扣端与转接公头的外螺纹丝扣端螺接，所述外螺纹丝扣端与管棚钻机相连。

在本发明中，作为一种改进，所述注浆机构包括：

高压注浆软管，插装在推进延长管内；

注浆管转接头，中空管状，套装在高压注浆软管两端外侧，所述注浆管转接头一端固定在高压注浆软管上，所述注浆管转接头的另一端延伸在高压注浆软管外并设有内螺纹丝扣；

注浆管连接头，两端设有外螺纹丝扣，中部为外六棱柱；

止浆阀，中部为阀芯，两端管体内设有内螺纹丝扣，一端管体通过注浆管连接头与高压注浆软管相连，另一端管体连接注浆机的出浆管。

在本发明中，作为一种改进，所述推进延长管及管棚钢管两端的外壁上设有扳手卡扣。

在本发明中，作为一种改进，所述注浆管连接头设置多个。

在本发明中，作为一种改进，第一注浆管连接头连接在转接母头与高压注浆软管前端的注浆管转接头之间，第二注浆管连接头连接在高压注浆软管后端的注浆管转接头与止浆阀前端管体之间，第三注浆管连接头连接在止浆阀后端管体与注浆机的出浆管之间。

在本发明中，作为一种改进，所述排气机构为止浆塞，所述止浆塞为橡胶材质，所述止浆塞的外径与管棚钻孔直径相匹配，所述止浆塞上设置从其前端延伸到后端的排气孔。

在本发明中，作为一种改进，所述止浆塞包裹在转接母头外侧。

应用一种可注浆式超前管棚推进装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)平整场地

利用挖掘机等工程机械在隧道掌子面后方施工形成的作业平台及与平台相连的施工便道，便于管棚钻机等机械设备行走及材料运输；

(2)测量放线

采用全站仪等测量设备在掌子面上放样定位出管棚的施工作业位置，并测量记录管棚放样点与隧道轮廓的径向距离D；

(3)管棚钻进

利用管棚钻机将管棚按步骤(2)中标定的施工作业位置沿设计的角度α打入前方围岩中，直至管棚没入设计的管棚长度；

(4)管棚推进

按照公式L＝D/sinα计算出管棚需要推进的距离，确定所需的高压注浆管和推进延长管的长度，在步骤(3)中打入的管棚后端连接转接母头，在转接母头的后端依次连接注浆管连接头及两端连接有注浆管转接头的高压注浆软管，将所述转接公头与所述推进延长管连接后，套过所述高压注浆软管并使转接公头插入所述转接母头，将推进延长管的后端与管棚钻机连接，利用管棚钻机完成管棚推进；

(5)管棚注浆

在步骤(4)中将管棚推进预定距离后，通过管棚钻机退出推进延长管和转接公头，在连接有注浆管转接头的高压注浆软管后端依次连接注浆管连接头及止浆阀，并将止浆阀的后端与注浆机出浆管连接，通过注浆机完成管棚注浆；

(6)循环作业

循环前述步骤(1)-步骤(5)的作业流程，直至所有管棚施工完成后机具撤场。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)所述转接公头与所述转接母头采用六棱机械插接形式连接，可同时实现传统管棚的静压推进与自进式管棚的旋转推进，满足无工作室隧道超前管棚施工的管棚推进需求，提高管棚钢管作业效率和施工质量。

(2)所述注浆机构与所述排气机构满足了管棚推进后的注浆需求，提高了管棚注浆效率。同时，所述止浆塞上设置的排气孔，可在注浆过程中充分排出钻孔内的空气，确保注浆饱满。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明退出推进延长管后的结构示意图；

图3为本发明止浆阀的结构示意图；

图4为本发明止浆塞的结构示意图；

图5为本发明管棚钢管的结构示意图；

图6为本发明推进延长管的结构示意图；

图7为本发明转接母头的结构示意图；

图8为本发明转接公头的结构示意图；

图9为本发明高压注浆软管的结构示意图；

图10为本发明转接母头与转接公头连接处的结构剖视图；

图11为本发明注浆机构的结构示意图；

图12为本发明作业平台的示意图；

图13为本发明管棚推进的示意图；

图14为本发明管棚注浆的示意图；

图中：1、管棚钢管，2、转接母头，3、转接公头，4、推进延长管，5、扳手卡扣，6、内六棱柱槽，7、转接内螺纹丝扣端，8、外六棱柱端，9、转接外螺纹丝扣端，10、中部内螺纹丝扣，12、排气孔，13、止浆塞，101、高压注浆软管，102、注浆管转接头，103、第一注浆管连接头，104、止浆阀，105、第二注浆管连接头，106、第三注浆管连接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种可注浆式超前管棚推进装置，所述推进装置安装在管棚钢管1的后端，管棚钢管1的前端插入前方围岩中，通过推进装置将管棚钢管1推入，所述推进装置包括如下部件：

推进机构、注浆机构和排气机构，如图1所示，推进机构的前端与管棚钢管1的后端相连，推进机构的后端与管棚钻机连接，通过管棚钻机带动推进机构及管棚钢管1一同向内推进，所述管棚钻机为现有技术，在此不再赘述其具体结构，在图中也并未示出。

如图2所示，所述注浆机构设置在推进机构的多段管内，并形成注浆通道，所述注浆机构的后端与注浆机相连，向孔内注浆，通过该注浆方式无需在孔口预设钢管，提高管棚施工效率和注浆质量。

所述排气机构安装在推进机构外侧，并在其内设置排气通道，在注浆的同时通过排气通道将孔内气体排出，确保注浆饱满。

如图3-图7所示，所述推进机构包括转接母头2、转接公头3和推进延长管4，所述转接母头2为中空圆管状，其内一端设有内六棱柱槽6，槽截面为六边形，另一端为转接内螺纹丝扣端7，所述转接内螺纹丝扣端7与管棚钢管1相连，所述转接母头2与管棚钢管1相连的后端部为椎管状，且转接母头2与管棚钢管1相连的一端外径与管棚钢管1的外径相同，使连接处成流线型连接，避免影响钢管推进。

所述转接公头3同样为中空管状，所述转接公头3一端为外六棱柱端8，所述转接公头3的外六棱柱端8的外径与转接母头2内六棱柱槽6的内径相匹配，所述转接公头3的外六棱柱端8插入转接母头2的内六棱柱槽6内，所述转接公头3的另一端为转接外螺纹丝扣端9，转接外螺纹丝扣端9与推进延长管4相连，转接公头3内腔供高压注浆软管101通过，形成注浆通道。

所述推进延长管4为中空管状，所述推进延长管4的两端分别设有外螺纹丝扣和内螺纹丝扣，所述推进延长管4的内螺纹丝扣端与转接公头3的转接外螺纹丝扣端9螺接，所述推进延长管4的外螺纹丝扣端与管棚钻机相连，转接母头2与转接公头3的转接将推进延长管4与管棚钢管1相连，通过管棚钻机将推进延长管4及管棚钢管1整体推进，且转接母头2与转接公头3通过六棱柱槽及六棱柱端连接，可同时实现管棚的静压推进与旋转推进，满足不同管棚形式的推进需求。

所述推进延长管4及管棚钢管1两端的外壁上设有扳手卡扣5，所述扳手卡扣5为内凹的六棱柱状或其他与扳手内轮廓相匹配的棱柱状，扳手卡扣5与外部拆卸工具相连，便于推进延长管4及管棚钢管1的拆卸。

如图8-图11所示，所述注浆机构包括高压注浆软管101、注浆管转接头102、注浆管连接头和止浆阀104，所述高压注浆软管101插装在推进延长管内，高压注浆软管101的前端通过外部套装的注浆管转接头102与注浆管连接头相连，如图12所示，所述高压注浆软管101及相连的注浆管连接头穿过转接公头3连接到转接母头2内，所述注浆管连接头中部为外六棱柱，两端设有外螺纹丝扣，所述转接母头2内腔的中部设有与注浆管连接头的外螺纹丝扣端相螺接的中部内螺纹丝扣10。

所述注浆管转接头102为中空圆管状，所述注浆管转接头102套装在高压注浆软管101两端部的外侧，所述注浆管转接头102一端固定在高压注浆软管101上，所述注浆管转接头102的另一端延伸到高压注浆软管101外侧并设有内螺纹丝扣，所述注浆管转接头102的内螺纹丝扣与注浆管连接头的外螺纹丝扣相连。

如图13所示，所述止浆阀104为圆管状，中部设有阀芯，管体两端内侧设有内螺纹丝扣，管体中部的外壁为六棱柱状，便于止浆阀104的拆卸及安装，一端管体通过注浆管连接头与高压注浆软管101相连，另一端管体通过注浆管连接头连接注浆机的出浆管，注浆机为现有技术中具有的装置，在此不再赘述，在图中也并未示出，止浆阀104、高压注浆软管101、与高压注浆软管101通过注浆管连接头103连接的转接母头2及与转接母头2的前端相连的管棚钢管1形成注浆通道，注浆机通过该注浆通道向孔内注浆。

推进管棚钢管1到凿孔内指定位置后，通过管棚钻机退出推进延长管4及转接公头3，高压注浆软管101的外端外露，用于安装注浆设备进行注浆。

所述注浆管连接头设置多个，所述注浆管连接头外壁中部为六棱柱状，便于注浆管连接头安装及拆卸，第一注浆管连接头103连接在转接母头2与高压注浆软管101前端的注浆管转接头102之间，连通高压注浆软管101及转接母头2的内腔，第二注浆管连接头105连接在高压注浆软管101后端的注浆管转接头102与止浆阀104前端管体之间，连通高压注浆软管101与止浆阀104的内腔，其中，针对不同推进距离的需要，可将多段高压注浆软管101通过注浆管连接头连接为整个高压注浆软管101，也可根据需要改变高压注浆软管101的长度，以上所述变形方式均在本发明的保护范围之内，第三注浆管连接头106连接在止浆阀104后端管体与注浆机的出浆管之间，使注浆机与注浆通道连通。

所述排气机构为止浆塞13，所述止浆塞13为橡胶材质，所述止浆塞包裹在转接母头2外侧，所述止浆塞13与所述转接母头2通过热熔的方式连接成为一个整体，所述止浆塞13的外径与管棚钻孔直径相匹配，将管棚钢管1塞入钻孔中，管棚钢管1后端连接推进机构，推进机构内推直至止浆塞13塞紧在钻孔内的指定位置，所述排气通道为排气孔12，所述排气孔12从止浆塞13的前端延伸到的后端、贯穿整个止浆塞13设置，通过注浆通道注浆，浆液从凿孔前端朝向孔口流动，挤压孔内空气，使孔内气体从排气孔12排出，确保管棚注浆饱满。

采用此种一体式止浆塞，可在不设孔口管的条件下，使管棚及钻孔浆液充填饱满。

应用前述的一种可注浆式超前管棚推进装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)平整场地

利用挖掘机等工程机械在隧道掌子面后方施工形成作业平台及与作业平台相连的施工便道，便于管棚钻机等机械设备行走及材料运输，作业平台水平设置，施工便道的顶端与平台后端相连，施工机械通过施工便道进入作业平台对掌子面进行施工；

(2)测量放线

采用全站仪等测量设备在掌子面上放样定位出管棚的施工作业位置，进行标注，并测量记录管棚放样点与隧道轮廓的径向距离D；

(3)管棚钻进

利用管棚钻机将管棚按步骤(2)中标定的施工作业位置沿设计的角度α打入前方围岩中，为保证管棚的支护效果，其中，角度α≤8°，直至管棚没入设计的管棚长度，管棚钢管的后端露在钻孔外侧；

(4)管棚推进

按照公式L＝D/sinα计算出管棚需要推进的距离，确定所需的高压注浆管和推进延长管的长度，在步骤(3)中打入的管棚后端部连接转接母头，在转接母头的后端依次连接注浆管连接头及两端连接有注浆管转接头的高压注浆软管，其中，注浆管转接头和高压注浆管为一个整体，无需在现场组装，将所述转接公头与所述推进延长管连接后，套过所述高压注浆软管并使转接公头插入所述转接母头，将推进延长管的后端与管棚钻机连接，利用管棚钻机完成管棚推进；

(5)管棚注浆

在步骤(4)中将管棚推进预定距离后，通过管棚钻机退出推进延长管和转接公头，在连接有注浆管转接头的高压注浆软管后端依次连接注浆管连接头及止浆阀，并将止浆阀的后端与注浆机出浆管连接，通过注浆机完成管棚注浆；

(6)循环作业

循环前述步骤(1)-步骤(5)的作业流程，直至所有管棚施工完成后机具撤场。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种可注浆式超前管棚推进装置，其特征在于，所述推进装置包括如下部件：

推进机构，推进机构的前端与管棚钢管相连，推进机构的后端与管棚钻机连接；

注浆机构，设置在推进机构内，并形成注浆通道，所述注浆机构的后端与注浆机相连；

排气机构，安装在推进机构外侧，其内设置排气通道；

所述推进机构包括：

转接母头，中空管状，其内一端设有内六棱柱槽，另一端通过内螺纹丝扣与管棚钢管相连；

转接公头，中空管状，一端为外六棱柱，另一端为外螺纹丝扣，所述外六棱柱端部插装在转接母头的内六棱柱槽中；

推进延长管，中空管状，所述推进延长管的两端分别设有外螺纹丝扣和内螺纹丝扣，所述内螺纹丝扣端与转接公头的外螺纹丝扣端螺接，所述外螺纹丝扣端与管棚钻机相连。

2.根据权利要求1所述的一种可注浆式超前管棚推进装置，其特征在于，所述注浆机构包括：

高压注浆软管，插装在推进延长管内；

注浆管转接头，中空管状，套装在高压注浆软管两端外侧，所述注浆管转接头一端固定在高压注浆软管上，所述注浆管转接头的另一端延伸在高压注浆软管外并设有内螺纹丝扣；

注浆管连接头，两端设有外螺纹丝扣，中部为外六棱柱；

止浆阀，中部为阀芯，两端管体内设有内螺纹丝扣，一端管体通过注浆管连接头与高压注浆软管相连，另一端管体连接注浆机的出浆管。

3.根据权利要求1所述的一种可注浆式超前管棚推进装置，其特征在于：

所述推进延长管及管棚钢管两端的外壁上设有扳手卡扣。

4.根据权利要求2所述的一种可注浆式超前管棚推进装置，其特征在于：所述注浆管连接头设置多个。

5.根据权利要求4所述的一种可注浆式超前管棚推进装置，其特征在于：第一注浆管连接头连接在转接母头与高压注浆软管前端的注浆管转接头之间，第二注浆管连接头连接在高压注浆软管后端的注浆管转接头与止浆阀前端管体之间，第三注浆管连接头连接在止浆阀后端管体与注浆机的出浆管之间。

6.根据权利要求1、3或5所述的一种可注浆式超前管棚推进装置，其特征在于：所述排气机构为止浆塞，所述止浆塞为橡胶材质，所述止浆塞的外径与管棚钻孔直径相匹配，所述止浆塞上设置从其前端延伸到后端的排气孔。

7.根据权利要求6所述的一种可注浆式超前管棚推进装置，其特征在于：所述止浆塞包裹在转接母头外侧。

8.一种应用权利要求2所述的一种可注浆式超前管棚推进装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）平整场地

利用工程机械在隧道掌子面后方施工形成作业平台及与平台相连的施工便道，便于管棚钻机机械设备行走及材料运输；

（2）测量放线

采用测量设备在掌子面上放样定位出管棚的施工作业位置，并测量记录管棚放样点与隧道轮廓的径向距离D；

（3）管棚钻进

利用管棚钻机将管棚按步骤（2）中标定的施工作业位置沿设计的角度α打入前方围岩中，直至管棚没入设计的管棚长度；

（4）管棚推进

按照公式L=D/sinα计算出管棚需要推进的距离，确定所需的高压注浆管和推进延长管的长度，在步骤（3）中打入的管棚后端连接转接母头，在转接母头的后端依次连接注浆管连接头及两端连接有注浆管转接头的高压注浆软管，将所述转接公头与所述推进延长管连接后，套过所述高压注浆软管并使转接公头插入所述转接母头，将推进延长管的后端与管棚钻机连接，利用管棚钻机完成管棚推进；

（5）管棚注浆

在步骤（4）中将管棚推进预定距离后，通过管棚钻机退出推进延长管和转接公头，在连接有注浆管转接头的高压注浆软管后端依次连接注浆管连接头及止浆阀，并将止浆阀的后端与注浆机出浆管连接，通过注浆机完成管棚注浆；

（6）循环作业

循环前述步骤（1）-步骤（5）的作业流程，直至所有管棚施工完成后机具撤场。