CN113914902A - 一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件及预埋方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件及预埋方法，使用预埋导向管和管头；预埋导向管包括管身、管尾、管帽和填充囊，管身和管尾螺纹连接，两者均为钢管，在管身和管尾的连通导向管内装填有填充囊，填充囊为一橡胶囊，其长度与管身和管尾的长度之和相同；在浇筑止浆墙时，管帽套设在管身的头端，用于保护管身的头端的外螺纹；在注浆时，去除管帽；管头，在注浆时，管头的尾端与管身的头端螺纹连接；头端用于与注浆管相连接。使用该预埋方法，在隧道帷幕注浆施工中，设计分段组装的预埋导向管，预埋入止浆墙内一体浇筑成型，避免了常规帷幕注浆施工中繁琐的定位开孔工作，且避免了对止浆墙体的破坏。

Description

一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件及预埋 方法

技术领域

本发明属于隧道注浆加固技术领域，具体涉及一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件及预埋方法。

背景技术

隧道的埋深和长度不断增加，隧道在施工过程中面临水压高和出水量大的问题。在常规的隧道帷幕注浆施工中，在施作止浆墙后，首先需要根据注浆方案设计安装导向管，在止浆墙钻孔后，插入导向管，以麻丝、水泥、锚固剂等填塞导向管与钻孔之间的缝隙，待导向管安装牢固后，开始沿导向管钻孔注浆。在施作导向管过程中，存在三个问题：一是隧道帷幕注浆需要的钻孔数量众多，按隧道断面大小和围岩条件，注浆方案的钻孔数量可达60-150个，且每个孔的位置不同，空间角度不同，钻机在止浆墙初步开孔安装导向管时，需利用罗盘和线尺反复不断挪动位置与调整角度，耗时很长，且定位存在偏差；二是在止浆墙密集钻孔，对墙体造成了较大损伤，后续注浆过程容易出现止浆墙开裂和漏浆；三是在高水压地层注浆，注浆压力更高，为确保导向管的锚固强度，注浆过程中不会飞出，需要大幅度增加导向管的长度，给施工带来很大不便，也造成了材料的浪费。例如，水压20MPa，注浆压力30MPa，导向管锚固长度需大于8m；而常规注浆，注浆压力0.5-2.5MPa，导向管锚固长度0.5-2.0m。

因此，就需要一种可行的隧道帷幕注浆导向管预埋方法，避免了后续钻孔定位工作的繁琐和误差，确保了止浆墙体的整体强度，且导向管锚固强度充足，可以抵抗特高的注浆压力，也节约了导向管钢材，提高了循环利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件及预埋方法，在隧道帷幕注浆施工中，设计分段组装的预埋导向管，预埋入止浆墙内一体浇筑成型，避免了常规帷幕注浆施工中繁琐的定位开孔工作，且避免了对止浆墙体的破坏，确保了预埋导向管锚固强度充足。

本发明采用以下技术方案：一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件的预埋方法，其特征在于，使用预埋导向管和管头；

预埋导向管包括管身、管尾、管帽和填充囊，管身和管尾螺纹连接，两者均为钢管，在管身和管尾的连通导向管内装填有填充囊，填充囊为一橡胶囊，可注入或排出空气；填充囊的长度与管身和管尾的长度之和相同；在浇筑止浆墙时，管帽套设在管身的头端，用于保护管身的头端的外螺纹；在注浆时，去除管帽；

管头，为无缝钢管，在注浆时，管头的尾端与管身的头端螺纹连接；头端用于与注浆管相连接；

该预埋方法如下：

步骤一、在已开挖隧道内，且位于开挖面的后方由下向上逐层竖立浇筑模板，浇筑模板和开挖面间形成待浇筑腔，在待浇筑腔内，且靠近开挖面侧设置一钢筋网格，钢筋网格与开挖面相平行，且与其形状相一致；

步骤二、在各层浇筑模板的内侧设置多个水平向的管口定位条，各管口定位条均与对应的浇筑模板相垂直；各管口定位条位于对应的穿过注浆孔的孔口的延长线上；

步骤三、由上而下，分层埋设预埋导向管；在各层中，将预埋导向管的管帽端放置于对应的管口定位条上，按照各注浆孔的空间角度，将管尾位于所在空间角度的远端，用于向隧道帷幕内注浆；且管尾固定于钢筋网格上；

步骤四、浇筑止浆墙，通过浇筑模板上的孔洞，向待浇筑腔内浇筑混凝土，混凝土包裹预埋导向管，形成止浆墙；待混凝土硬化后拆除浇筑模板，管口定位条的外端遗留在止浆墙表面；

步骤五、管口定位条的位置即为注浆孔的孔口位置区，凿除孔口周边混凝土，露出管帽并将其拆除，释放填充囊之中的空气，并将其从管腔内取出，将管头与管身头端螺纹紧密连接。

进一步地，在管尾的末端设置有两根定位须，两根定位须均为光圆钢筋，对称焊接在管尾末端的外壁上，且均沿管尾的走向轴向设置，并朝向远端延伸；在步骤三中，将定位须弯折，与钢筋网格焊接连接，用于将管尾绑缚固定于钢筋网格上。

进一步地，在管身中部间隔设有至少三道卡箍圈，卡箍圈为光圆钢筋弯曲成圆环状，密贴管身焊接形成整体，用于增加管身与浇筑混凝土的结合。

进一步地，在步骤一中，竖立浇筑模板前，在已开挖隧道内，且位于预施做止浆墙处的地面挖槽，再在槽的远离开挖面侧的外部由下向上逐层竖立浇筑模板。

进一步地，在步骤二前，在止浆墙面按矩形阵列设计注浆孔孔口位置，沿隧道轮廓线形状设计终孔位置，并计算各注浆孔的空间角度。

进一步地，管头的头端焊接法兰盘，尾端设内螺纹，其法兰盘端用于与注浆管相连接。

本发明还公开了一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件，包括预埋导向管和管头；

预埋导向管包括管身、管尾、管帽和填充囊，管身和管尾螺纹连接，两者均为钢管，在管身和管尾的连通导向管内装填有填充囊，填充囊为一橡胶囊，可注入或排出空气；在浇筑止浆墙时，填充囊处于充气状态，管帽套设在管身的头端，用于封闭管身；在注浆时，去除管帽；

管头，为无缝钢管，在注浆时，管头的尾端与管身的头端螺纹连接；管头的头端用于与注浆管相连接；

在管身中部间隔设有至少三道卡箍圈，卡箍圈为光圆钢筋弯曲成圆环状，密贴管身焊接形成整体；用于增加管身与浇筑混凝土的结合；

在管尾的末端设置有两根定位须，两根定位须均为光圆钢筋，对称焊接在管尾末端的外壁上，且均沿管尾的走向轴向设置，并朝向远端延伸。

本发明的有益效果是：1.通过预埋，浇筑形成止浆墙后，凿除管口定位条周边混凝土，露出各管头，管头用于与注浆管相连接，使各钻孔位置和角度的设定更快捷、更准确。2.通过预埋件作为注浆通道，管头作为注浆孔，避免了在止浆墙密集开孔钻孔，大幅度降低了对止浆墙自身强度的损害。3.预埋浇筑后，预埋件与止浆墙紧密结合和卡裹，形成一体，可抵抗特高的注浆压力和水压。4.在特高水压和特高注浆压力工况下，预埋导向管长度远小于常规导向管长度，且可以大部分回收使用，节约了大量钢材。

附图说明

图1为一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件和管头的示意图；

图2为一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件埋设件示意图；

图3为隧道帷幕注浆方案纵剖面示意图；

图4为移动适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件埋设方法施工示意图；

其中：1.管头；11.法兰盘；2.管身；21.卡箍圈；3.管尾；31.定位须；4.管帽；5.填充囊；6.钢筋网格；7.浇筑模板；8.管口定位条。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件的预埋方法，适用于隧道开挖过程中，遭遇不良地质，出现高压涌水，危及施工安全，需进行系统的超前帷幕注浆施工的情况。其中施作止浆墙和安装导向管是关系帷幕注浆成败的前提。并使用预埋导向管和管头1，将预埋导向管卡裹于止浆墙中，如图1和2所示：

该预埋导向管包括管身2、管尾3、管帽4和填充囊5，管身2和管尾3螺纹连接，两者均为无缝钢管。管身2的直径稍小于管头1，两端均设外螺纹，外螺纹与管头1的内螺纹及管尾的内螺纹相匹配。

在管身2和管尾3的连通导向管内装填有填充囊5，述填充囊5为一橡胶囊，可注入或排出空气；在浇筑止浆墙时，管帽4套设在管身2的头端，用于保护管身2的头端的外螺纹；在注浆时，去除管帽4。管帽4为一端开口一端封闭的圆柱形橡胶套。管头1，为无缝钢管，在注浆时，管头1的尾端与管身2的头端螺纹连接。管头1的头端焊接钢制法兰盘11，用于后续注浆作业中连接注浆管路。

上述的填充囊5为长条圆柱形，填充囊5的长度与管身2和管尾3的长度之和相同；一端设有气口，在需充气时，充气膨胀，其充气后，用于占据连通导向管内部空间，与预埋导向管一同浇筑入止浆墙内，在浇注止浆墙时，避免了混凝土由管尾3末端进入管尾3和管身2中，节约部分混凝土材料，也减少一些后续注浆钻孔的工作量。

在管身2中部间隔设有至少三道卡箍圈21，卡箍圈21为光圆钢筋弯曲成圆环状，密贴管身2焊接形成整体，用于增加管身2与浇筑混凝土的结合。在管尾3的末端设置有两根定位须31，两根定位须31均为光圆钢筋，对称焊接在管尾3末端的外壁上，且均沿管尾3的走向轴向设置，并朝向远端延伸，用于将管尾3绑缚固定于钢筋网格6上。

本发明还公开了一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件，包括预埋导向管和管头1。

该预埋导向管包括管身2、管尾3、管帽4和填充囊5，管身2和管尾3螺纹连接，两者均为钢管，在管身2和管尾3的连通导向管内装填有填充囊5，填充囊5为一橡胶囊，可注入或排出空气；在浇筑止浆墙时，管帽4套设在管身2的头端，用于封闭管身2；在注浆时，去除管帽4。

管头1，为无缝钢管，在注浆时，管头1的尾端与管身2的头端螺纹连接；管头1的头段用于与注浆管相连接。

在所述管身2中部间隔设有至少三道卡箍圈21，卡箍圈21为光圆钢筋弯曲成圆环状，密贴管身2焊接形成整体；用于增加管身2与浇筑混凝土的结合。

在所述管尾3的末端设置有两根定位须31，两根所述定位须31均为光圆钢筋，对称焊接在管尾3末端的外壁上，且均沿管尾3的走向轴向设置，并朝向远端延伸。

该预埋方法如下：

步骤一、在已开挖隧道内，且位于开挖面的后方由下向上逐层竖立浇筑模板7，浇筑模板7和开挖面间形成待浇筑腔，在待浇筑腔内，且靠近开挖面侧设置一钢筋网格6，钢筋网格6与开挖面相平行，且与其形状相一致；钢筋网格6的端头嵌入围岩之中。

在竖立浇筑模板7前，在已开挖隧道内的预施做止浆墙处的地面挖深度约1m的槽，用于止浆墙浇筑后嵌固入围岩之中。之后，在槽的远离开挖面侧的外部由下向上逐层竖立浇筑模板7，用于后续浇筑止浆墙成型。

步骤二、在各层浇筑模板7的腔内侧设置多个水平向的管口定位条8，各管口定位条8均与对应的浇筑模板7相垂直；各管口定位条8位于对应的穿过注浆孔的孔口的延长线上；管口定位条8为木质方条，端部与浇筑模板7间以钢钉固定。

步骤三、由上而下，分层埋设预埋导向管；在各层中，将预埋导向管的管帽4端放置于对应的管口定位条8上，按照各注浆孔的空间角度，将管尾3位于所在空间角度的远端，用于向隧道帷幕内注浆；且管尾3上的定位须31焊接于钢筋网格6上。定位须31可便捷地实现弯折，从而确保其与钢筋网格6的搭接。

具体地，预埋导向管的管帽4端是放置于管口定位条8的端部，然后是按照按注浆孔的空间角度，沿着注浆孔的走向，放置预埋导向管，使预埋导向管的管尾3的远端位于帷幕内注浆通道的入口处，则该预埋导向管作为注浆孔管。如图3和4所示。

步骤四、浇筑止浆墙，通过浇筑模板7上的孔洞，向待浇筑腔内浇筑混凝土，混凝土包裹预埋导向管，形成止浆墙；待混凝土硬化后拆除浇筑模板7，管口定位条8的外端遗留在止浆墙表面；其中管身2、管尾3、管帽4和填充囊5组装形成预埋体，在浇筑模板7内，与止浆墙一同浇筑成型，避免了模板开孔，不再使用由模板上开孔注浆的传统方法，确保了模板的整体密封性能。

步骤五、管口定位条8的位置即为注浆孔的孔口位置区，凿除孔口周边混凝土，露出管帽4并将其拆除，释放填充囊5之中的空气，并将其从管腔内取出，将管头1与管身2头端螺纹紧密连接。连接后，形成完整的用于帷幕注浆的预埋导向管组件。

预埋导向管起导向支撑的作用，为钻机提供钻孔方向，由管头1端作为进口端，带有钻头的钻杆依次穿过管头1、管身2和管尾3，按设计的空间方向钻孔。

在特高压注浆时，注浆压力超过5MPa，对止浆墙自身的抗裂性能提出了高要求，更考验导向管与止浆墙的结合强度。

传统方案为单独浇筑止浆墙，而后按帷幕注浆设计方案，利用全站仪在墙面定孔位，利用罗盘和线尺定空间角度，反复移动钻机，在止浆墙依次钻设全部注浆孔位，如100m2断面钻50～100个孔，钻孔直径16cm，孔与孔之间的圆心距离30cm，钻孔深度与导向管长度向匹配，这种密集钻孔对止浆墙自身强度破坏严重，高压注浆条件下易开裂和漏浆漏水；而后将导向管插入孔中，在导向管与钻孔之间的空隙中填塞水泥浆和麻丝等，将导向管固定，导向管与止浆墙的结合强度较低，而在特高水压条件下注浆，现场往往被迫增加导向管长度(6～8米)，以增加导线管外壁与钻孔内壁之间的接触面积，防止导向管在注浆过程中被高压顶出止浆墙，其长管自重大，需要多人在高空安装，风险高，钢材浪费严重。

本发明中采用预埋导向管的设计思想，通过浇筑与止浆墙形成紧密整体，可抵抗特高的注浆压力和水压，避免了止浆墙开裂和导向管被注浆压力顶出。同时，预埋导向管的长度只需要在1米左右，且采用分体设计的管身2和管尾3，方便人员安装。

注浆结束后，拆除管头1，回收再利用。其管头1、管帽4、填充囊5可以100％回收，管身2和管尾3由于分体设计，且结构简单长度较短，在注浆完毕后，开挖过程中变形损坏概率较低，亦可反复回收使用。

在步骤二前，要在止浆墙面按矩形阵列设计注浆孔孔口位置，沿隧道轮廓线形状设计终孔位置，并计算各注浆孔的空间角度。孔口位按矩形阵列设计，形状规则，以便于导向管的定位布置。

Claims (7)

1.一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件的预埋方法，其特征在于，使用预埋导向管和管头(1)；

所述预埋导向管包括管身(2)、管尾(3)、管帽(4)和填充囊(5)，所述管身(2)和管尾(3)螺纹连接，两者均为钢管，在所述管身(2)和管尾(3)的连通导向管内装填有填充囊(5)，所述填充囊(5)为一橡胶囊，可注入或排出空气；填充囊(5)的长度与管身(2)和管尾(3)的长度之和相同；在浇筑止浆墙时，所述管帽(4)套设在管身(2)的头端，用于保护所述管身(2)的头端的外螺纹；在注浆时，去除所述管帽(4)；

所述管头(1)，为无缝钢管，在注浆时，所述管头(1)的尾端与所述管身(2)的头端螺纹连接；头端用于与注浆管相连接；

该预埋方法如下：

步骤一、在已开挖隧道内，且位于开挖面的后方由下向上逐层竖立浇筑模板(7)，所述浇筑模板(7)和开挖面间形成待浇筑腔，在所述待浇筑腔内，且靠近开挖面侧设置一钢筋网格(6)，所述钢筋网格(6)与开挖面相平行，且与其形状相一致；

步骤二、在各层所述浇筑模板(7)的内侧设置多个水平向的管口定位条(8)，各所述管口定位条(8)均与对应的浇筑模板(7)相垂直；各所述管口定位条(8)位于对应的穿过所述注浆孔的孔口的延长线上；

步骤三、由上而下，分层埋设预埋导向管；在各层中，将所述预埋导向管的管帽(4)端放置于对应的管口定位条(8)上，按照各注浆孔的空间角度，将管尾(3)位于所在空间角度的远端，用于向隧道帷幕内注浆；且管尾(3)固定于钢筋网格(6)上；

步骤四、浇筑止浆墙，通过浇筑模板(7)上的孔洞，向待浇筑腔内浇筑混凝土，混凝土包裹预埋导向管，形成止浆墙；待混凝土硬化后拆除浇筑模板(7)，管口定位条(8)的外端遗留在止浆墙表面；

步骤五、管口定位条(8)的位置即为注浆孔的孔口位置区，凿除孔口周边混凝土，露出所述管帽(4)并将其拆除，释放所述填充囊(5)之中的空气，并将其从管腔内取出，将管头(1)与管身(2)头端螺纹紧密连接。

2.如权利要求1所述的一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件的预埋方法，其特征在于，在所述管尾(3)的末端设置有两根定位须(31)，两根所述定位须(31)均为光圆钢筋，对称焊接在管尾(3)末端的外壁上，且均沿管尾(3)的走向轴向设置，并朝向远端延伸；在所述步骤三中，将所述定位须(31)弯折，与钢筋网格(6)焊接连接，用于将所述管尾(3)绑缚固定于所述钢筋网格(6)上。

3.如权利要求2所述的一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件的预埋方法，其特征在于，在所述管身(2)中部间隔设有至少三道卡箍圈(21)，所述卡箍圈(21)为光圆钢筋弯曲成圆环状，密贴管身(2)焊接形成整体，用于增加管身(2)与浇筑混凝土的结合。

4.如权利要求3所述的一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件的预埋方法，其特征在于，在步骤一中，竖立浇筑模板(7)前，在已开挖隧道内，且位于预施做止浆墙处的地面挖槽，再在槽的远离开挖面侧的外部由下向上逐层竖立浇筑模板(7)。

5.如权利要求4所述的一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件的预埋方法，其特征在于，在所述步骤二前，在止浆墙面按矩形阵列设计注浆孔孔口位置，沿隧道轮廓线形状设计终孔位置，并计算各注浆孔的空间角度。

6.如权利要求5所述的一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件的预埋方法，其特征在于，所述管头(1)的头端焊接法兰盘(11)，尾端设内螺纹，其法兰盘端用于与注浆管相连接。

7.一种适用特高水压的隧道帷幕注浆的预埋导向管组件，其特征在于，包括预埋导向管和管头(1)；

所述预埋导向管包括管身(2)、管尾(3)、管帽(4)和填充囊(5)，所述管身(2)和管尾(3)螺纹连接，两者均为钢管，在所述管身(2)和管尾(3)的连通导向管内装填有填充囊(5)，所述填充囊(5)为一橡胶囊，可注入或排出空气；在浇筑止浆墙时，所述填充囊(5)处于充气状态，所述管帽(4)套设在管身(2)的头端，用于封闭所述管身(2)；在注浆时，去除所述管帽(4)；

所述管头(1)，为无缝钢管，在注浆时，所述管头(1)的尾端与所述管身(2)的头端螺纹连接；所述管头(1)的头端用于与注浆管相连接；

在所述管身(2)中部间隔设有至少三道卡箍圈(21)，卡箍圈(21)为光圆钢筋弯曲成圆环状，密贴管身(2)焊接形成整体；用于增加管身(2)与浇筑混凝土的结合；

在所述管尾(3)的末端设置有两根定位须(31)，两根所述定位须(31)均为光圆钢筋，对称焊接在管尾(3)末端的外壁上，且均沿管尾(3)的走向轴向设置，并朝向远端延伸。

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