超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法

摘要

本发明提供一种超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，包括以下步骤：S1)在第一地连墙的墙体上以第一倾角开设具有第一深度的第一导向孔；S2)向第一导向孔内装入并固定导向钢管；S3)在导向钢管的管口处安装止浆阀；S4)沿第一导向孔的钻孔方向持续钻孔至所述第二地连墙的墙体内形成管棚注浆孔，管棚注浆孔钻入至第二地连墙墙体的深度为第二深度；S5)依次向管棚注浆孔、第一导向孔内以第一注浆压力注浆，以完成第一次注浆操作；S6)待管棚注浆孔和第一导向孔内的混凝土达到初步凝固状态时，通过所述第一导向孔向管棚注浆孔内顶入管棚；S7)向管棚内置入钢筋笼；以及S8)向所述管棚内以第二注浆压力再次注浆。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体地，涉及一种超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法。

背景技术

在软弱破碎围岩(例如，软弱砂土质地层、砂卵)的地层中进行隧道施工时，隧道挖掘会引起较大的围岩变形，通常施工方法是提前施作超前支护。管棚法是一种应用广泛的超前支护方法。

现有技术在使用管棚法进行超前支护时，通常是将管棚打入已钻好的管棚安置孔内，再向管棚内注入混凝土浆液，通过管棚上设置的注浆孔使注入管棚内的水泥浆液填满管棚和管棚与管棚安置孔之间的间隙及围岩空隙，以达到超前支护的目的。但是对于一些特殊的地质环境，例如在遇到富水砂层时，因土质的流动性非常强，若采用现有的管棚法进行超前支护，流动的土质容易通过管棚上的注浆孔涌入管棚内造成管棚堵塞，造成接下来的工序无法顺利进行，进而影响整个隧道的施工效率及支护效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，能够解决在富水砂层采用超大管棚进行超前支护时富水砂层的土质容易通过管棚上的注浆孔涌入管棚内造成管棚堵塞的问题，提高隧道的施工效率和支护效果。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，所述超大管棚用于在富水砂层暗挖隧道穿越地表建筑物或地表道路时的超前支护，所述暗挖隧道的两个端头平行设置有第一地连墙和第二地连墙，所述施工方法包括以下步骤：

S1)在所述第一地连墙的墙体上以第一倾角开设具有第一深度的第一导向孔；

S2)向所述第一导向孔内装入并固定导向钢管；

S3)在所述导向钢管的管口处安装止浆阀；

S4)沿所述第一导向孔的钻孔方向持续钻孔至所述第二地连墙的墙体内形成管棚注浆孔，所述管棚注浆孔钻入至所述第二地连墙墙体的深度为第二深度；

S5)依次向所述管棚注浆孔、所述第一导向孔内以第一注浆压力注浆，以完成第一次注浆操作；

S6)待所述管棚注浆孔和第一导向孔内的混凝土达到初步凝固状态时，通过所述第一导向孔向所述管棚注浆孔内顶入管棚；

S7)向所述管棚内置入钢筋笼；

S8)向所述管棚内以第二注浆压力再次注浆，以完成第二次注浆操作。

优选地，所述第一深度与所述第一地连墙的厚度的比例介于0.5:1-0.95:1。

优选地，步骤S2)中采用植筋胶固定所述导向钢管。

优选地，步骤S5)依次向所述管棚注浆孔、所述第一导向孔内以第一注浆压力注浆，以完成第一次注浆操作，包括：

在完成步骤S4)后退出钻杆的同时通过所述钻杆上的注浆孔以第一注浆压力向所述管棚注浆孔、所述第一导向孔内由内至外依次注浆。

优选地，步骤S5)中所述第一注浆压力介于0.5-1.5Mpa。

优选地，步骤S8)中所述第二注浆压力介于0.5-2Mpa。

优选地，步骤S5)依次向所述管棚注浆孔、所述第一导向孔内以第一注浆压力注浆，以完成第一次注浆操作，还包括：

在注浆完成第一时间段后，检测混凝土浆液的凝固程度。

优选地，所述第一时间段介于1-3小时。

本发明提供的超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，采用两次注浆的方式完成在富水砂层使用超大管棚进行超前支护的施工，在钻出第一导向孔和管棚注浆孔后，向所述第一导向孔内注浆、管棚注浆孔内注浆，待第一次注浆完成，混凝土浆液充斥整个第一导向孔和管棚注浆孔，待浆液逐步达到初步凝固状态后可对第一导向孔和管棚注浆孔进行初步预加固，防止了富水砂层的土体到处流动破坏第一导向孔和管棚注浆孔，待第一次注入的混凝土浆液持续凝固第一时间段后达到初步凝固状态时，通过第一导向孔向管棚注浆孔顶入管棚，由于初步凝固的混凝土浆液还未完全硬化且与富水砂层的土体相比具有一定的塑性，因此顶入管棚时，初步凝固的混凝土浆液不会涌入管棚内造成管棚堵塞，在顶入管棚后，向管棚内置入钢筋笼以提高管棚的抗弯能力，之后向管棚内进行第二次注浆，注入的混凝土浆液不断填充整个管棚同时通过管棚上的注浆孔涌入管棚与第一导向孔、管棚注浆孔之间的间隙，填补第一次注浆时的空隙。本发明提供的超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，可以有效解决在富水砂层中采用管棚进行超前支护时砂水容易通过管棚上的注浆孔涌入管棚内造成管棚堵塞的问题，进而提高整个隧道的施工效率和支护效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明提供的超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施方式提供的超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法的流程图。如图1所示，本发明提供的超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，所述超大管棚用于在富水砂层暗挖隧道穿越地表建筑物或地表道路时的超前支护，所述暗挖隧道的两个端头平行设置有第一地连墙和第二地连墙，所述施工方法包括以下步骤：S1)在所述第一地连墙的墙体上以第一倾角开设具有第一深度的第一导向孔；S2)向所述第一导向孔内装入并固定导向钢管；S3)在所述导向钢管的管口处安装止浆阀；S4)沿所述第一导向孔的钻孔方向持续钻孔至所述第二地连墙的墙体内形成管棚注浆孔，所述管棚注浆孔钻入至所述第二地连墙墙体的深度为第二深度；S5)依次向所述管棚注浆孔、所述第一导向孔内以第一注浆压力注浆，以完成第一次注浆操作；S6)待所述管棚注浆孔和第一导向孔内的混凝土达到初步凝固状态时，通过所述第一导向孔向所述管棚注浆孔内顶入管棚；S7)向所述管棚内置入钢筋笼；以及S8)向所述管棚内以第二注浆压力再次注浆，以完成第二次注浆操作。

本发明提供的超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，采用两次注浆的方式实现管棚在富水砂层的超前支护，在钻出第一导向孔和管棚注浆孔后，先向第一导向孔和管棚注浆孔内注入混凝土浆液，注入的混凝土浆液填充整个第一导向孔和管棚注浆孔，对第一导向孔和管棚注浆孔进行了预加固，防止了富水砂层的土质流动，在第一导向孔和管棚注浆孔内的混凝土浆液达到初步凝固状态后，向充斥着混凝土浆液的第一导向孔和管棚注浆孔内顶入管棚，由于第一次注浆的混凝土浆液已初步凝固，但未完全硬化且具有一定的塑性，因此非常容易将管棚顶入充斥着混凝土浆液的第一导向孔和管棚注浆孔内，随后向管棚内置入钢筋笼，再向管棚内进行第二次注浆，注入的混凝土浆液填充整个管棚及管棚与第一导向孔、管棚注浆孔之间的间隙，完成二次注浆。

在采用超大管棚进行超前支护时，首先在第一地连墙的墙体上钻出具有第一深度的第一导向孔，优选地，所述第一深度与所述第一地连墙的厚度的比例介于0.5:1-0.95:1

在一个实施例中，第一地连墙厚度为100cm，在第一地连墙的墙体上以第一倾角钻出具有第一深度的第一导向孔，钻出的第一导向孔穿透第一地连墙墙体内的钢筋，第一深度为95cm，保留5cm的余量，利用这5cm的厚度作为保护层，防止砂水涌出。为了防止后续的钻孔过程中钻出的管棚注浆孔的孔底中心距隧道中心的距离小于孔口距隧道中心的距离，设置第一倾角介于3°-5°。

钻出第一导向孔后，向第一导向孔内装入导向钢管，以使所述导向钢管固定在所述第一导向孔内；优选地，步骤S2)中采用植筋胶固定所述导向钢管。在所述导向钢管的管口处安装止浆阀，具体地，在所述导向钢管的管口处焊接法兰盘，通过法兰盘安装所述止浆阀，更具体地，所述止浆阀可选用刀形止浆闸阀，用于在钻管棚注浆孔、第一次注浆和第二次注浆或发生涌水、涌砂时快速封闭管口以及在工序转换时临时封闭管口。

在第一导向孔内沿着第一导向孔的钻孔方向继续钻孔形成管棚注浆孔，为了使施工完成后的管棚能够达到足够的支护强度，形成的管棚注浆孔钻至第二地连墙的墙体内，且钻入第二地连墙墙体深度的必须大于等于第二地连墙墙体厚度的三分之二。具体地，采用管棚进行超前支护时，钻出管棚注浆孔的钻杆上会设置有多个出浆口，因此在钻出管棚注浆孔后，钻杆逐渐从管棚注浆孔内退出，同时通过钻杆以第一注浆压力注浆，优选地，步骤S5)中所述第一注浆压力介于0.5-1.5Mpa，混凝土浆液从钻杆上开设的出浆口流出，在钻杆退出的过程中逐渐填充所述管棚注浆孔和第一导向孔，完成第一次注浆。

第一次注浆的混凝土浆液在逐渐凝固过程中对管棚注浆孔进行了预加固，为了加快第一次注浆的混凝土浆液的凝固速度，所述第一次注浆使用到的混凝土浆液中水泥：水：氯化钙配备比例为1﹕1﹕0.02，其中加入的氯化钙能加快第一次注浆的浆液的凝固。待所述管棚注浆孔和第一导向孔内的混凝土达到初步凝固状态后，向充斥着第一次注浆浆液的管棚注浆孔和第一导向孔内顶入管棚，此时，第一次注浆的浆液未完全硬化但具有一定的塑性，因此顶入管棚时，混凝土浆液不会涌入所述管棚内，避免了管棚堵塞。顶入管棚后，向管棚内置入钢筋笼以提高管棚的抗弯能力，接着向管棚内以第二注浆压力进行第二次注浆。优选地，步骤S8)中所述第二注浆压力介于0.5-2Mpa。

在第二注浆压力作用下，混凝土浆液逐渐注满管棚内部并从管棚上的注浆口涌入管棚与第一导向孔、管棚注浆孔之间的间隙，填补一次注浆时的空隙，第二次注浆所使用到的混凝土浆液凝固后，管棚超前支护即完成，为了满足支护强度，第二次注浆的混凝土中水灰比为1﹕1。

在一个实施例中，采用后退式注浆法向所述管棚注浆孔、第一导向孔内注浆。

优选地，步骤S5)依次向所述管棚注浆孔、所述第一导向孔内以第一注浆压力注浆，以完成第一次注浆操作，包括：在完成步骤S4)后退出钻杆的同时通过所述钻杆上的注浆孔以第一注浆压力向所述管棚注浆孔、所述第一导向孔内由内至外依次注浆。

优选地，步骤5)依次向所述管棚注浆孔、所述第一导向孔内以第一注浆压力注浆，以完成第一次注浆操作，还包括：在注浆完成第一时间段后，检测混凝土浆液的凝固程度。优选地，所述第一时间段介于1-3小时。通过检测混凝土浆液的凝固程度，可以判断混凝土浆液是否已达到初步凝固状态。根据本发明的技术方案，在注浆完成第一时间段后打开止浆阀，静待3-5分钟后查看第一导向孔内是否有浆液流出，若无浆液流出，则判断第一次注浆的浆液的凝固程度使得混凝土达到了初步凝固状态，此时可向管棚注浆孔内顶入管棚，若第一导向孔内有浆液流出，则判断混凝土尚未达到初步凝固状态，此时关闭止浆阀，每间隔一段时间查看是否有浆液流出，直到无浆液流出，则停止查看并向管棚注浆孔内顶入管棚。

本发明提供的超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，采用两次注浆的方式完成在富水砂层使用超大管棚进行超前支护的施工，在钻出第一导向孔和管棚注浆孔后，向所述第一导向孔内注浆、管棚注浆孔内注浆，待第一次注浆完成，混凝土浆液充斥整个第一导向孔和管棚注浆孔，待浆液逐步达到初步凝固状态后可对第一导向孔和管棚注浆孔进行初步预加固，防止了富水砂层的土体到处流动破坏第一导向孔和管棚注浆孔，待第一次注入的混凝土浆液持续凝固第一时间段后达到初步凝固状态时，通过第一导向孔向管棚注浆孔顶入管棚，由于初步凝固的混凝土浆液还未完全硬化且与富水砂层的土体相比具有一定的塑性，因此顶入管棚时，初步凝固的混凝土浆液不会涌入管棚内造成管棚堵塞，在顶入管棚后，向管棚内置入钢筋笼以提高管棚的抗弯能力，之后向管棚内进行第二次注浆，注入的混凝土浆液不断填充整个管棚同时通过管棚上的注浆孔涌入管棚与第一导向孔、管棚注浆孔之间的间隙，填补第一次注浆时的空隙。本发明提供的超大管棚在富水砂层超前支护的施工方法，可以有效解决在富水砂层中采用管棚进行超前支护时砂水容易通过管棚上的注浆孔涌入管棚内造成管棚堵塞的问题，进而提高整个隧道的施工效率和支护效果。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。