一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置及其施工方法与流程

本发明属于隧道工程，具体涉及一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置及其施工方法。

背景技术：

1、隧道交通工程修建过程中，经常穿越软弱破碎地层，而破碎地层岩石通常因为受到不均匀的地质力作用而形成多种断裂和裂缝，具有机械强度通常较低，易受外部环境变化的影响的特点，在工程扰动的作用下，直接开挖隧道，成孔困难且容易发生塌孔甚至地表塌陷、隧道渗漏水等问题。

2、现有技术一般是采用帷幕注浆在隧道周围形成加固止水圈或者在隧道周围轮廓施作水平旋喷桩连续墙来承载上覆土体并形成止水帷幕。但隧道穿越破碎地层时，帷幕注浆自身过大的注浆量和水平旋喷桩自身过大的注浆压力等都会导致地表开裂隆起和管线变形破坏。随着施工技术的不断改进，管棚工法得到了普遍的利用。管棚工法是采用专用钻机将钢管沿隧道开挖轮廓线外一节一节地打入需支护的地层中的预定位置，然后进行注浆，通过浆液在围岩中的扩散，形成一个类似钢筋混凝土的拱形帷幕，从而达到支护开挖线外侧围岩的作用。但是传统管棚工法中采用的是成管后进行注浆加固，管棚与水泥、土的粘接性难以保证，且设备占地大，施工周期长。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的技术问题，本发明提供了一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，采用钻机对“自进式”管棚自身直接进行成孔，节省了大量施工时间，该施工方法成孔过程与送管同时进行，解决了上述技术问题。

2、一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置及其施工方法，包括高压注浆泵、水平定向钻机、搅拌钻头、空心导流钢管和通长螺纹钢管棚，相邻的空心导流钢管之间采用丝扣连接，相邻的通长螺纹钢管棚之间通过套筒连接，空心导流钢管前端与通长螺纹钢管棚的后端连接，通长螺纹钢管棚前端安装有搅拌钻头，最前端长螺纹钢管棚安装有与其内部空间相连通的旋喷喷嘴，前端封闭并与搅拌钻头连接，空心导流钢管末端连接高压注浆泵。

3、上述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，所述空心导流钢管两端直径与通长螺纹钢管棚的内径一致，空心导流钢管端口设有100mm-200mm的丝扣。

4、上述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，所述通长螺纹管棚的最前端的一节空心导流钢管端头采用丝堵封闭，且所述最前一侧钢管与搅拌钻头之间通过螺纹连接。

5、上述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，所述搅拌钻头由呈风扇状排列的三片搅拌叶片组成，搅拌钻头内装有信号发射器，以用来控制通长螺纹钢管棚的倾斜角度。

6、上述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，所述相邻的通长螺纹钢管棚采用套筒连接，套筒内径与通长螺纹钢管棚外径尺寸一致。

7、一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工方法，该施工方法包括以下步骤：

8、s1：水平定向钻机就位，将末端空心导流钢管连接在水平定向钻机动力头上，最前一节空心导流钢管与通长螺纹钢管棚相连接，最前端通长螺纹钢管棚前端封闭并连接搅拌钻头；

9、s2：水平定向钻机对好孔位后，测量并调整施工入射角度，使其比设计管棚角度大1°-2°，启动水平定向钻机，搅拌钻头旋转钻进；

10、s3：对入射口通长螺纹钢管棚管壁四周的空隙进行封堵处理，保证通长螺纹钢管棚在动力头驱动下可以前后滑动；

11、s4：水平定向钻机动力头推进通长螺纹钢管棚进行高压旋喷，钻进一定深度后，将通长螺纹钢管棚后端与最前一侧空心导流钢管分开，并在通长螺纹钢管棚后端通过套筒与无旋喷喷嘴的通长螺纹钢管棚前端相连接，通长螺纹钢管棚后端与最前一侧空心导流钢管相连接，继续进行钻进及搅喷工作；

12、s5：水平定向钻机的动力头推进通长螺纹钢管棚进行高压旋喷，待搅拌钻头完全露出地层对面切口后，卸除搅拌钻头，并同样对地层对面切口管壁四周进行封堵处理；

13、s6：高压旋喷至地层对面切口时，停止旋喷，进一步封堵入射口和对面切口，避免流浆，卸除高压注浆泵，移机到下一位置施工旋喷管棚；

14、s7：全部旋喷管棚施工完毕后，撤离施工装置，管棚两端外露的部分浇筑钢筋混凝土圈梁，开挖通道两侧浇筑钢筋混凝土支撑柱，进入暗挖工序。

15、上述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工方法，所述高压注浆泵所用水泥浆液的水灰质量比0.8-1.0，注浆工作压力保持在15-25mpa，所述水平定向钻机的推进速度为100mm-200mm/min，进行水平方向旋喷，旋喷直径为400mm-500mm。

16、上述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工方法，所述步骤s4，当通长螺纹钢管棚钻进一定深度仍未到达地层对面切口时，在钻进至前一节通长螺纹钢管棚深度后，在最前侧通长螺纹钢管棚与最前侧空心导流钢管的前端之间安装下一节通长螺纹钢管棚继续钻进直至穿透对面切口。

17、上述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工方法，所述步骤s4中通长螺纹钢管棚的钻进深度为通长螺纹钢管的长度。

18、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，可以达到以下有益效果：本发明一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，采用钻机对“自进式”管棚自身直接进行成孔，不采用钻杆，节省了大量施工时间。该施工方法成孔与送管同时进行，避免因破碎围岩地层影响的成孔困难以及成孔之后的塌孔导致管棚送管不到位的问题。

技术特征：

1.一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，其特征在于，包括高压注浆泵(1)、水平定向钻机(2)、搅拌钻头(5)、空心导流钢管(3)和通长螺纹钢管棚(4)，所述相邻的空心导流钢管(3)之间采用丝扣(9)连接，所述相邻的通长螺纹钢管棚(4)之间通过套筒(6)连接，所述空心导流钢管(3)前端与通长螺纹钢管棚(4)的后端连接，所述通长螺纹钢管棚(4)前端安装有搅拌钻头(5)，最前端长螺纹钢管棚(4)安装有与其内部空间相连通的旋喷喷嘴(8)，前端封闭并与搅拌钻头(5)连接，所述空心导流钢管(3)末端连接高压注浆泵(1)。

2.根据权利要求1所述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，其特征在于，所述空心导流钢管(3)两端直径与通长螺纹钢管棚(4)的内径一致，空心导流钢管(3)端口设有100mm-200mm的丝扣(9)。

3.根据权利要求1所述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，其特征在于，所述通长螺纹管棚(4)的最前端的一节空心导流钢管(3)端头采用丝堵(10)封闭，且所述最前一侧钢管与搅拌钻头(5)之间通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，其特征在于，所述搅拌钻头(5)由呈风扇状排列的三片搅拌叶片组成，搅拌钻头(5)内装有信号发射器，以用来控制通长螺纹钢管棚(4)的倾斜角度。

5.根据权利要求1所述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，其特征在于，所述相邻的通长螺纹钢管棚(4)采用套筒(6)连接，套筒(6)内径与通长螺纹钢管棚(4)外径尺寸一致。

6.一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置的施工方法，其特征在于，该施工方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置的施工方法，其特征在于，所述步骤s4，当通长螺纹钢管棚(4)钻进一定深度仍未到达地层对面切口时，在钻进至前一节通长螺纹钢管棚(4)深度后，在最前侧通长螺纹钢管棚(4)与最前侧空心导流钢管(3)的前端之间安装下一节通长螺纹钢管棚(4)继续钻进直至穿透对面切口。

8.根据权利要求6所述的一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置的施工方法，其特征在于，所述步骤s4中通长螺纹钢管棚(4)的钻进深度为通长螺纹钢管的长度。

技术总结本发明公开了一种破碎围岩地层自进式管棚快速施工装置，包括高压注浆泵、水平定向钻机、搅拌钻头、空心导流钢管和通长螺纹钢管棚，相邻空心导流钢管采用丝扣连接，相邻通长螺纹钢管棚通过套筒连接，空心导流钢管前端与通长螺纹钢管棚的后端连接，通长螺纹钢管棚前端安装有搅拌钻头，最前端长螺纹钢管棚安装有与其内部空间相连通的旋喷喷嘴，前端封闭并与搅拌钻头连接，空心导流钢管末端连接高压注浆泵。本发明施工方法采用首节“自进式”管棚连接钻头，采用钻机对“自进式”管棚自身直接进行成孔，节省了大量施工时间，该施工方法成孔过程与送管同时进行，避免了因破碎围岩地层造成的成孔困难以及成孔之后的塌孔导致管棚送管不到位的问题。技术研发人员：孙厚强,谭飞,黄岩川,左昌群,李陈,谢笠,绳金龙,王洋,雷星星,胡兵受保护的技术使用者：中建三局基础设施建设投资有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20