一种矿山法隧道施工管棚超前预支护方法技术

本发明专利技术公开了一种矿山法隧道施工管棚超前预支护方法，该方法包括以下步骤：步骤1、隧道扩挖拱顶挑高；步骤2、施作护拱与导向管；步骤3、搭建钻机工作平台；步骤4、器械准备与调试；步骤5、管棚钻进；步骤6、终孔二次注浆；步骤7、器械撤离与平台拆除。本发明专利技术方法不仅提供了合理的隧道施工方法，而且提供了合理的管棚支护参数，能够在矿山法隧道施工中起到较好的变形控制效果，有效减小拱顶沉降。有效减小拱顶沉降。有效减小拱顶沉降。

【技术实现步骤摘要】
一种矿山法隧道施工管棚超前预支护方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工
，具体涉及一种矿山法隧道施工管棚超前预支护方法。

技术介绍

[0002]隧道穿越软弱破碎围岩时，开挖扰动会引起较大的围岩变形。如果初期支护施做不及时，围岩变形可能超过其容许范围，严重时引起掌子面失稳、隧道塌方，造成重大经济损失。此时，需采用隧道超前支护措施来控制围岩的变形，从而达到保证隧道施工安全的目的。
[0003]超前支护技术是通过预先在隧道开挖面前方岩土体中注浆、冷冻、嵌入锚杆、钢管等技术措施在隧道外围形成一个拱壳的结构，以保证开挖时前方土体的稳定性并减少地表沉降量的技术总称。隧道超前支护方法主要包括：管棚、小导管、水平旋喷桩、超前锚杆、人工冻结等方式。管棚预支护法是一种长距离超前支护法，有安全系数高、工期短、一次支护距离长等诸多优点，所以特别适合浅埋、土体稳定性差、含水的岩土体。
[0004]隧道穿过松散破碎岩层时，实施管棚超前支护的目标是：限制隧道围岩由于隧道开挖而产生较大的变形、位移，尽量维持围岩原有状态，保持隧道稳定，保证施工安全，为掘进施工创造良好条件；同时避免后期隧道顶板过度下沉，确保隧道长期稳定。为此，管棚超前支护设计与施工中，应十分注意各个施工阶段管棚的受力变化，保证管棚在各阶段均是稳定的，不会产生明显变形和位移。
[0005]申请号为201510766852.6的专利技术专利公开了一种隧道高强度管棚超前支护施工方法，该专利技术方法采用自动钻进式高强度管棚管，能简便、快速完成隧道超前支护过程。但是要保证施工循环的每个阶段都能使管棚保持稳定，不产生明显位移。这就要求不仅要有合理的隧道施工方法，而且要有合理的管棚支护参数。为此，需要根据管棚受力情况来确定管棚支护参数。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种矿山法隧道施工管棚超前预支护方法。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]提供一种矿山法隧道施工管棚超前预支护方法，该方法包括以下步骤：
[0009]步骤1、隧道扩挖拱顶挑高
[0010]自自进式小管棚施作的掌子面起后方，隧道开挖断面适当加大，使拱部挑高，同时喷射加筋混凝土；
[0011]步骤2、施作护拱与导向管
[0012]当开挖至预定施作管棚的掌子面处时，初期支护架设带开孔的工字钢，并按设计要求沿隧道轴线对称开孔；另在每个开孔焊接钢管作为导向管；
[0013]步骤3、搭建钻机工作平台
[0014]于掌子面前方回填弃渣并垫高，碾压密实并使其平整，形成钻机工作平台；
[0015]步骤4、器械准备与调试
[0016]将钻机支撑于平台上，调整注浆机的工作状态，使得注浆机注浆接头在自进式小管棚钻进时能够快速对接至钻机进行注浆；
[0017]步骤5、管棚钻进
[0018]钻孔由高孔向低孔依次进行，钻进过程同时注浆，每节螺纹钢管钻进完成时停泵，续接连接套管并将下节螺纹管固定于钻机，钻机调整，进入下一节螺纹钢管的钻进并继续完成注浆，依次施工，直至当下的钻进孔的管棚全部完成；再次调整钻机位置，进入下一孔钻进；
[0019]步骤6、终孔二次注浆
[0020]当各孔螺纹钢管全部钻进完成后，使注浆接头与已施作好的自进式小管棚的钢管依次对接，进行二次高压注浆；
[0021]步骤7、器械撤离与平台拆除
[0022]终孔二次注浆完成后撤离相关机械器材，将施作工作平台所用的渣土运输出洞，隧道开挖掘进。
[0023]进一步地，步骤5中，管棚支护参数如下：
[0024](1)管棚长度与搭接长度
[0025]管棚长度l可表示为：l＝a+b+c；
[0026]式中：a为管棚外露长度；b为隧道掘进中循环进尺；c为管棚前段支撑长度；如果岩石较为松散破碎，工作面无自稳能力，则管棚支撑必须进入岩层足够深度，以获得足够的承载力；此时，管棚长度将超过工作面前方岩体的垮落范围，则有：
[0027][0028]式中，h为隧道开挖高度或者台阶高度；θ为岩石内摩擦角；
[0029](2)管棚间距
[0030]管棚间距在400～800mm之间选取；
[0031](3)管棚倾角
[0032]管棚外倾角可按下式计算：
[0033][0034]式中，δ为满足管棚钻孔及安装所需要的管棚孔中心到隧道开挖边界的距离。
[0035]本专利技术的有益效果为：
[0036]本专利技术方法不仅提供了合理的隧道施工方法，而且提供了合理的管棚支护参数，能够在矿山法隧道施工中起到较好的变形控制效果，有效减小拱顶沉降。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例1提供的方法流程图；
[0038]图2为本专利技术实施例1提供的隧道施工中的管棚超前支护过程示意图；
[0039]图3为本专利技术实施例1提供的管棚支护参数示意图；
[0040]图4为本专利技术实施例2提供的三维模型示意图；
[0041]图5为本专利技术实施例2提供的初支模型示意图；
[0042]图6为本专利技术实施例2提供的管棚模型示意图；
[0043]图7为本专利技术实施例2提供的不同断面拱顶沉降纵向分布示意图；
[0044]图8为本专利技术实施例2提供的典型断面拱顶沉降随隧道施工步变化示意图。
具体实施方式
[0045]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0046]实施例1
[0047]参照图1，一种矿山法隧道施工管棚超前预支护方法，该方法包括以下步骤：
[0048](1)隧道扩挖拱顶挑高
[0049]为预留工作空间，自自进式小管棚施作的掌子面起后方约6m范围内，隧道开挖断面适当加大，使拱部挑高约40cm，同时喷射加筋混凝土(钢筋网片100cm*100cm，Φ12mm)，厚度约10cm、对掌子面喷10cm厚的混凝土作为保护。该阶段在开挖过程预先完成。
[0050](2)施作护拱与导向管
[0051]当开挖至预定施作管棚的掌子面处时，初期支护架设带开孔的工字钢，其中，开孔直径为150mm，并按设计要求沿隧道轴线对称开孔。另在每个开孔焊接Φ150mm的钢管作为导向管，导向管长度为1m；将导向管与隧道内壁的间隙喷填密实。
[0052](3)搭建钻机工作平台
[0053]于掌子面前方回填弃渣并垫高，碾压密实并使平整，铺设形成钻机工作平台。
[0054](4)器械准备与调试
[0055]将钻机支撑于平台上，为稳固钻机，必要时铺设枕木，用以防止钻进过程中钻机发生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿山法隧道施工管棚超前预支护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、隧道扩挖拱顶挑高自自进式小管棚施作的掌子面起后方，隧道开挖断面适当加大，使拱部挑高，同时喷射加筋混凝土；步骤2、施作护拱与导向管当开挖至预定施作管棚的掌子面处时，初期支护架设带开孔的工字钢，并按设计要求沿隧道轴线对称开孔；另在每个开孔焊接钢管作为导向管；步骤3、搭建钻机工作平台于掌子面前方回填弃渣并垫高，碾压密实并使其平整，形成钻机工作平台；步骤4、器械准备与调试将钻机支撑于平台上，调整注浆机的工作状态，使得注浆机注浆接头在自进式小管棚钻进时能够快速对接至钻机进行注浆；步骤5、管棚钻进钻孔由高孔向低孔依次进行，钻进过程同时注浆，每节螺纹钢管钻进完成时停泵，续接连接套管并将下节螺纹管固定于钻机，钻机调整，进入下一节螺纹钢管的钻进并继续完成注浆，依次施工，直至当下的钻进孔的管棚全部完成；再次调整钻机位置，进入下一孔钻进；步骤6、终孔二次注...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，李伟，王鹏，姜国胜，李万春，汤雪英，郭伟，吴闻，孙宏玉，赵艳伟，
申请(专利权)人：中铁十六局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：