深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法及系统，该系统包括：深孔袖阀管注浆子系统，其设置于待挖隧道区段的拱顶上方由地表形成的顶面处，其包括第一钻孔设备、袖阀管安装设备以及第一注浆设备；水平旋喷注浆子系统，其设置于由待挖隧道区段的起始端所在平面形成的前端面处，其包括第二钻孔设备、管棚安装设备以及第二注浆设备；以及总控系统，总控系统通过通信网络与深孔袖阀管注浆子系统及水平旋喷注浆子系统远程通信连接以控制第一钻孔设备、袖阀管安装设备、第一注浆设备、第二钻孔设备、管棚安装设备以及第二注浆设备分别在预定的时间内完成各自预定的工作。

Tunnel construction method and system combining deep hole sleeve valve tube grouting with horizontal jet grouting

The invention discloses a tunnel construction method and system which combines deep hole sleeve valve tube grouting with horizontal jet grouting. The system includes a deep hole sleeve valve tube grouting subsystem, which is set on the top surface formed by the ground above the vault of the tunnel section to be excavated, including the first drilling equipment, sleeve valve tube installation equipment and the first jet grouting equipment, and a horizontal jet grouting subsystem, which is set on the top surface of the vault of the tunnel section to be excavated. The front end formed by the plane of the starting end of the tunnel section to be excavated includes the second drilling equipment, pipe shed installation equipment and the second grouting equipment; and the general control system, which is connected with the deep hole sleeve valve pipe grouting subsystem and the horizontal jet grouting subsystem through the communication network to control the first drilling equipment, sleeve valve pipe installation equipment and the first grouting equipment. The second drilling equipment, pipe shed installation equipment and the second grouting equipment complete their respective scheduled work within the scheduled time.

【技术实现步骤摘要】
深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法及系统
本专利技术涉及隧道工程
，尤其涉及一种加固隧道浅埋段的施工方法。
技术介绍
随着铁路建设规模日益扩大，高速铁路隧道越来越多。在隧道建设过程中，围岩发生较大变形，稳定性变差，塌方灾害频繁发生。当隧道施工至断层破碎带时，由于围岩等级发生骤降，加上断层破碎带往往富含地下水，原初期支护设计难以维持围岩稳定性，发生大范围塌方。此外，隧道浅埋段覆盖层薄、围岩稳定性差，开挖时易出现塌方等工程事故。隧道塌方会造成工期延误、机械设备损坏、投资费用增加，同时对现场施工人员的生命安全构成巨大威胁，为了保证隧道开挖的稳定性，采取一定的预加固措施是非常必要的。如中国专利申请第201410382380.X号公开的一种适应于在隧道施工过程中断层破碎带塌方治理方法，包括步骤：步骤1对塌方段相邻围岩进行拱架加固；步骤2清理塌方体；清理完成后在塌方掌子面上喷射混凝土将其封闭；步骤3将千斤顶作用在模板的台架底部四角；各个模板间留出钢拱架宽度的间隔，并及时进行立架；模板与钢拱架共同形成一道支护层；步骤4透过模板预先留存的孔，采用高压注浆的方式，形成拱顶混凝土层；在钢拱架拱脚及侧壁处打入注浆小导管；步骤5在以模板与钢拱架为底模的前端采用小导管注浆加固，进行塌方段的下一施工循环阶段操作，具体步骤重复1～4；步骤6当完成第二循环时，通过步骤2预埋的输送口，形成护拱层混凝土的支撑。但是，该方法是针对已经发生塌方的隧道的治理方法，并且只是针对塌方的洞体内进行小导管注浆加固的施工措施，而没有公开如何对穿过断层破碎带的隧道进行加固以及如何对隧道地表进行加固的施工方法。又如中国专利申请201410733579.2号公开的一种加固盾构隧道端头地层的施工结构及施工方法，该施工结构包括：一工作井面，工作井面上包括与盾构机半径相等的一待盾构作业工作井洞门；多根超前注浆长管棚，垂直于待盾构作业工作井面设置在待盾构作业工作井洞门上方；多个水平注浆管，垂直于待待盾构作业工作井面设置在待盾构作业工作井洞门内；水平注浆管内包括带有注浆孔的PVC袖阀管。通过在工作井洞门上方和内部设置多根超前注浆长管棚和水平注浆管，形成杯型联合对隧道端头地层作业区域上方以及内部的土体进行加固保护，防止在作业过程中，由于作业区域上方以及土体不牢固，造成漏水漏沙，影响施工质量，保证盾构安全进出洞门。但是该专利技术依然存在以下缺点或不足：(1)、该方法并不适合于穿越断层破碎带隧道浅埋段的加固；(2)、该方法采用不变的注浆压力进行注浆，难以适应不同断层破碎带的围岩特性；(3)袖阀管的材质为聚氯乙烯(PVC)，其难以承受较大的承载压力，最大深度仅能达到30～40米左右，难以用于深孔注浆。因此，提供一种适合于加固穿越断层破碎带的隧道浅埋段的地表钢性袖阀管注浆与洞内水平注浆结合的隧道施工方法成为业内急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法及系统，其通过采用大口径深孔钢性袖阀管进行地表注浆及洞内管棚水平注浆加固同时结合的方式，充填地层空隙，提高岩体密实度，对岩体进行固结，增强加固穿越断层破碎带的隧道的整体性，从而提高围岩稳定性，保证隧道开挖施工的安全。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法及系统，包括：(1)、沿待挖隧道洞体的纵向每10～30米设为一个待挖隧道区段，围绕每个待挖隧道区段限定一个施工空间，每个施工空间包括位于待挖隧道区段的拱顶上方由地表形成的顶面、由待挖隧道区段的隧底所在平面形成的底面、由待挖隧道区段的起始端所在平面形成的前端面、由待挖隧道区段的终止端所在平面形成的后端面、以及位于待挖隧道区段两侧且垂直于待挖隧道区段的隧底所在平面的第一侧面和第二侧面；(2)、于每个施工空间的顶面，在地表处沿施工空间的纵向方向间隔设定出至少三排垂直注浆孔的孔位，每排垂直注浆孔包括沿施工空间的横向方向布置的至少五个垂直注浆孔；(3)、于每个施工空间的前端面，在待挖隧道区段的掌子面沿开挖轮廓线间隔设定出若干个水平管棚孔的孔位；以及(4)、沿施工空间的横向方向在第一侧面和第二侧面之间限定出至少三个操作分区，并且对处于同一操作分区内的垂直注浆孔的孔位及水平管棚孔的孔位错开工作时间分别进行钻孔操作。可选择地，处于同一操作分区内的每个垂直注浆孔的孔位与每个水平管棚孔的孔位在施工空间的横向方向上分别错开。可选择地，进一步包括以下步骤：(5)、在垂直注浆孔中依次分节下放钢性袖阀管至垂直注浆孔的孔底后，在钢性袖阀管与垂直注浆孔之间注入配置好的套壳料；利用注浆芯管对钢性袖阀管进行地表钢性袖阀管注浆，其中，在地表钢性袖阀管注浆过程中，在待挖隧道区段的拱顶至其以上4米的范围内以第一注浆压力进行注浆，在待挖隧道区段的拱顶至待挖隧道区段的隧底范围内以第二注浆压力进行注浆，且第一注浆压力设定为小于第二注浆压力；以及(6)、在水平管棚孔中依次插入超前中管棚，每根超前中管棚中套设有水平注浆管以进行洞内水平注浆。可选择地，对处于同一操作分区内的垂直注浆孔及水平管棚孔，步骤(5)和步骤(6)同步进行。可选择地，在地表钢性袖阀管注浆过程中，第一注浆压力设定为6～8兆帕，第二注浆压力设定为8～10兆帕；在洞内水平注浆过程中，水平注浆管中的注浆压力设定为1.5～2兆帕。可选择地，在地表钢性袖阀管注浆过程中，注浆芯管的顶部安设有止浆塞，在地表钢性袖阀管注浆过程中，浆液的扩散半径为1.5～2.0米，浆液的凝胶时间为15～30分钟，注浆速度为20～30升/分。可选择地，在地表钢性袖阀管注浆过程中，浆液包括重量比为0.8～1:1的水和水泥；在洞内水平注浆过程中，水平注浆管中的注浆浆料包括重量比为1:1～0.8的水泥浆和水玻璃浆，其中，水玻璃浆的浓度设定为30～40波美度，比如35波美度。可选择地，套壳料包括重量比为1.5～1.6:1:1的水、水泥和粘土。可选择地，在地表钢性袖阀管注浆过程中，注浆方式设定为自下而上的分段后退式注浆，每次注浆段长设定为0.5米。优选地，在地表钢性袖阀管注浆过程中，注浆工艺设定为跳孔注浆且跳孔距离逐渐增大。优选地，垂直注浆孔的直径为108～110毫米，钢性袖阀管的直径为91～93毫米；超前中管棚的外壁直径为89～91毫米，水平注浆管的外壁直径为76～78毫米，超前中管棚及水平注浆管的壁厚分别为5～6毫米。可选择地，在施工空间的横向方向上，水平管棚孔的钻孔顺序为自位于两侧的操作分区的孔位向位于中心的操作分区的孔位渐进操作；垂直注浆孔的钻孔顺序为自位于中心的操作分区的孔位向位于两侧的操作分区的孔位渐进操作。可选择地，待挖隧道洞体穿越断层破碎带，断层破碎带的岩性为角砾岩、断层岩和/或压碎岩等。根据本专利技术的另一方面，提供一种深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工作业系统，包括：深孔袖阀管注浆子系统，其设置于待挖隧道区段的拱顶上方由地表形成的顶面处，其包括第一钻孔设备、袖阀管安装设备以及第一注浆设备；水平旋喷注浆子系统，其设置于由待挖隧道区段的起始端所在平面形成的前端面处，其包括第二钻孔设备、管棚安装设备以及第二注浆设备；以及总控系统，总控系统通过通信网络与深孔袖阀管注浆子系统及水平旋喷注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法，包括：(1)、沿待挖隧道洞体的纵向每10～30米设为一个待挖隧道区段，围绕每个所述待挖隧道区段限定一个施工空间，每个所述施工空间包括位于所述待挖隧道区段的拱顶上方由地表形成的顶面、由所述待挖隧道区段的隧底所在平面形成的底面、由所述待挖隧道区段的起始端所在平面形成的前端面、由所述待挖隧道区段的终止端所在平面形成的后端面、以及位于所述待挖隧道区段两侧且垂直于所述待挖隧道区段的隧底所在平面的第一侧面和第二侧面；(2)、于每个所述施工空间的顶面，在地表处沿所述施工空间的纵向方向间隔设定出至少三排垂直注浆孔的孔位，每排垂直注浆孔包括沿所述施工空间的横向方向布置的至少五个垂直注浆孔；(3)、于每个所述施工空间的前端面，在所述待挖隧道区段的掌子面沿开挖轮廓线间隔设定出若干个水平管棚孔的孔位；以及(4)、沿所述施工空间的横向方向在所述第一侧面和所述第二侧面之间限定出至少三个操作分区，并且对处于同一操作分区内的垂直注浆孔的孔位及水平管棚孔的孔位错开工作时间分别进行钻孔操作。

【技术特征摘要】
1.一种深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法，包括：(1)、沿待挖隧道洞体的纵向每10～30米设为一个待挖隧道区段，围绕每个所述待挖隧道区段限定一个施工空间，每个所述施工空间包括位于所述待挖隧道区段的拱顶上方由地表形成的顶面、由所述待挖隧道区段的隧底所在平面形成的底面、由所述待挖隧道区段的起始端所在平面形成的前端面、由所述待挖隧道区段的终止端所在平面形成的后端面、以及位于所述待挖隧道区段两侧且垂直于所述待挖隧道区段的隧底所在平面的第一侧面和第二侧面；(2)、于每个所述施工空间的顶面，在地表处沿所述施工空间的纵向方向间隔设定出至少三排垂直注浆孔的孔位，每排垂直注浆孔包括沿所述施工空间的横向方向布置的至少五个垂直注浆孔；(3)、于每个所述施工空间的前端面，在所述待挖隧道区段的掌子面沿开挖轮廓线间隔设定出若干个水平管棚孔的孔位；以及(4)、沿所述施工空间的横向方向在所述第一侧面和所述第二侧面之间限定出至少三个操作分区，并且对处于同一操作分区内的垂直注浆孔的孔位及水平管棚孔的孔位错开工作时间分别进行钻孔操作。2.如权利要求1所述的深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法，其特征在于，处于同一操作分区内的每个垂直注浆孔的孔位与每个水平管棚孔的孔位在所述施工空间的横向方向上分别错开。3.如权利要求2所述的深孔袖阀管注浆与水平旋喷相结合的隧道施工方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：(5)、在所述垂直注浆孔中依次分节下放钢性袖阀管至所述垂直注浆孔的孔底后，在所述钢性袖阀管与所述垂直注浆孔之间注入配置好的套壳料；利用注浆芯管对所述钢性袖阀管进行地表钢性袖阀管注浆，其中，在所述地表钢性袖阀管注浆过程中，在所述待挖隧道区段的拱顶至其以上3～6米的范围内以第一注浆压力进行注浆，在所述待挖隧道区段的拱顶至所述待挖隧道区段的隧底范围内以第二注浆压力进行注浆，且所述第一注浆压力设定为小于所述第二注浆压力；以及(6)、在所述水平管棚孔中依次插入超前中管棚，每根超前中管棚中套设有水平注浆管以进行洞内水平注浆。4.如权利要求3所述的深孔袖阀管注浆与水平旋喷相...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭峰，张继昶，
申请(专利权)人：北京瑞威世纪铁道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11