基于盾构作业的钻进锚固预支护系统及施工方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于盾构作业的钻进锚固预支护系统及施工方法，旨在提供一种钻进锚固预支护系统及基于该系统的施工方法。本发明专利技术系统包括MF快换钎杆、钎尾和锚杆；锚杆（1）由与锚固管连接的钎头（1

【技术实现步骤摘要】
基于盾构作业的钻进锚固预支护系统及施工方法


[0001]本专利技术涉及一种隧洞钻进锚固预支护系统及施工方法，尤其涉及一种基于盾构作业的钻进锚固预支护系统，以及基于该钻进锚固预支护系统的施工方法。

技术介绍

[0002]众所周知，以支护结构的施工时间来分类，地下工程的支护可以分为预支护和后支护。在隧洞开挖前就对洞体岩层进行加固施工的支护称为预支护，在隧洞开挖后再洞体岩层进行加固施工的支护称为后支护。开挖隧洞过程中不断向前推进的工作面称为掌子面。
[0003]为了加固掌子面前方尚未开挖区域的岩层，防止掌子面变形坍塌、降低施工风险，目前基于盾构作业的预支护方法是在盾构机沿掘进方向每开挖一段距离之前，先在掌子面上按放射分布的方式向隧洞的拱顶、两侧洞壁倾斜打入若干锚杆或锚索等锚具，然后向锚孔灌浆凝固。鉴于该方法采用的是普通锚固钻头、普通锚杆，因此存在以下缺陷：1）在同时具有松软岩层和花岗岩层的复杂地质结构中，普通锚固钻头容易磨损、钻进效率低，难以满足锚固施工要求；2）钎杆与锚固钻头之间采用螺纹连接，在达到钻进深度以后需要将钎杆退出时，往往由于钎杆或与之啮合螺纹会产生冲击变形，从而造成钎杆卡滞而无法从锚固孔中退出。既浪费钎杆、又导致锚固孔报废，而且滞留于锚固孔中的钎杆还会损坏盾构机刀盘、影响盾构作业；3）锚固时需要手动调节拉伸应力、操作比较麻烦；4）由于锚杆为金属杆件结构，且其尾端外露于掌子面的边界以内（如CN19571959A、CN104989437A、CN109026099A、CN108547291A、CN110985066A、CN112963153A等），因此不仅容易造成盾构机刀盘损坏，而且还会因切割振动而导致锚固松动、影响锚固质量。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述缺陷，本专利技术旨在提供一种集凿岩、钻进和锚固为一体，且基于盾构作业的钻进锚固预支护系统。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术钻进锚固预支护系统包括包括通过MF快换钎杆与钎尾连接的锚杆；锚杆由表面分布有若干注浆孔的锚固管、通过螺纹连接在该锚固管前端的钎头、通过管口锁扣接头连接在所述锚固管尾端的管靴、与该管靴固定连接的PVC管构成；所述管口锁扣接头由通过螺纹连接在锚固管尾端的锁扣母接头、与MF快换钎杆螺纹连接的锁扣公接头构成，锁扣母接头的一端具有外螺纹、另一端具有螺旋通槽，锁扣公接头的一端具有内螺纹、另一端具有螺旋凸轮槽，螺旋通槽与螺旋凸轮槽相适配。
[0006]在上述技术方案中的锁扣公接头上，临近螺旋凸轮槽的管口有沿轴线方向延伸而形成与锁扣母接头内管壁相适配的导向段。
[0007]在上述技术方案中，锁扣母接头的外圆柱面具有卡槽；管靴的一端管口具有缩口、该管靴的另一端管口具有喇叭状的内锥面，PVC管通过螺纹与内锥面连接；锁扣母接头的外圆柱面具有与缩口相适配的卡槽，管靴通过缩口与锁扣母接头的卡槽相连接。
[0008]上述技术方案中，所述锚固管由两端管口具有螺纹的多根注浆管对接而成，相邻注浆管之间通过螺纹管接头连接；各注浆管的外表面至少具有一个环槽，各环槽中均有以注浆管轴线为中心均匀分布于该环槽表面的四个注浆孔；各环槽的表面均套有将各注浆孔遮蔽的橡胶套，该橡胶套由焊接在注浆管上的四根压条压紧；各压条与各注浆孔错位间隔布置。
[0009]本专利技术的另一个目的是提供一种基于该钻进锚固预支护系统的施工方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供的方法包括钻孔和注浆步骤；具体操作如下：1）沿隧洞的掘进方向将其划分为多个施工段，各施工段所对应的掘进深度分别为L1、L2……
L
n
；2）在各施工段所对应的掌子面上确定出盾构机刀盘切割的边界；3）利用钻机将若干所述钻进锚固预支护系统沿掘进方向倾斜地凿入岩体至设计深度；保证管靴的末端没入边界以外的岩体中，保证PVC管的末端外露于掌子面的表面并位于边界以内；4）反向转动钻机，通过钎尾、MF快换钎杆带动锁扣公接头与锁扣母接头分离，然后利用钻机并通过钎尾将MF快换钎杆和锁扣公接头从PVC管中退出；5）通过PVC管向锚杆内注入浆料，然后封堵PVC管管口；6）浆料凝固以后，启动盾构机对该施工段所对应的掌子面进行切割，直至达到该施工段所对应的掘进深度；7）将盾构机向后退离一段距离，重复步骤1）～6）的操作，直至整个隧洞贯通。
[0011]与现有技术比较，本专利技术具有以下优点：利用凿岩钎头替代锚固钻头，因此即便在包含有花岗岩层的复杂地质构造环境中也能实现快速凿岩钻进，提高了钻孔效率。
[0012]采用一段注浆管或者由多段注浆管对接连接而成的锚固管替代钻杆和传统的锚杆，保证了钻进系统的强度；因此可以将钻孔、打入锚杆两道工艺合二为一，既有效地简化了施工工艺、又提高了施工效率。
[0013]采用由锁扣母接头和锁扣公接头组成的管口锁扣接头替代MF快换钎杆与凿岩钎头之间的螺纹连接，因此只需反转MF快换钎杆即可实现锁扣母接头与锁扣公接头脱扣，从而可快速取出MF快换钎杆。彻底避免了因钎杆无法取出而造成的锚固孔报废、钎杆浪费、以及滞留钎杆损坏盾构机刀盘等诸多缺陷。
[0014]管状锚杆表面具有多个环槽、各环槽中分布有注浆孔，不仅有利于管内的浆料经注浆孔流出并填满锚固孔、增加锚固稳定性，而且还可针对不同硬度的岩层分布情况定点灌注浆料，从而提高锚固质量。
[0015]由于将兼具钢筋连接加固作用的整段金属锚固管嵌埋于隧洞边界以外的岩体中，即便隧洞贯通以后其拱顶和洞壁也不会发生坍塌，因此具有永久支护作用。而倾斜嵌埋于施工段的PVC管内填充有凝固的浆料，因此对该施工段的掌子面还具有临时锚固支护作用，
而且PVC管以及凝固浆料可被盾构刀盘连同掌子面的岩体一并切割、去除，且不会对刀盘造成损害；因此不影响盾构机作业推进。
附图说明
[0016]图1是本专利技术提供的钻进锚固预支护系统结构示意图；图2是本专利技术提供的钻进锚固预支护系统的锚杆结构示意图；图3是图2中的A—A剖视图；图4是图2中的I处放大图；图5是本专利技术提供的钻进锚固预支护系统的注浆管结构示意图；图6是本专利技术提供的钻进锚固预支护系统的锁扣母接头、锁扣公接头的立体结构示意图；图7是本专利技术提供的钻进锚固预支护系统的管口锁扣接头立体结构示意图；图8是本专利技术提供的钻进锚固预支护系统的管靴结构示意图；图9是本专利技术提供的钻进锚固预支护系统的锚杆用于锚固支护岩体的施工示意图；图10是图9中的B—B剖视图；图11是图9中的C—C剖视图；图12是本专利技术提供的钻进锚固预支护系统的锚杆用于锚固支护拱顶的施工放大图。
[0017]图中：锚杆1、钎头1
‑
1、注浆管1
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2、压条1
‑2‑
1、橡胶套1
‑2‑
2、注浆孔1
‑2‑
3、环槽1
‑2‑
4、管接头1
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3、锁扣母接头1
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4、螺旋通槽1
‑4‑
1、卡槽1
‑4‑
2、锁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于盾构作业的钻进锚固预支护系统，包括通过MF快换钎杆与钎尾连接的锚杆；其特征在于：锚杆（1）由表面分布有若干注浆孔（1
‑2‑
3）的锚固管、通过螺纹连接在该锚固管前端的钎头（1
‑
1）、通过管口锁扣接头连接在所述锚固管尾端的管靴（1
‑
6）、与该管靴固定连接的PVC管（1
‑
7）构成；所述管口锁扣接头由通过螺纹连接在锚固管尾端的锁扣母接头（1
‑
4）、与MF快换钎杆（4）螺纹连接的锁扣公接头（1
‑
5）构成，锁扣母接头（1
‑
4）的一端具有外螺纹、另一端具有螺旋通槽（1
‑4‑
1），锁扣公接头（1
‑
5）的一端具有内螺纹、另一端具有螺旋凸轮槽（1
‑5‑
1），螺旋通槽（1
‑4‑
1）与螺旋凸轮槽（1
‑5‑
1）相适配。2.根据权利要求1所述的基于盾构作业的钻进锚固预支护系统，其特征在于：在锁扣公接头（1
‑
5）上，临近螺旋凸轮槽（1
‑5‑
1）的管口有沿轴线方向延伸而形成与锁扣母接头（1
‑
4）内管壁相适配的导向段（1
‑5‑
2）。3.根据权利要求1所述的基于盾构作业的钻进锚固预支护系统，其特征在于：管靴（1
‑
6）的一端管口具有缩口（1
‑6‑
1）、该管靴的另一端管口具有喇叭状的内锥面（1
‑6‑
2），PVC管（1
‑
7）通过螺纹与内锥面（1
‑6‑
2）连接；锁扣母接头（1
‑
4）的外圆柱面具有与缩口（1
‑6‑
1）相适配的卡槽（1
‑4‑
2），管靴（1
‑
6）通过缩口（1
‑6‑
1）与锁扣母接头（1
‑
4）的卡槽（1
‑4‑
2）相连接。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的基于盾构作业的钻进锚固预支护系统，其特征在于：所述锚固管由...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永强，罗标，
申请(专利权)人：贵州中钻机械设备有限公司，
类型：发明
国别省市：