隧道高强度管棚超前支护结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于隧道超前支护施工技术领域，尤其是涉及一种隧道高强度管棚超前支护结构。
【背景技术】
[0002]管棚超前支护是将一组钢管(即管棚管)沿隧道的开挖轮廓线外侧己钻好的钻孔打入地层内，并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系，用以支承来自于管棚上部围岩的荷载，并通过注浆孔加压向地层中注浆，以加固软弱破碎的地层，提高地层的自稳能力。
[0003]目前，在隧道工程施工中，管棚施工主要采用的是引孔顶入法施工，具体先在隧道开挖轮廓线外利用钻机钻好钻孔，然后将管棚顶入已钻好的钻孔内，最后进行注浆稳固。实际施工时，引孔顶入法存在以下方面问题:第一、施工工序多，工序衔接复杂，施工工期较长，灵活性较差，超前支护长度及参数很难根据实际钻进施工情况进行及时调整，并且需专业作业队进行施工;第二、管棚安装到位后，采用低压灌浆，浆液扩散半径小，难以形成较大范围的加固圈;第三、管棚管上开孔，因管棚管管体开孔的原因，浆液先充填近端，阻断排气通道，造成管棚远端以及顶部存在空气包，注浆不能饱满;第四、围岩自稳能力较差的施工区域，易塌孔，顶入管棚困难。因而，需设计一种结构简单、设计合理且施工简便、支护效果好的隧道超前支护用高强度管棚，采用自动钻进式管棚管，能简便、快速完成隧道超前支护过程。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道高强度管棚超前支护结构，其结构简单、设计合理且施工简便、支护效果好，采用自动钻进式管棚管，能简便、快速完成隧道超前支护过程。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种隧道高强度管棚超前支护结构，其特征在于:包括支撑于隧道洞拱部下方的钢拱架、多个均安装在钢拱架上的孔口管和多根分别经多个所述孔口管由后向前钻进掌子面前方岩体内的管棚管，所述钢拱架位于隧道洞的掌子面后侧；多个所述孔口管沿钢拱架的中心线由左至右进行布设，多个所述孔口管的结构和尺寸均相同且其均布设在隧道洞的同一个隧道横断面上，多个所述孔口管分别为对多根所述管棚管进行导向的导向管，每根所述管棚管均与对其进行导向的导向管呈同轴布设;多根所述管棚管的结构和尺寸均相同且其外插角均为1°?3°;每根所述管棚管均包括由多个管节拼接而成的管体和同轴安装在所述管体前端的钻头，多个所述管节的结构均相同且其由前至后进行布设，多个所述管节均呈同轴布设且其外径和壁厚均相同，每个所述管节均为无缝钢管且其内外侧壁均为光滑侧壁，相邻两个所述管节之间均以螺纹方式进行连接;所述钻头上开有多个注浆孔，多个所述注浆孔均与所述管体内部相通。
[0006]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:所述管体的外径为Φ70mm?Φ120mmο
[0007]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:多个所述管节均为地质钢管。
[0008]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:每个所述管节的前部节段为设置有内螺纹的前连接段，每个所述管节的后部节段均为设置有外螺纹的后连接段;每个所述管节的后连接段均与其后侧相邻管节的前连接段进行紧固连接;所述前连接段与后连接段的长度相同。
[0009]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:所述前连接段和后连接段的长度均为7cm?10cm ο
[0010]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:多个所述管节中位于最前侧的管节为前端管节，所述前端管节与钻头之间以螺纹方式进行连接，所述钻头后部设置有用于与所述前端管节的前连接段进行紧固连接的螺纹连接杆。
[0011]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:所述管体的长度为15m?30m。
[0012]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:所述管节的长度为3m?6m。
[0013]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:多个所述孔口管呈均匀布设且相邻两个所述孔口管之间的环向间距均为35cm?45cm。
[0014]上述隧道高强度管棚超前支护结构，其特征是:所述钻头为直径由后向前逐渐缩小的圆锥形钻头，所述钻头的后端直径大于所述管体的外径；多个所述注浆孔沿圆周方向均匀布设且其均沿钻头的中心轴线布设。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0016]1、结构简单、设计合理且投入成本较低。
[0017]2、所采用的管棚管结构简单、设计合理且拼接方便，并且强度高、使用过程安全可靠，将管棚管作为钻杆使用，安装方便且钻进过程简便，同时管棚管的强度高，能满足隧道超前支护需求。
[0018]3、施工简便、施工周期短且施工效率高，先在隧道掌子面后方6m范围施做钻机工作空间，再在隧道掌子面部位施做简易护拱和导向管，之后将钻机与注浆机安装就位，然后便可进行管棚超前支护施工。施工过程大幅度简化，管棚管的钻进、安装与注浆过程一体化，不需要跟管钻进。管棚管的钻进过程采用边注浆边钻进的方式，使管棚安装有类似旋喷粧的效果，能有效增加注浆扩散半径，改良围岩。管棚管的钻进过程采用水泥浆护壁钻进，能有效避免发生塌孔、卡钻等事故，加快施工进度，规避施工风险。
[0019]4、使用效果好且实用价值高，与传统的引管顶入法相比，管棚管采用高强度管，并在高强管端头配带合金钻头，钻头作为旋转注浆头，在钻机的作用下进行水泥浆护壁钻进，钻进、管棚管安装与注浆一次完成，终孔进行二次高压注浆，最终在隧道拱部形成高强度的管棚超前支护体系。同时，采用边钻进边注浆的方式，浆液扩散半径较大，能在一定程度上改良围岩。因而，具有施工工艺简单快捷，施工周期短，加固效率高，能有效规避施工风险；对提高软弱围岩的稳定性，具有很好的作用。
[0020]5、适用面广且推广应用前景广泛，能广泛应用于铁路、水电、公路、煤矿等隧道或巷道工程，尤其适用于浅埋暗挖隧道和软弱围岩地段隧道拱部超前支护，并且具有施工成本低、施工易于操作、支护效果好等优点，有利于加快施工进度，社会效益及经济价值极高。
[0021]综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且施工简便、支护效果好，采用自动钻进式管棚管，能简便、快速完成隧道超前支护过程。
[0022]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的横断面结构示意图。
[0024]图2为本实用新型的纵断面结构示意图。
[0025]图3为本实用新型管棚管的结构示意图。
[0026]图4为本实用新型管节的结构示意图。
[0027]图5为本实用新型的施工状态示意图。
[0028]附图标记说明:
[0029]1—钢拱架；2—导向管；3—管棚管；
[0030]3-1一管节；3-11—前连接段；3-12—后连接段；
[0031]3-2—钻头；4 一隧道洞；5—钻机工作空间。
【具体实施方式】
[0032]如图1、图2、图3、图4及图5所示，本实用新型包括支撑于隧道洞4的拱部下方的钢拱架1、多个均安装在钢拱架1上的孔口管和多个分别经多个所述孔口管由后向前钻入掌子面前方岩体内的管棚管3，所述钢拱架1位于隧道洞4的掌子面后侧。多个所述孔口管沿钢拱架1的中心线由左至右进行布设，多个所述孔口管的结构和尺寸均相同且其均布设在隧道洞4的同一个隧道横断面上，多个所述孔口管分别为对多根所述管棚管3进行导向的导向管2，每根所述管棚管3均与对其进行导向的导向管2呈同轴布设。
[0033]多根所述管棚管3的结构和尺寸均相同且其外插角均为1°?3°。结合图3、图4，每根所述管棚管3均包括由多个管节3-1拼接而成的管体和同轴安装在所述管体前端的钻头3-2，多个所述管节3-1的结构均相同且其由前至后进行布设，多个所述管节3-1均呈同轴布设且其外径和壁厚均相同，每个所述管节3-1均为无缝钢管且其内外侧壁均为光滑侧壁，相邻两个所述管节3-1之间均以螺纹方式进行连接。所述钻头3-2上开有多个注浆孔，多个所述注浆孔均与所述管体内部相通。
[0034]本实施例中，