软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于隧道超前支护施工技术领域，尤其是涉及一种软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构。
【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]隧道施工中，级别为IV级以下的围岩为软弱围岩。如对沪昆客运专线中的大独山隧道进行施工时，该隧道位于关岭至普安区间，属I级风险高隧道，地质条件复杂，不可预见地质灾害较多，围岩岩性为泥岩、泥质灰岩，岩质较软，含泥量严重;节理裂隙发育，地下水发育，岩体遇水后软化极快，多呈散体状及粉末状，围岩自稳能力极差，施工过程中极易发生坍方。大独山隧道洞身主要穿越白云岩、灰岩、泥岩、泥灰岩、泥岩夹砂岩等地层，其中可溶岩段长8753m。洞身依次穿越大兴寨断层、龙门地断层、垮岩断层、大湾断层、营盘坡断层、杨家冲断层、永宁镇断层等7个断层，8个推测破碎带，4个可溶岩与非可溶岩接触带。因此，大独山隧道的管棚超前支护施工难度非常大。
[0004]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。因此，需设计一种结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好的软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，能简便、快速完成软弱围岩隧道超前支护过程，并且施工周期短，施工成型的管棚超前支护结构能对软弱围岩隧道进行有效支护。
【实用新型内容】
[0005]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，提供一种软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，能简便、快速完成软弱围岩隧道超前支护施工过程，并且施工周期短，施工成型的管棚超前支护结构能对软弱围岩隧道进行有效支护。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征在于:包括对所施工隧道的隧道洞拱部向外开挖后形成的钻机工作室、位于钻机工作室内部前侧的导向墙、多个均预埋在导向墙内的孔口管以及位于钻机工作室内的钻机和注浆机，所述钻机和注浆机均位于导向墙后侧;所述导向墙为弧形且其为混凝土墙体，多个所述孔口管沿导向墙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钻机工作室的同一个横断面上，多个所述孔口管分别为对多根需施工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；
[0007]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，多个所述管节均呈同轴布设，多个所述管节的结构均相同且其由前至后进行布设;多个所述管节的横截面结构和尺寸均相同且其均为螺旋钢管，相邻两个所述管节之间均通过连接套进行密封连接;多个所述管节中位于最前侧的管节为前端管节，多个所述管节中位于最后侧的管节为后端管节，所述钻头安装在所述前端管节的前部;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；
[0008]所述钻机的钻进驱动机构前端装有用于连接管节的连接接头，所述连接接头上设置有注浆接口，所述注浆接口通过注浆管与注浆机的注浆口连接。
[0009]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征是:所述钻机工作室的长度为5m?8m且其为对隧道洞的拱部向外开挖35cm?45cm后形成的空间。
[0010]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征是:所述钻机工作室内设置有第一隧道初期支护结构，所述第一隧道初期支护结构包括由喷射在钻机工作室内壁上的混凝土形成的第一混凝土喷射层和多个由前至后支撑于钻机工作室内的第一型钢支架，多个所述第一型钢支架均固定于第一混凝土喷射层内且其为对钻机工作室的拱部与左右两侧边墙进行支护的型钢支架；
[0011 ]所述导向墙内设置有钢拱架，多个所述孔口管均焊接固定在钢拱架上且其沿钢拱架的中心线由左至右进行布设，所述钢拱架上开有多个分别供多个所述孔口管安装的安装孔;所述导向墙位于第一混凝土喷射层下方且其与第一混凝土喷射层紧固连接为一体。
[0012]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征是:所述钢拱架位于一个所述第一型钢支架的正下方，位于钢拱架正上方的第一型钢支架为固定支架，所述钢拱架固定在所述固定支架上。
[0013]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征是:所述钢拱架通过弧形钢筋网固定在所述固定支架上，所述弧形钢筋网包括多道由上至下布设的弧形钢筋和多道沿圆周方向由左至右布设的连接钢筋，多道所述弧形钢筋均位于钢拱架与所述固定支架之间，多道所述连接钢筋的内端均固定在钢拱架上且其外端均固定在所述固定支架上，每道所述连接钢筋均与多道所述弧形钢筋紧固连接为一体。
[0014]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征是:所述钢拱架为弧形且其圆心角为140°?160°，所述钢拱架为工字钢拱架。
[0015]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征是:所述管体为钻机的拼接式钻杆，所述连接套为钻杆连接套。
[0016]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征是:所述钻机工作空间前后两侧的隧道洞内均设置有第二隧道初期支护结构，所述第二隧道初期支护结构包括由喷射在隧道洞内壁上的混凝土形成的第二混凝土喷射层和多个由前至后支撑于隧道洞内的第二型钢支架;所述第一混凝土喷射层与位于其前后两侧的第二混凝土喷射层均紧固连接为一体。
[0017]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，其特征是:所述管体的外径为φ70mm?Φ 120mm且其长度为15m?30m，所述管节的长度为3m?6m。
[0018]上述软弱围岩隧道管棚超前支护施工结构，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且其后端直径小于导向管的内径;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。
[0019]本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
[0020]1、结构简单、设计合理且施工简便，投入成本较低。
[0021]2、施工效率高且施工质量易于控制，能简便、快速完成软弱围岩隧道超前支护施工过程，施工周期短。
[0022]3、所采用的钻机工作室结构稳固，使用效果好，能为钻机提供充足的工作空间，并且使用过程安全、可靠，能满足软弱围岩隧道管棚超前支护的施工需求，能为简便、快速且安全地软弱围岩隧道管棚超前支护施工过程提供有效保证。钻机工作空间内部前侧设置对需施工的多根管棚管进行导向的导向墙，导向墙与钻机工作空间内的第一初期支护结构连接为一体；同时，导向墙内设置的钢拱架通过弧形钢筋网固定在第一型钢支架上，固定简便、可靠。
[0023]4、使用效果好，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、加固效果好等优点，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，施工成型的管棚超前支护结构能对软弱围岩隧道进行有效支