一种管棚施工方法与流程
本发明涉及隧道施工用设备技术领域，具体涉及一种管棚施工方法。
背景技术：
管棚超前支护就是把一组钢管沿开挖轮廓外己钻好的孔中打入地层内，并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系，支承来自于管棚上部的荷载，通过钢管的梅花形布置的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。管棚支护能够起到以下效果：
(1)梁拱效应：先行施设的管棚，以掌子面和后方支撑为支点，形成一个梁式结构，二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构，可有效抑制围岩松动和垮塌。
(2)环槽效应：掌子面爆破产生的爆炸冲击波传播和爆生气体扩展遇管棚密集环形孔槽后被反射、吸收或绕射，大大降低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。
(3)确保施工安全：管棚支护刚度较大，施工时如发生塌方，塌碴也是落在管棚上部岩碴上，起到缓冲作用，即使管棚失稳，其破坏也较缓慢。
管棚的安装的合理性对后续隧道的施工有着重要意义，因此，合理的管棚施工方法尤为重要。目前，现有的管棚施工方法易导致支护效果较低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种管棚施工方法，解决现有管棚施工方法易导致支护效果较低的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种管棚施工方法，包括以下步骤：
1)、挖隧道断面：在隧道的端部形成纵向端面；
2)、钻点定位：根据施工隧道的尺寸设计钢管的安装位置，对钢管安装位置进行标号，将隧道顶端的安装位置标记为0#，然后左右两侧对称标记为1#～n#；
3)、第一次钻孔：调整好钻机入孔的方位角及倾角，然后采用钻机将0#和奇数#钻孔钻到指定长度；
4)、第一次清孔：将0#和奇数#钻孔内的杂质清除；
5)、第一次钢管安装：将钢管插入0#和奇数#钻孔内，然后钢管采用法兰固定；
6)、第二次钻孔：调整好钻机入孔的方位角及倾角，然后采用钻机将偶数#钻孔钻到指定长度；
7)、第二次清孔：将偶数#钻孔内的杂质清除；
8)、第二次钢管安装：将钢管插入偶数#钻孔内，然后钢管采用法兰固定。
目前，在隧道管棚的施工方法中，首先确定钢管的数量，然后对安装位置进行标号，然后逐一对安装位置进行钻孔，然后在逐一安装钢管。这样的安装方式，由于在卡孔的过程中，之前已经打好的钻孔内部没有填充物，导致整个体系的结构稳定性差，当继续钻孔时，在钻机强度较大的推动作用下，以导致钻孔四周的岩层松动，进而降低管棚的支护效果。
本发明所述隧道断面具体是指设置在隧道端部，用于钻孔的截面，所述纵向端面具体是指所述端面垂直于水平面；所述根据施工隧道的尺寸设计钢管的安装位置具体是指根据隧道的到校，合理布局钢管的数量，钢管尺寸的选择，以及钢管之间的间距；所述安装位置沿着隧道的弧形壁呈弧形布置，所述左右两侧的安装位置以隧道的竖直方向上的中线呈对称设置，所述方位角具体是指钻杆在水平方向偏离于水平中线(人正对钻机时的水平上视线)的角度；所述倾角具体是指钻孔时钻杆的倾斜角度，即钢管安装后的倾斜角度；进而调整好钻机入孔的方位角及倾角具体时间将钻杆水平摆正，然后在竖直方向调整到合适倾角，即钻杆沿着水平视线放平后端部向上移动使钻杆与水平面形成一定夹角(倾角)；所述法兰优选与钢管焊接，用于将钢管卡设在钻孔内。
本发明通过对安装位置进行标号，便于对安装位置进行分批次钻孔，避免钻孔时产生混淆，本发明通过间隔分批次进行钻孔、安装钢管，能够最大限度减小钻孔过程中对岩层结构稳定性的影响，继而提高了管棚支护效果，如此，本发明解决了现有管棚施工方法易导致支护效果较低的问题。
进一步地，安装位置两两之间的间距为钢管外径的3～5倍。
具体地，所述两两之间的间距具体是指相邻钻孔之间的弧形距离。
钻孔的间距以及钢管的尺寸在一定程度上均会影响管棚的支护效果。
钢管按管径分为小管棚、中管棚和长管棚，所述小管棚的管径一般在
申请人通过长期的施工试验发现：将安装位置两两之间的间距设置为钢管外径的3～5倍有利于提高管棚的支护效果。
进一步地，最下端的2个钢管之间形成150°夹角。
具体地，所述夹角具体是指2个钢管的中心与隧道中心连线之间的夹角。
申请人通过长期的施工试验发现：上述夹角范围结合合理布局钢管(光管的尺寸以及相邻钻孔之间的间距)有利于进一步提高管棚的支护效果。
进一步地，倾角为1°～15°，其中，小管棚的倾角为5～15°，中管棚的倾角为2°～8°，长管棚的倾角为1°～3°。
根据管棚(钢管)的管径大小合理设定倾角，有利于高管棚的支护效果。
申请人通过长期的施工试验发现：倾角过小，将可能导致管棚远端下垂至隧道开挖幅员内影响后期施工；相反，倾角过大，管棚离开挖幅员距离过大，管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难。
上述不同管径的管棚所对应的倾角的设置不是随便就能设置的，是申请人通过长期的施工经验获得。
进一步地，钻点定位采用全站仪免棱镜三维坐标进行钢管安装位置的确定。
具体地，所述全站仪免棱镜三维坐标为现有技术，具体操作：采用全站仪免棱镜三维坐标进行管棚钻点放样，先在孔口附近测量任意点三维坐标，根据测点桩号与理论钻点桩号差、测点与中线偏距、理论钻点与中线偏距、管棚倾角的水平分角、竖直分角等，计算出实际掌子面放样点的三维坐标，进行管棚施工放样，解决了不规则断面管棚钻点定位难题，大大提高放样速度和放样准确度。
进一步地，在钻孔的过程中钻杆前端准确就位于测量放样点位，钻机后端根据三维坐标测量数据严格调整水平分角和竖直分角。
具体地，所述三维坐标测量为现有技术。
本发明通过采用全站仪免棱镜三维坐标进行管棚钻点放样，解决了不规则断面管棚钻点定位难题，放样精确；采用三维空间控制钻机就位和钻孔，保证管棚打入角度精度。
进一步地，在钻孔的过程中采用测斜仪测量角度和钻进方向。
具体地，所述测斜仪为现有技术。为避免钻杆及钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，钻孔角度可根据地质条件和钻孔情况作适当调整，并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。
进一步地，钢管采用跟管钻进施工工艺进行安装。
具体地，所述跟管钻进施工工艺为现有技术，具体采用潜孔锤冲击跟管钻进施工工艺送管。
具体操作如下：钻进时潜孔冲击器震动冲击中心钻头，中心钻头传递冲击给管棚钻头并带动管棚钢管钻头转动钻进，每根管棚之间靠螺纹连接到钻孔所需的长度，管棚与回转动力头无连接，冲击器与内钻杆联接，内钻杆联接到钻孔所需的长度通过连接头的内螺纹与回转动力头连接，回转动力头通过连接头传递扭矩给管棚和钻杆，钻进时的排渣通过管棚和内钻杆的间隙排出，当钻进到所需长度时，反向旋转内钻杆90度即可将中心钻头与管棚钻头分离，将内钻杆全部取出孔外，即可将管棚留在孔内。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过对安装位置进行标号，便于对安装位置进行分批次钻孔，避免钻孔时产生混淆，本发明通过间隔分批次进行钻孔、安装钢管，能够最大限度减小钻孔过程中对岩层结构稳定性的影响，继而提高了管棚支护效果。
2、本发明通过合理布局钢管的位置，合理设计相邻钻孔之间的间距，以及根据管棚的尺寸合理设计倾角，在一定程度上进一步提高了管棚的支护效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是钢管的整体布置图；
图2是钢管插入钻孔内的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-钢管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1、图2所示，一种管棚施工方法，包括以下步骤：
1)、挖隧道断面：在隧道的端部形成纵向端面，；
2)、钻点定位：根据施工隧道的尺寸设计钢管1的安装位置，对钢管安装位置进行标号，将隧道顶端的安装位置标记为0#，然后左右两侧对称标记为1#～n#，安装位置两两之间的间距为钢管1外径的3～5倍，最下端的2个钢管1之间形成150°夹角，所述倾角为1°～15°，其中，小管棚的倾角为5～15°，中管棚的倾角为2°～8°，长管棚的倾角为1°～3°，所述钻点定位采用全站仪免棱镜三维坐标进行钢管1安装位置的确定；
3)、第一次钻孔：调整好钻机入孔的方位角及倾角，然后采用钻机将0#和奇数#钻孔钻到指定长度，在钻孔的过程中钻杆前端准确就位于测量放样点位，钻机后端根据三维坐标测量数据严格调整水平分角和竖直分角，在钻孔的过程中采用测斜仪测量角度和钻进方向；
4)、第一次清孔：将0#和奇数#钻孔内的杂质清除；
5)、第一次钢管1安装：将钢管1插入0#和奇数#钻孔内，然后钢管1采用法兰固定，钢管1采用跟管钻进施工工艺进行安装；
6)、第二次钻孔：调整好钻机入孔的方位角及倾角，然后采用钻机将偶数#钻孔钻到指定长度，在钻孔的过程中钻杆前端准确就位于测量放样点位，钻机后端根据三维坐标测量数据严格调整水平分角和竖直分角，在钻孔的过程中采用测斜仪测量角度和钻进方向；
7)、第二次清孔：将偶数#钻孔内的杂质清除；
8)、第二次钢管1安装：将钢管1插入偶数#钻孔内，然后钢管1采用法兰固定，钢管1采用跟管钻进施工工艺进行安装。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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