一种羽状定向软岩隧道超前注浆预加固结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种羽状定向软岩隧道超前注浆预加固方法，属于地下工程与岩土工程施工领域。


背景技术：

2.对于软岩隧道由于围岩强度低、自稳能力差，容易产生坍塌和大变形等施工风险和施工质量问题，在隧道开挖前常采用注浆加固方法对掌子面前方围岩进行全断面注浆预加固处理，在掌子面梅花形布置注浆孔，采用钻孔注入水泥浆加固前方围岩。但由于隧道掌子面空间有限，施工设备就位困难，给施工带来很大困难，同时需要施工大量的注浆孔，造成工程量浪费和材料浪费，经济效益较差。
3.本实用新型为一种羽状定向软岩隧道超前注浆预加固结构和方法，施工少量钻孔，进行羽状定向造孔和定向注浆，对隧道掌子面前方围岩进行全断面注浆预加固，有效地控制施工风险和提高工程质量。


技术实现要素：

4.本实用新型一种羽状定向软岩隧道超前注浆预加固方法为软岩隧道全断面注浆加固结构，包括羽状定向注浆钻孔(1)、柔性钻具(2)、定向钻头(3)、钻头导向控制器(4)；其中，羽状定向注浆钻孔(1)包括中心钻孔和向四周分散的多个分支钻孔，中心钻孔为钻机预打与隧道轴长方向一致的长钻孔，在长钻孔内下入保护井壁的钢护筒，分支钻孔为从中心钻孔向四周延伸出多个弯曲的指向隧道(6)内壁的钻孔，分支钻孔在中心钻孔的周向为2-6 个，且分支钻孔沿中心钻孔的轴长方向均匀分布，中心钻孔和分支钻孔整体结构呈羽毛状结构；
5.柔性钻具(2)包括连接丝扣(2.1)、连接体(2.2)、耳片(2.3)、销钉/孔(2.4)和外壁橡胶高压防护结构(2.5)；连接体(2.2)的一端为连接丝扣(2.1)，另一端为耳片(2.3)，耳片(2.3)上设有销钉/孔(2.4)，多个连接体(2.2)首位相连，相连处为：连接丝扣(2.1) 与耳片(2.3)连接采用销钉/孔(2.4)固定，形成柔性长连接体，柔性长连接体的外周为外壁橡胶高压防护结构(2.5)；柔性长连接体一端伸入到钻孔内用于钻孔和注浆，另一端位于钻孔外用于与注浆泵连接；伸入钻孔内的一端端部为定向钻头(3)；
6.所述连接体(2.2)置于柔性钻具内，为钻具的主体部分，起传递压力和扭矩作用；
7.所述销钉/孔(2.4)置于柔性钻具内，为钻具的主体部分，连接和固定连接体(2.2)；
8.所述外壁橡胶高压防护结构(2.5)，钻具连接体限位、注入循环泥浆和水泥浆液，耐压等级大于注浆压力；
9.所述定向钻头(3)包括钻头本体和钻头导向控制器(4)，钻头导向控制器(4)固定到钻头本体上，通过地面控制系统控制导向器(4)，测量钻头位置和控制钻头钻进方向；
10.所述钻孔直径大于钻孔护筒外径；
11.所述护筒外径大于定向钻头(3)外径；
12.本实用新型适用于软岩(8)隧道(6)内掌子面(7)的前方进行围岩(8)预加固。
13.本实用新型一种羽状定向软岩隧道超前注浆预加固方法为软岩隧道全断面注浆加固方法，包括以下步骤：
14.第一步：现场放样确定注浆孔位置，安装水平钻机设备；
15.第二步：采用水平定向钻机施工水平钻孔至注浆区(a)区的深度即中心钻孔的起始端区域a区，打入护筒；
16.第三步：要钻孔内下入柔性钻具(2)和定向钻头(3)，沿设计的分支钻孔的注浆孔轨迹方向和位置，由钻头导向控制器(4)控制钻进的方向进行造斜，制备第一个分支钻孔；柔性在钻具另一端部连接注浆泵，通过柔性钻具泵入水泥浆液，对第一个分支钻孔端部的钻头端部第一段(a-1)进行高压旋喷注浆，在设计的注浆压力下达到注浆时间后停止；回退钻具，在钻头达到第二注浆段(a-2),进行高压旋喷注浆，在设计的注浆压力下达到注浆时间后停止；依次类推，完成第一个分支钻孔内全部斜孔注浆工作；然后进行第二个分支钻孔的制备和全部斜孔注浆工作，以此类推完成中心钻孔的起始端区域a区内所有的分支钻孔的制备和全部斜孔注浆工作；
17.第四步：继续施工水平钻孔至第注浆区(b)区的深度即中心钻孔起始端区域a区的前部区，继续打入护筒；并按第三步依次对注浆区(b)区内所有的分支钻孔进行制备和全部斜孔注浆工作；
18.第五步；依次类推，按照第四步依次继续施工水平钻孔至注浆区(b)区前部不同的各区域，继续打入护筒并分别对各区域内所有的分支钻孔进行制备和全部斜孔注浆工作，直至整个中心钻孔对应的分支钻孔全部注浆完毕。
19.第五步，所述依次类推，按照第四步依次继续施工水平钻孔至注浆区(b)区前部不同的各区域，总体指的是注浆区由近到远分为：a，b，c，d，，，，区，注浆区大小划分按设计要求确定，注浆顺序由近到远顺序进行；
20.第三步各分支钻孔注浆时按距离中心钻孔由远到近分为a-1，a-2,a-3,,,,等段，注浆段大小根据地层性质和注浆设备能力确定，注浆顺序由远到近顺序进行；
21.第一步所述中心钻孔布置在隧道掌子面中间位置，注浆位置按隧道开挖全断面成羽状满布，注浆孔轨迹方向由地面控制系统控制导向控制器(4)造斜施工；
22.所述同一注浆区注浆孔造斜方向也可在不同方向交叉顺序进行；
23.本实用新型也可用于垂直定向注浆；
24.本实用新型包括但不限于以上内容。
25.本实用新型的优点：
26.本实用新型一种羽状定向软岩隧道超前注浆预加固方法具有以下优点：
27.(1)充分利用有限的地面空间，施工最少的注浆孔，并对隧道掌子面前方围岩进行全断面注浆预加固；
28.(2)本实用新型采用柔性钻具和定向钻头，可通过地面控制系统控制注浆孔的方向和位置，对隧道围岩进行精准定位注浆和任意位置注浆；
29.(3)本实用新型适用于任意方向定向注浆和沿层面进行定向注浆；
30.(4)本实用新型实现了定位和定向注浆，可节约大量的注浆材料和施工工作量，有
效地提高经济效益和社会效益，实现绿色施工。
31.(5)本实用新型具有理论价值和应用价值，具有可复制性和可推广性。
附图说明
32.图1隧道掌子面羽状定向软岩隧道超前注浆预加固示意图；
33.图2隧道掌子面围岩定向注浆分区和施工顺序示意图；
34.图3隧道掌子面围岩定向注浆分段示意图；
35.图4隧道掌子面结构图；
36.图5柔性钻具及钻头关系图；
37.其中：
38.1 羽状定向注浆钻孔；
39.2 柔性钻具；2.1连接丝扣；2.2连接体；2.3耳片；2.4销钉/孔；
40.3 定向钻头
41.4 钻头导向控制器
42.5 注浆分区
43.6 隧道
44.7 掌子面
45.8 软岩。
具体实施方式
46.下面结合北京某地铁隧道实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不限于以下实例。
47.北京某地铁隧道地面下0-15米为粉质粘土和砂层互层，地下水丰富，地下水类型为潜水-承压水混合形式，地铁隧道断面100m2左右，隧道施工方法为crd法。当隧道(6)在软岩(8)中施工到掌子面(7)时，对掌子面前方围岩进行注浆预加固。
48.本实用新型实施第一步是钻机就位，按隧道设计图进行施工放样，确定注浆孔位置，钻孔位置原则上布置在隧道掌子面中心位置；
49.第二步，采用水平钻机进行注浆孔施工，按设计注浆分区位置先施工到a注浆区；下钻孔钢护筒，钢护筒直径大于钻头外径；
50.第三步，采用在地面控制室对钻头进行定向控制，控制钻头导向控制器(4)的位置和方向，使用柔性钻具和定向钻头沿设计分支钻孔注浆方向定向造斜钻孔，至隧道掌子面a 注浆区a-1段位置，冲洗钻孔；
51.第四步，孔口安装法兰盘，连接注浆泵，通过柔性钻具和钻头对隧道掌子面注浆区a－ 1段进行高压注浆，注浆压力0.5左右，稳定注浆时间1小时左右；
52.第五步，回退钻具0.5米左右，对隧道掌子面注浆区a-2段进行高压注浆，注浆压力 0.5左右，稳定注浆时间1小时左右；
53.第六步，依次回退钻具，每次0.5米左右，分别对a注浆区各注浆方向和各注浆段依次进行高压注浆，各注浆方向交叉顺序进行，完成隧道掌子面a注浆区注浆加固；
54.第七步，按隧道注浆分区(5)，沿水平钻孔继续施工注浆孔至b注浆区，继续打入护
筒 (1)，并重复第三步至第六步完成b注浆区的各注浆方向和各注浆段的注浆加固；然后依次完成不同分支钻孔的制备和注浆；
55.第八步，沿水平钻孔继续施工注浆孔至c注浆区，继续打入护筒(1)，并重复第三步至第六步，依次完成c，d，e，f等各注浆区的各注浆方向和各注浆段的注浆加固；
56.以上逐步施工并完成全部设计区段的注浆，形成隧道掌子面前方围岩加固区，再进行隧道掌子面的开挖工作。
57.本实用新型一种羽状定向软岩隧道超前注浆预加固方法包括但不限于以上内容，同样适用于垂直等钻孔定向注浆相关方法。