一种隧道超前小导管快速注浆施工方法
技术领域
本发明属于超前小导管快速止浆技术领域，具体涉及一种隧道超前小导管快速注浆施工方法。
背景技术
隧址在海拔3500米以上的高原地区的施工隧道，施工区域海拔高、气候恶劣、环保要求高，氧气含量及气压值仅为正常值得65％。高原高寒地区山岭长大隧道通风长度长，受到低气压、低含氧量环境影响，施工设备功效、人员工效严重下降。隧道超前小导管注浆施工中节能控制显得尤为重要。
通常隧道超前小导管注浆施工过程中，钻孔孔壁与超前小导管外壁间空隙必须封堵，封堵方式采用水泥砂浆、锚固剂、膨胀水泥等混以麻丝的填塞物封堵，待其封堵的填塞物凝固30min-60min后，能承受规定的最大注浆压力和水压时，采用高压注浆泵压注浆，初期注浆压力为0.2Mpa-0.5Mpa，后期当注浆压力为0.7Mpa～1.0Mpa，持续15min-20min即可终止注浆，将注浆小导管管口封堵以防浆液倒流管外，该种方式存在诸多弊病：第一，填塞物凝固30min-60min等强时间，延长了隧道循环施工时间，违背了隧道施工“快支护，早封闭”的原则；第二，因与隧道围岩材质不同，填塞物为硬质材料，填塞物在凝固过程中产生干缩，易造成注浆时的漏浆现象；第三，隧道为地下施工，隧道围岩中多存在着地下水，钻孔内时有渗水甚至股状水流出，填塞物在填塞及凝固过程中，受到地下水的扰动强度受到影响，严重时股状水甚至造成填塞物无法成形；第四，现场施工中超前小导管围岩钻孔根据围岩不同，采用50mm-60mm钻头成孔，普遍设计施工使用的超前导管规格为热轧无缝钢花管，外径42mm，壁厚3.5mm，钻孔孔壁与小导管外壁间空隙面积为5.78-14.41平方厘米，超前小导管采用高压注浆压力最大控制在1Mpa，而1Mpa相当于10kg物品作用于每平方厘米的施工面积上，注浆作业过程中，水泥浆液对填塞物向外的推力相当于57.8-144.1kg物品的作用力，如泵压上下波动的情况下考虑1.25的安全系数，推力则还会增加，这需要通过钻孔孔壁与小导管外壁壁间的填塞物，产生更大摩擦力，才能抵御注浆时浆液对填塞物向外的推力；第五，传统隧道现场施工通常钻孔孔壁与小导管外壁间空隙，采用的填塞物堵浆法，需要施工人员现场拌合填塞物材料，手工填塞钻孔与小导管间的空隙，不易填充密实，存在施工操作繁杂、浪费材料、填充质量不易控制的弊病。钻孔孔壁与超前小导管外壁间空隙的封堵严重影响隧道超前小导管注浆进度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，通过持力夹具与超前小导管牢固连接，为弹性止浆塞定位及顶推提供了基座，弹性止浆塞在推动力作用下挤压封堵钻孔与超前小导管外壁间空隙，为超前小导管注浆工序提供了快捷便利的条件，操作简便机动灵活、无需等待混凝土凝固而缩短工序时间促进施工循环，提高注浆施工人员施工工效，减少注浆材料浪费及成本投入，提高注浆施工效率及注浆效果，解决钻孔内股状水严重时造成填塞物无法成形的工况，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、掌子面成孔并插入超前小导管；
步骤二、定位封堵塞：预采用封堵塞对钻孔孔壁与超前小导管之间空隙进行封堵；
所述封堵塞包括夹持在超前小导管伸出掌子面一端的持力夹具、套设在所述持力夹具外侧且与所述持力夹具滑动配合的滑动模套和包裹在所述滑动模套外侧且用于封堵超前小导管与孔壁之间空隙的弹性止浆塞；所述弹性止浆塞包括两个相配合的弹性止浆件，所述弹性止浆件包括伸入至超前小导管与孔壁之间空隙内的弹性止浆引导段、用于封堵超前小导管与孔壁之间空隙的弹性止浆封堵段和用于拽拉回收弹性止浆塞的弹性止浆预留段，弹性止浆引导段的外径不大于弹性止浆封堵段的外径和钻孔的内径，所述弹性止浆封堵段为中空圆台结构；
将弹性止浆引导段伸入至超前小导管与钻孔孔壁之间空隙内，利用人工推紧的方式使封堵塞外侧的弹性止浆塞与钻孔孔壁挤紧；
步骤三、安装封堵塞：利用持力螺栓和螺帽持力锁紧封堵塞，将封堵塞安装在超前小导管伸出掌子面一端；
步骤四、封堵钻孔孔壁与超前小导管之间空隙：利用顶推螺栓连接持力夹具和滑动模套，利用旋转推力套驱动顶推螺栓推挤滑动模套，进而带动弹性止浆塞封堵钻孔孔壁与超前小导管之间空隙；
步骤五、超前小导管注浆：检查封堵塞对钻孔孔壁与超前小导管之间空隙封堵良好后，选择工作压力满足注浆要求的注浆设备进行超前小导管注浆作业；
步骤六、封堵塞的回收：超前小导管注浆作业结束后，待水泥浆初凝以后，利用旋转推力套卸载顶推螺栓对滑动模套的推力，带动顶推螺栓后退，滑动模套带动与其组装一体的弹性止浆塞滑动后移，将弹性止浆塞从超前小导管外壁与钻孔孔壁之间的空隙中拉出；使用高压水枪清洗封堵塞，以备其它待注浆的超前小导管周转使用。
上述的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于：所述持力夹具包括两个相配合的持力夹件，所述持力夹件包括持力夹板、安装在持力夹板远离掌子面一端的导向耳板和安装在持力夹板上的滑道，导向耳板和滑道之间留有间隙，导向耳板上开设有螺纹孔，所述滑动模套包括两个相配合的滑动模架，滑动模架包括与持力夹板外壁适配的模架本体，模架本体上开设有与滑道适配的滑槽，模架本体靠近导向耳板的一端外侧设置有模架外翻连杆，模架外翻连杆上设置有与螺纹孔配合的定位槽，顶推螺栓穿过螺纹孔与定位槽槽底连接，旋转推力套套设在顶推螺栓远离定位槽的一端外。
上述的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于：所述持力夹板上设置有安装耳板，两个所述持力夹件中的一个安装耳板上开设有圆孔，两个所述持力夹件中的另一个安装耳板上开设有U形槽，持力螺栓穿过圆孔卡接在U形槽上将两个所述持力夹件连接，两个持力夹板中的一个持力夹板上设置有第一连接筒和第二连接筒，两个持力夹板中的另一个持力夹板上设置有与第一连接筒和第二连接筒铰接配合的第三连接筒，连接锚栓依次穿过第一连接筒、第三连接筒和第二连接筒将两个持力夹板铰接。
上述的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于：所述弹性止浆封堵段靠近弹性止浆引导段的一端内壁上设置有与持力夹板外壁适配的密封层，所述弹性止浆封堵段远离弹性止浆引导段的一端至密封层之间的内壁形成容纳模架本体的模架本体限位槽，模架本体远离模架外翻连杆的一端与密封层端面抵接，弹性止浆预留段上设置有与模架外翻连杆配合的外翻连杆限位槽。
上述的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于：所述弹性止浆件的外壁上沿其长度方向设置有多个相互呈平行布设的肋环。
上述的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于：所述肋环为圆环，多个所述肋环的环宽均相等。
上述的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于：所述弹性止浆引导段、弹性止浆封堵段和弹性止浆预留段加工制作为一体。
上述的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于：所述旋转推力套的外壁为外六方结构，旋转推力套上开设有观察顶推螺栓长度的观察窗。
上述的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，其特征在于：所述持力夹板的内壁设置有锯齿结构的阻力层。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明持力夹具起到与超前小导管固定连接的作用，采用管壁外夹的方式，通过相对配合的持力夹板的夹持力固定在超前小导管外壁上，为弹性止浆塞定位及顶推提供了基座，持力夹板内夹超前小导管外壁，持力夹板外侧设置滑道，持力夹板夹持端设置导向耳板引导顶推螺栓前行；滑动模套起到为弹性止浆塞与持力夹板卡控连接的作用，两个滑动模架分别与两个弹性止浆塞安装连接为一体，滑动模架沿持力夹板滑道前后滑动的作用，后部与顶推螺栓连接，顶推螺栓旋转运动，推动滑动模架及弹性止浆塞前后滑动移动；弹性止浆塞起到了在推动力作用下挤压封堵钻孔与超前小导管外壁间空隙的作用，封堵段外形呈圆台形，前端略小于钻孔直径，便于插入间隙中，同时适应多种孔径的钻孔，两个弹性止浆件分别与两个滑动模架安装连接为一体，顶推螺栓旋转，弹性止浆塞随滑动模套同步移动，实际使用中，根据围岩钻孔的成孔孔壁光滑效果不同，可分为无肋环的弹性止浆塞用于孔壁光滑情况使用；以及有肋环的弹性止浆塞用于孔壁毛糙情况使用，视现场实际钻孔情况而定，便于推广使用。
2、本发明封堵钻孔孔壁与超前小导管外壁间空隙效果显著，达到了提高工效、操作简便、节能减排的目的，可靠稳定，使用效果好。
3、本发明方法步骤简单，通过螺旋顶推推动弹性止浆塞滑动前移，达到超前小导管外壁与钻孔孔壁间隙封堵密实的目的，杜绝了隧道施工超前小导管注浆过程中，超前小导管外壁与钻孔孔壁间隙封堵不密实，注浆时漏浆弊病；节省了用工，节约了施工人员工作时间，取消了材料封堵作业环节，减少了封堵材料等强时间，节省了封堵材料，减少了隧道循环作业时间，加快了施工进度，提高了超前小导管注浆质量，解决钻孔内股状水严重时造成填塞物无法成形的工况，便于推广使用。
综上所述，本发明通过持力夹具与超前小导管牢固连接，为弹性止浆塞定位及顶推提供了基座，弹性止浆塞在推动力作用下挤压封堵钻孔与超前小导管外壁间空隙，为超前小导管注浆工序提供了快捷便利的条件，操作简便机动灵活、无需等待混凝土凝固而缩短工序时间促进施工循环，提高注浆施工人员施工工效，减少注浆材料浪费及成本投入，提高注浆施工效率及注浆效果，解决钻孔内股状水严重时造成填塞物无法成形的工况，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明封堵塞定位状态下的结构示意图。
图2为本发明封堵塞安装完成状态下的结构示意图。
图3为本发明封堵塞封堵状态下的结构示意图。
图4为图3的爆炸图。
图5为本发明弹性止浆件的结构示意图。
图6为本发明方法的流程框图。
附图标记说明:
1-1—持力夹板；1-2—导向耳板；1-3—安装耳板；
1-4—持力螺栓；1-5—滑道；1-6—阻力层；
1-7—螺纹孔；2—滑动模架；2-1—模架本体；
2-2—滑槽；2-3—模架外翻连杆；3—定位槽；
4—弹性止浆件；4-1—外翻连杆限位槽；4-2—模架本体限位槽；
4-3—密封层；4-4—弹性止浆引导段；4-5—弹性止浆封堵段；
4-6—弹性止浆预留段；5—肋环；6—顶推螺栓；
7—旋转推力套；8—超前小导管；9—观察窗；
10—第一连接筒； 11—第二连接筒； 12—第三连接筒；
13—连接锚栓。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明的一种隧道超前小导管快速注浆施工方法，包括以下步骤：
步骤一、掌子面成孔并插入超前小导管；
实际施工时，钻孔钻机在掌子面钻孔成孔后，插入超前小导管8到预定位置即可。
步骤二、定位封堵塞：预采用封堵塞对钻孔孔壁与超前小导管8之间空隙进行封堵；
所述封堵塞包括夹持在超前小导管8伸出掌子面一端的持力夹具、套设在所述持力夹具外侧且与所述持力夹具滑动配合的滑动模套和包裹在所述滑动模套外侧且用于封堵超前小导管与孔壁之间空隙的弹性止浆塞；所述弹性止浆塞包括两个相配合的弹性止浆件4，所述弹性止浆件4包括伸入至超前小导管与孔壁之间空隙内的弹性止浆引导段4-4、用于封堵超前小导管与孔壁之间空隙的弹性止浆封堵段4-5和用于拽拉回收弹性止浆塞的弹性止浆预留段4-6，弹性止浆引导段4-4的外径不大于弹性止浆封堵段4-5的外径和钻孔的内径，所述弹性止浆封堵段4-5为中空圆台结构；
将弹性止浆引导段4-4伸入至超前小导管8与钻孔孔壁之间空隙内，利用人工推紧的方式使封堵塞外侧的弹性止浆塞与钻孔孔壁挤紧；
本实施例中，所述持力夹具包括两个相配合的持力夹件，所述持力夹件包括持力夹板1-1、安装在持力夹板1-1远离掌子面一端的导向耳板1-2和安装在持力夹板1-1上的滑道1-5，导向耳板1-2和滑道1-5之间留有间隙，导向耳板1-2上开设有螺纹孔1-7，所述滑动模套包括两个相配合的滑动模架2，滑动模架2包括与持力夹板1-1外壁适配的模架本体2-1，模架本体2-1上开设有与滑道1-5适配的滑槽2-2，模架本体2-1靠近导向耳板1-2的一端外侧设置有模架外翻连杆2-3，模架外翻连杆2-3上设置有与螺纹孔1-7配合的定位槽3，顶推螺栓6穿过螺纹孔1-7与定位槽3槽底连接，旋转推力套7套设在顶推螺栓6远离定位槽3的一端外。
需要说明的是，通过设置持力夹具，起到与超前小导管固定连接的作用，采用管壁外夹的方式，通过相对配合的持力夹板1-1的夹持力固定在超前小导管8外壁上，为弹性止浆塞定位及顶推提供了基座，持力夹板1-1内夹超前小导管8外壁，持力夹板1-1外侧设置滑道1-5，持力夹板1-1夹持端设置导向耳板1-2引导顶推螺栓6前行，导向耳板1-2和滑道1-5之间留有间隙的目的是保证后续设置定位槽3时，为定位槽3预留空间；通过设置滑动模套，起到为弹性止浆塞4与持力夹板1-1卡控连接的作用，两个滑动模架2分别与两个弹性止浆塞4安装连接为一体，滑动模架4沿持力夹板上的滑道1-5前后滑动的作用，后部与顶推螺栓6连接，顶推螺栓6旋转运动，推动滑动模架2及弹性止浆塞4前后滑动移动，模架本体2-1靠近导向耳板1-2的一端外侧设置有模架外翻连杆2-3的目的是安装定位槽3与螺纹孔1-7配合，同时与弹性止浆塞4可靠连接；通过设置弹性止浆塞，起到了在推动力作用下挤压封堵钻孔与超前小导管外壁间空隙的作用，封堵段外形呈圆台形，前端略小于钻孔直径，便于插入间隙中，同时适应多种孔径的钻孔，两个弹性止浆件分别与两个滑动模架安装连接为一体，顶推螺栓旋转，弹性止浆塞随滑动模套同步移动，实际使用中，根据围岩钻孔的成孔孔壁光滑效果不同，可分为无肋环的弹性止浆塞用于孔壁光滑情况使用；以及有肋环的弹性止浆塞用于孔壁毛糙情况使用，视现场实际钻孔情况而定。
实际施工时，将持力夹具夹持在超前小导管伸出掌子面一端，将滑动模套套设在所述持力夹具外侧且与所述持力夹具滑动配合，将弹性止浆塞包裹在所述滑动模套外侧且弹性止浆引导段4-4伸入至超前小导管与孔壁之间空隙内，连接锚栓13依次穿过第一连接筒10、第三连接筒12和第二连接筒11将两个持力夹板1-1铰接，封堵塞调整为定位状态，如图1所示；
步骤三、安装封堵塞：利用持力螺栓1-4和螺帽持力锁紧封堵塞，将封堵塞安装在超前小导管8伸出掌子面一端；
实际施工时，一名操作工人实施操作，在未施加夹持力前，将封堵塞前推，使封堵塞的弹性止浆塞插入钻孔内并人工推紧，使用扳手上紧持力螺栓及螺帽，使封堵塞固定在超前小导管上，为封堵塞顶推部分工作提供了稳定的基座，此时封堵塞形成安装完成状态，如图2所示；
步骤四、封堵钻孔孔壁与超前小导管之间空隙：利用顶推螺栓6连接持力夹具和滑动模套，利用旋转推力套7驱动顶推螺栓6推挤滑动模套，进而带动弹性止浆塞封堵钻孔孔壁与超前小导管8之间空隙；
实际施工时，使用扳手旋转封堵塞后端的旋转推力套7，在旋转推力套7的旋转作用下，推动顶推螺栓向前移动，顶推螺栓在向前移动的同时对滑动模架2形成向前的推力，滑动模架2带动与其组装一体的弹性止浆塞，一起沿持力夹板1-1的滑道1-5向前滑动，当弹性止浆封堵段4-5被顶推进入钻孔一定深度时，钻孔孔壁对弹性止浆塞阻力加大，在弹性止浆塞弹力的作用下，充分封堵了超前小导管外壁与钻孔孔壁间的空隙，即可停止施加顶推力，此时封堵塞形成封堵状态，如图3所示；
步骤五、超前小导管注浆：检查封堵塞对钻孔孔壁与超前小导管8之间空隙封堵良好后，选择工作压力满足注浆要求的注浆设备进行超前小导管注浆作业；
步骤六、封堵塞的回收：超前小导管注浆作业结束后，待水泥浆初凝以后，利用旋转推力套7卸载顶推螺栓6对滑动模套的推力，带动顶推螺栓6后退，滑动模套带动与其组装一体的弹性止浆塞滑动后移，将弹性止浆塞从超前小导管外壁与钻孔孔壁之间的空隙中拉出；使用高压水枪清洗封堵塞，以备其它待注浆的超前小导管周转使用。
本实施例中，所述持力夹板1-1上设置有安装耳板1-3，两个所述持力夹件中的一个安装耳板1-3上开设有圆孔，两个所述持力夹件中的另一个安装耳板1-3上开设有U形槽，持力螺栓1-4穿过圆孔卡接在U形槽上将两个所述持力夹件连接，两个持力夹板1-1中的一个持力夹板1-1上设置有第一连接筒10和第二连接筒11，两个持力夹板1-1中的另一个持力夹板1-1上设置有与第一连接筒10和第二连接筒11铰接配合的第三连接筒12，连接锚栓13依次穿过第一连接筒10、第三连接筒12和第二连接筒11将两个持力夹板1-1铰接。
需要说明的是，两个所述持力夹件中的一个安装耳板1-3上开设有圆孔，两个所述持力夹件中的另一个安装耳板1-3上开设有U形槽的目的是保证安装时，开有圆孔的安装耳板1-3可挂接持力螺栓1-4和螺母，在两个所述持力夹件对接时，持力螺栓1-4可直接卡进另一个安装耳板1-3上开设有U形槽内，减少工作人员的配合。
本实施例中，所述弹性止浆封堵段4-5靠近弹性止浆引导段4-4的一端内壁上设置有与持力夹板1-1外壁适配的密封层4-3，所述弹性止浆封堵段4-5远离弹性止浆引导段4-4的一端至密封层4-3之间的内壁形成容纳模架本体2-1的模架本体限位槽4-2，模架本体2-1远离模架外翻连杆2-3的一端与密封层4-3端面抵接，弹性止浆预留段4-6上设置有与模架外翻连杆2-3配合的外翻连杆限位槽4-1。
需要说明的是，弹性止浆引导段4-4可先伸入至超前小导管与孔壁之间空隙内，避免推挤弹性止浆塞时，弹性止浆封堵段4-5对超前小导管与孔壁之间空隙错缝，导致封堵不严密，所述弹性止浆封堵段4-5为中空圆台结构，适应多种孔径的钻孔。
本实施例中，所述弹性止浆件4的外壁上沿其长度方向设置有多个相互呈平行布设的肋环5。
需要说明的是，弹性止浆件4的外壁上沿其长度方向设置有多个相互呈平行布设的肋环5的目的是增加弹性止浆件4与孔壁的作用力，增加渗水渗出的迂曲度，保证密封效果。
本实施例中，所述肋环5为圆环，多个所述肋环5的环宽均相等。
需要说明的是，多个所述肋环5的环宽均相等的目的是保证弹性止浆塞的整体外形与两个弹性止浆件4构成的外形一致。
本实施例中，所述弹性止浆引导段4-4、弹性止浆封堵段4-5和弹性止浆预留段4-6加工制作为一体。
本实施例中，所述旋转推力套7的外壁为外六方结构，旋转推力套7上开设有观察顶推螺栓6长度的观察窗9。
需要说明的是，旋转推力套7的外壁为外六方结构，以便使用开口或梅花扳手对旋转推力套7旋转施加外力，旋转推力套7管壁设置顶推螺栓长度观察孔，旋转推力套前顶持力夹板上的导向耳板1-2。
本实施例中，所述持力夹板1-1的内壁设置有锯齿结构的阻力层1-6，所述阻力层1-6通过在持力夹板1-1的内壁车丝形成。
实际施工中，快装封堵塞与超前小导管连接牢固稳定，封堵钻孔孔壁与超前小导管外壁间空隙效果显著，达到了提高工效、操作简便、节能减排的目的；通过螺旋顶推推动弹性止浆塞滑动前移，达到超前小导管外壁与钻孔孔壁间隙封堵密实的目的，杜绝了隧道施工超前小导管注浆过程中，超前小导管外壁与钻孔孔壁间隙封堵不密实，注浆时漏浆弊病；节省了用工，节约了施工人员工作时间，取消了材料封堵作业环节，减少了封堵材料等强时间，节省了封堵材料，减少了隧道循环作业时间，加快了施工进度，提高了超前小导管注浆质量，解决钻孔内股状水严重时造成填塞物无法成形的工况。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
