阅读说明：本技术 用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置及施工方法 (Guiding self-drilling type pipe shed steel pipe device for tunnel excavation and construction method ) 是由 庞浩然 陈小星 马涛 陈博楠 王晓勇 吕祥锋 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明管棚支护技术领域,提供了一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置及施工方法,导向自钻式管棚钢管装置包括主钻头和管棚钢管；管棚钢管外周沿垂直轴线方向设置若干个加强环,相邻加强环之间沿管棚钢管轴线方向设置有楔形筋；管棚钢管内部形成注浆腔,管棚钢管的表面设置多个出浆口；主钻头与钻杆连接,主钻头通过连接件与管棚钢管的一端连接。导向自钻式管棚包括导向墙、定位点及导向自钻式管棚钢管装置。本发明的管棚钢管既能利用加强环、楔形筋与周边土层有效粘结,又能加固钢管,大大提高管棚结构与周边土层的整体性与稳定性,减小施工安全隐患；同时,本发明钻头和管棚钢管连接,减少扩孔、清孔相关工序,提高施工效率,缩短工期。(The invention relates to the technical field of pipe shed support, and provides a guide self-drilling type pipe shed steel pipe device for tunnel excavation and a construction method, wherein the guide self-drilling type pipe shed steel pipe device comprises a main drill bit and a pipe shed steel pipe; the periphery of the pipe shed steel pipe is provided with a plurality of reinforcing rings along the direction vertical to the axis, and wedge-shaped ribs are arranged between adjacent reinforcing rings along the direction of the axis of the pipe shed steel pipe; a grouting cavity is formed inside the pipe shed steel pipe, and a plurality of grout outlets are formed in the surface of the pipe shed steel pipe; the main drill bit is connected with the drill rod and is connected with one end of the pipe shed steel pipe through a connecting piece. The guide self-drilling type pipe shed comprises a guide wall, a positioning point and a guide self-drilling type pipe shed steel pipe device. The pipe shed steel pipe can be effectively bonded with the peripheral soil layer by utilizing the reinforcing rings and the wedge-shaped ribs, and can also be used for reinforcing the steel pipe, so that the integrity and the stability of the pipe shed structure and the peripheral soil layer are greatly improved, and the potential safety hazard of construction is reduced; meanwhile, the drill bit is connected with the pipe shed steel pipe, so that the related procedures of hole expansion and hole cleaning are reduced, the construction efficiency is improved, and the construction period is shortened.)

用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置及施工方法

技术领域

本发明涉及管棚支护技术领域，特别涉及一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置、管棚及施工方法。

背景技术

在隧道工程的施工过程中，经常需要对隧道围岩进行支护，一般的步骤为先钻孔再清空，然后将钢管压入孔中。而对于软岩隧道来说，在清孔过程中容易出现塌孔的现象，这样就会降低施工的效率，提高工程的造价。并且，目前常规使用的钢管为圆柱形，在将钢管压入孔中时，钢管与土层的结合牢固性较差，容易出现滑动现象。如何做到快速的保质保量的完成管棚的搭建需要设计一种新的管棚搭建用具。

发明内容

本发明的目的就是至少克服现有技术的不足之一，针对目前管棚钢管与土层之间的粘接牢固性较差，以及在清孔过程中塌孔的问题，本发明提供了一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置、管棚及施工方法。

一方面，本发明提供了一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置，包括主钻头和管棚钢管；

所述管棚钢管外周沿垂直轴线方向设置若干个加强环，相邻所述加强环之间沿管棚钢管轴线方向设置有楔形筋；所述管棚钢管内部形成注浆腔，所述管棚钢管的表面设置多个出浆口；

所述主钻头与钻杆连接，所述主钻头通过连接件与所述管棚钢管的一端连接。

如上所述的方面及任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述楔形筋沿主钻头方向为倒刺型结构，所述加强环为圆环形结构或多边环形结构。

如上所述的方面及任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述主钻头为球齿钻，球齿钻的前端安装有钻头齿，后端与钻杆连接。

如上所述的方面及任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述连接件内部具有旋转轴承，当所述主钻头旋转时，所述连接件及管棚钢管均不旋转，当所述主钻头钻进时，所述连接件及管棚钢管均随所述主钻头做直线钻进运动。

如上所述的方面及任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，若干个所述加强环沿管棚钢管轴线均匀布置或非均匀布置。

如上所述的方面及任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，相邻所述加强环之间的所述楔形筋为多个，沿管棚钢管周向均匀或非均匀布置。

如上所述的方面及任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，相邻所述加强环之间的所述楔形筋为4个，沿管棚钢管周向均匀布置。

另一方面，本发明还提供了一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚，包括导向墙、定位点及如上述的导向自钻式管棚钢管装置；

所述导向墙上均匀设置所述定位点，每个所述定位点处均钻设所述导向自钻式管棚钢管装置；砂浆注入所述管棚钢管的注浆腔，并通过出浆口向外溢流，溢流处的砂浆与管棚钢管周边土层结合为一体。

如上所述的方面及任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述导向墙整体为弧状或半圆状，由钢筋和混凝土浇筑而成。

本发明还提供了一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚的施工方法，使用上述的导向自钻式管棚钢管装置；所述方法包括：

S1、浇筑导向墙，在所述导向墙设定位置找准定位点；

S2、主钻头安装在钻杆上，套上管棚钢管，进行钻进，到达设定深度后，主钻头通过钻机退出管棚钢管，再进行下一个定位点的施工，从而构成一个管棚结构；

S3、将砂浆注入每一个管棚钢管的注浆腔内，砂浆在注浆腔内流动，然后砂浆从出浆口向外溢流，溢流处的砂浆与管棚钢管周边土层结合为一体。

本发明的有益效果为：通过在管棚钢管外端设置加强环和楔形筋，使得管棚钢管既能利用加强环、楔形筋与周边土层有效粘结，又能加固钢管，进而大大提高了管棚结构与周边土层的整体性与稳定性，从而减小了施工安全隐患；同时，本发明安装有钻头，且钻头和管棚钢管连接，减少扩孔、清孔相关工序，提高施工效率，大大缩短工期。

附图说明

图1所示为本发明实施例一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置的结构示意图。

图2所示为实施例中一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置的剖面示意图。

图3所示为实施例中管棚钢管的前视图。

图4所示为本发明实施例一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚的整体结构示意图。

图5所示为实施例中导向墙与土体(山体)位置关系示意图。

其中：1-导向墙；2-定位点；3-管棚钢管；4-主钻头；5-注浆腔；6-楔形筋；7-加强环；41-钻头齿；42-连接件；43-连接螺纹；31-出浆口。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图1-图3所示，本发明实施例一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚钢管装置，包括主钻头4和管棚钢管3；所述管棚钢管3外周沿垂直轴线方向设置若干个加强环7，相邻所述加强环7之间沿管棚钢管3轴线方向设置有楔形筋6；所述管棚钢管3内部形成注浆腔5，所述管棚钢管3的表面设置多个出浆口31；所述主钻头4通过连接螺纹43与钻杆连接，所述主钻头4还通过连接件42与所述管棚钢管3的一端连接。连接件42的作用是：当主钻头4旋转时，连接件42及与连接件42连接的管棚钢管3并不随主钻头4一起旋转，但当主钻头4钻进时，连接件42及管棚钢管3与主钻头4一起钻进。该独特设计可节省扩孔及清孔工序，提高施工效率。

加强环7的作用是管棚钢管3定位后限制其在轴向的位移，楔形筋6的作用是限制管棚钢管3沿轴线的转动，加强环7和楔形筋6共同作用的效果是限制了管棚钢管3轴向位移及沿轴旋转，大大提高了管棚钢管3与周围土层的结合性，同时提高管棚钢管3的强度和刚度。

优选的，加强环7采用圆环结构或多边环形结构，且为若干个，更好限定管棚钢管3的轴向移动；所述楔形筋6沿主钻头4钻进方向为倒刺型结构，有利于管棚钢管3随主钻头4钻入土层，同时限制了管棚钢管3沿轴向的向外拔出，进一步提高管棚钢管3的固定牢固性。进一步优选，相邻加强环7间的楔形筋6的个数为多个，例如为4个，如图3所示，4个楔形筋6呈上、下、左、右均匀分布在管棚钢管3外壁，使得管棚钢管3及楔形筋6承载更均匀，同时增大了与土层的接触面积。

优选的，主钻头4为球齿钻，球齿钻的前端安装有钻头齿41，后端通过连接螺纹43与钻杆连接；主钻头4通过连接件42与管棚钢管3连接。

需要说明的是，加强环7、楔形筋6既可以均匀设置，也可以非均匀设置，具体使用可根据施工现场实际情况确定。

如图4、图5所示，本发明实施例一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚，包括导向墙1、定位点2及如上述的导向自钻式管棚钢管装置；所述导向墙1上均匀设置所述定位点2，每个所述定位点2处均钻设所述导向自钻式管棚钢管装置；砂浆注入所述管棚钢管3的注浆腔5，并通过出浆口31向外溢流，溢流处的砂浆与管棚钢管3周边土层结合为一体。

优选的，所述导向墙1整体为弧状或半圆状，由钢筋和混凝土浇筑而成。导向墙1与土体(山体)的位置关系如图5所示。

本发明实施例一种用于隧道开挖的导向自钻式管棚的施工方法，使用上述的导向自钻式管棚钢管装置；所述方法包括：

S1、浇筑导向墙1，在所述导向墙1设定位置找准定位点2；

S2、主钻头4安装在钻杆上，套上管棚钢管3，进行钻进，到达设定深度后，主钻头4通过钻机退出管棚钢管3，再进行下一个定位点的施工，从而构成一个管棚结构；

S3、将砂浆注入每一个管棚钢管3的注浆腔5内，砂浆在注浆腔5内流动，然后砂浆从出浆口31向外溢流，溢流处的砂浆与管棚钢管3周边土层结合为一体。

本发明工作原理：

在实际应用时，先浇筑导向墙1，找准定位点2，将主钻头4安装至钻机钻杆上，再套上管棚钢管3，进行钻进，到达深度后，主钻头4通过钻机退出管棚钢管3，再进行下一根管棚钢管3的施工，从而构成一个管棚结构。然后将砂浆注入每一个管棚钢管3内的注浆腔4内，砂浆在注浆腔4内流动，然后砂浆能够从出浆口31向外溢流，溢流处的砂浆与管棚钢管3周边土层结合为一体，提高管棚钢管3周边土层的强度，另外，由于管棚钢管3外端设置有加强环7和楔形筋6，使得管棚钢管3既能利用加强环10与楔形筋11和周边土层有效粘结，又能加固管棚钢管3，使管棚结构能够有效支撑上方土层，进而大大提高了管棚结构与周边土层的整体性与稳定性，从而减小了施工安全隐患，同时，此种管棚施工方法，增加了与土层之间的摩擦力，有效的增加了结构的稳定性，也减少了先成孔，再清孔，最后安装的工序，节省了施工时间，提高了施工效率。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。