管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法

1.本发明属于隧洞施工技术领域，尤其涉及管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法。

背景技术：

2.现如今，隧道工程已被逐渐应用于地下施工。随着隧道工程数量及施工规模逐渐的扩大，面临问题越来越复杂，施工难度越来越大。为此，必须采用先进的隧道施工技术，保证施工质量。
3.超前帷幕注浆技术就是沿着升挖轮廓线和升挖工作面，按照一定的间距、直径、深度、倾斜角进行钻孔，并向孔内注射水泥砂浆液，使水泥浆液在开挖轮廓线外一定范围内形成一定的隔水帷幕和加强圈，从而穿越强富水或者围岩破碎层。
4.目前广为应用的普通水泥注浆，仅通过注浆压力和水泥的流动性无法来使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩石裂隙及其他通道中，且管棚和超前小导管注浆时，钢管内水泥浆液填充密实度不够、管体周围吸附的浆液易被水冲散、注浆液在围岩空隙或裂隙中扩散不均匀、扩散范围大等，使其不能达到非常好的防水、治水和有效加固围岩的目的，因此亟需开发磁性水泥注浆。

技术实现要素：

5.为了克服现有技术中隧道施工的防护方法无法有效地应用于围岩稳定性较差或存在地下水的地质条件的技术问题，本发明要解决的技术问题是对管棚和超前小导管注浆改进，提供管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，此施工方法能加大注浆液的流动性，使得注浆液能迅速的填充钢管内部，能更好排出注浆管内的气体；磁性浆液通过益浆孔向四周扩散，由于磁场作用能有效的降低填充半径，避免跑浆和漏浆，使其更有效的填充围岩的裂缝或空隙，从而起到隧道开挖面的围岩具有更强的稳定性，同时能够更加有效防水，保障了隧道施工的安全性。
6.为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法：通过帷幕注浆覆盖，使开挖轮廓线外至少5m范围内的断层破碎带围岩凝结，以防止溜塌及突涌，同时在打设超前管棚和超前小导管，增强超前支护的强度与稳定性，具体包括以下步骤：s1，超前地质预报：检测掌子面前方断层破碎带和地下水的位置，探测岩溶的发育情况；s2，测量放线：确定帷幕层的成型位置，从而确定注浆孔的钻孔位置，并对钻孔位置进行标注，相邻两注浆孔之间距离相等；s3，浇筑止浆液墙：
根据掌子面断层及出水情况确定混凝土止浆墙墙长，浇筑止浆墙；s4，埋管：在标注的钻孔位置钻至要求深度，埋设孔口管，沿孔口管继续钻孔至设计深度；s5，钻孔内放置磁性花管：在注浆孔内放置磁性花管，通电导线与外部可控开关电源连接，通过外部可控开关电源调节磁性花管的磁场大小；s6，制备磁性浆液：s7，注浆：通过注浆管向注浆孔内注浆，注浆顺序为先外圈孔、底部孔，封闭后再注中间孔，自下而上注浆，每环钻孔间隔注浆，采取前进式分段注浆和后退式分段注浆相结合的方式；s8，在超前帷幕注浆结束后，在洞口进行套拱立模，并预埋导向管，然后浇筑混凝土；s9，管棚安装：利用套管跟进的方法钻进，由高孔位向低孔位进行钻进成孔，孔深符合设计要求，安装管棚；s10，管棚内放置磁性花管：在管棚内放置磁性花管，通电导线与外部可控开关电源连接，通过外部可控开关电源调节磁性花管磁场大小；s11，制备磁性浆液：s12，管棚注浆：通过注浆管向管棚进行磁性浆液注浆，注浆应遵循着：先两侧后中间、跳孔注浆、由稀到浓的原则；s13，布置超前小导管的预钻孔孔位，并在所述预钻孔孔位进行打孔操作，以获得预注浆孔；s14，将超前小导管打入所述预注浆孔，并对所述超前小导管进行固定操作；s15，超前小导管内放置磁性花管：在超前小导管内放置磁性花管，通电导线与外部可控开关电源连接，通过外部可控开关电源调节磁性花管磁场大小；s16，制备磁性浆液：s17，通过注浆管对超前小导管进行注浆操作，以获得以获得隧道开挖前的预支护。
7.所述s6、s11和s16中磁性浆液由水性环氧树脂、固化剂、磁粉、水泥、水、分散剂、消泡剂和减水剂配置而成，具体比例为：水灰比0.2~0.4，磁粉掺量10%~30%，分散剂5%，消泡剂2%，减水剂1%，环氧树脂乳液：固化剂=1:0.85。
8.所述磁性花管上钻有直径10～16mm的花管孔，花管孔的孔间距为15～20cm，花管孔在磁性花管的管壁上呈梅花形布置，磁性花管的尾部未钻有花管孔的长度至少150cm。
9.所述管棚在拱顶150
°
范围内打设，且环向间距20~30cm，管棚的外插角为1～3
°
，搭接长度不小于1m。
10.所述s12中对管棚的钢管进行管内注浆时，要安排排气管，并使终压值达到至少
1.0mpa，并稳定至少5min。
11.所述s14~s17的具体操作为：将超前小导管前端加工成尖锥状，管壁上按照设计要求设有出浆孔；按照梅花形设计要求在开挖面上准确设定本循环需设的超前小导管的位置；采用风钻进行钻孔，超前小导管外插角严格按照设计要求施作，尾部与钢架焊接在一起，超前小导管与线路中线方向平行；超前小导管由专用顶头顶进，顶进钻孔长度不小于管长的90％，超前小导管顶进时，保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接；检查超前小导管孔口是否达到密闭标准，以防漏浆；超前小导管尾端外露足够长度，并与钢支撑焊接在一起；采用注浆机注浆，磁性浆液按照设计要求进行配制，注浆压力为0.5～1.0mpa，按单管达到要求注浆量作为结束标准，注浆结束后，将管口封堵。
12.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，主要具有以下有益效果：1、本发明首次提出了将磁性材料加入水泥注浆浆液，将磁性材料加入水泥注浆液中，与磁性的注浆花管配合使用，使得磁性浆液从注浆管内向四周充实填充，有效的使得注浆孔填充水泥浆液的密实度增加。
13.2、超前帷幕注浆时，本发明在注浆孔内放置磁性花管，外部连接外部开关电源，通过控制磁场磁性的大小，可以使得磁性浆液从花管孔向四周充实填充，有效的增加注浆孔内浆液密实度，还可以减小注浆液在岩层空隙中扩散的范围，使在帷幕外圈形成的固结圈具有更好的强度和耐久性，且避免了浆液浪费。
14.3、管棚注浆时，本发明在管棚内放置磁性花管，外部连接外部开关电源，控制磁场磁性的大小，使得注浆液能迅速的填充钢管内部，能更好排出注浆管内的气体；并且通过管棚周围的溢浆孔，磁性浆液向四周扩散，在填充围岩的裂缝或空隙时，能有效的降低填充半径，避免跑浆，使注入的磁性水泥浆液能与有效范围内的土体粘合而形成更加稳定的混凝土的固结体，起到更好的止水防水的效果。
15.4、超前小导管注浆时，本发明在超前小导管内放置磁性花管，外部连接电源，控制磁性磁场的大小，磁性浆液能更加密实的填充超前小导管，能更好的排除管内的气体，能使注浆液在围岩空隙或裂隙中扩散更加均匀，使其扩散范围减小，有效的防止了漏浆和跑浆，注浆液能更好的以充填的方式，置换土颗粒和岩石裂隙中的水分和空气占据的位置，与其胶结成一个强度大、防水性能更好的固结体，更好的提高了岩体自身整体强度，改善围岩支护状态。
16.5、在对管棚和超前小导管进行注浆时，由于管体内磁场具有吸引力，可以防止管体周围吸附的砂浆被岩体渗水冲散。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
18.图1磁性砂浆注浆流程。
19.图2为常规下超前帷幕注浆示意图。
20.图3为本发明超前帷幕注浆示意图。
21.图4为常规下超前小导管注浆示意图。
22.图5为本发明超前小导管磁浆液注浆示意图。
23.图6 为本发明管棚磁性浆液注浆示意图。
24.图中：1.注浆管；2.磁性花管；3. 注浆孔；4. 通电导线；5. 超前小导管；6.管棚；7.止浆塞；8.加强箍；9.铁箍；10.裂隙；11.固结体；12.外部开关电源。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
26.实施例1：为了更好地突出本发明的优点，下面结合常规注浆与磁性浆液注浆的示意图对本发明进行进一步的阐述。
27.参见图2、4，图2为常规的超前帷幕注浆，在注浆的过程中，浆液通过注浆管1进入注浆孔3，有少量的浆液吸附在注浆孔周围，还有浆液会沿着岩石裂隙10留走，出现跑浆现象。图4为常规的超前小导管注浆，注浆过程中，浆液通过注浆管1进入超前小导管5内部，后通过溢浆孔向四周扩散，有少量浆液吸附钢管周围，岩石裂隙10中出现跑浆，岩石空隙中形成固结体11。
28.参见图5-6，为本发明对管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆改进，它包括强力电磁花管装置，所述强力电磁花管装置是在钢花管中加置了磁性花管2，利用通电导线4与外部开关电源3连接，通过调节外部开关电源3电流来控制钢花管内部磁场大小，注浆时，磁性浆液在磁性的作用下，在磁性花管2周围吸附大量成层的浆液，防止了跑浆、漏浆。
29.实施例2：对照图1、3、5、6，管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法：通过帷幕注浆覆盖，使开挖轮廓线外至少5m范围内的断层破碎带围岩凝结，以防止溜塌及突涌，同时在打设超前管棚和超前小导管，增强超前支护的强度与稳定性，具体包括以下步骤：s1，超前地质预报：检测掌子面前方断层破碎带和地下水的位置，探测岩溶的发育情况；s2，测量放线：确定帷幕层的成型位置，从而确定注浆孔3的钻孔位置，并对钻孔位置进行标注，相邻两注浆孔3之间距离相等；s3，浇筑止浆液墙：根据掌子面断层及出水情况确定混凝土止浆墙墙长，浇筑止浆墙；s4，埋管：在标注的钻孔位置钻至要求深度，埋设孔口管，沿孔口管继续钻孔至设计深度；s5，钻孔内放置磁性花管：在注浆孔3内放置磁性花管2，通电导线4与外部可控开关电源12连接，通过外部可控开关电源12调节磁性花管2的磁场大小；s6，制备磁性浆液：s7，注浆：通过注浆管1向注浆孔3内注浆，注浆顺序为先外圈孔、底部孔，封闭后再注中间孔，自下而上注浆，每环钻孔间隔注浆，采取前进式分段注浆和后退式分段注浆相结
合的方式；s8，在超前帷幕注浆结束后，在洞口进行套拱立模，并预埋导向管，然后浇筑混凝土；s9，管棚安装：利用套管跟进的方法钻进，由高孔位向低孔位进行钻进成孔，孔深符合设计要求，安装管棚6；s10，管棚内放置磁性花管：在管棚6内放置磁性花管2，通电导线4与外部可控开关电源12连接，通过外部可控开关电源12调节磁性花管2磁场大小；s11，制备磁性浆液：s12，管棚注浆：通过注浆管1向管棚6进行磁性浆液注浆，注浆应遵循着：先两侧后中间、跳孔注浆、由稀到浓的原则；s13，布置超前小导管的预钻孔孔位，并在所述预钻孔孔位进行打孔操作，以获得预注浆孔；s14，将超前小导管5打入所述预注浆孔，并对所述超前小导管5进行固定操作；s15，超前小导管5内放置磁性花管：在超前小导管5内放置磁性花管2，通电导线4与外部可控开关电源12连接，通过外部可控开关电源12调节磁性花管2磁场大小；s16，制备磁性浆液：s17，通过注浆管1对超前小导管5进行注浆操作，以获得隧道开挖前的预支护。
30.实施例3：优选的，所述s6、s11和s16中磁性浆液由水性环氧树脂、固化剂、磁粉、水泥、水、分散剂、消泡剂和减水剂配置而成，具体比例为：水灰比0.2~0.4，磁粉掺量10%3~0%，分散剂5%，消泡剂2%，减水剂1%，环氧树脂乳液：固化剂=1:0.85。进一步的，所述磁性花管2上钻有直径10～16mm的花管孔，花管孔的孔间距为15～20cm，花管孔在磁性花管2的管壁上呈梅花形布置，磁性花管2的尾部未钻有花管孔的长度至少150cm。
31.进一步的，所述管棚在拱顶150
°
范围内打设，且环向间距20~30cm，管棚的外插角为1～3
°
，搭接长度不小于1m。
32.进一步的，所述s12中对管棚6的钢管进行管内注浆时，要安排排气管，并使终压值达到至少1.0mpa，并稳定至少5min。
33.进一步的，所述s14~s17的具体操作为：将超前小导管5前端加工成尖锥状，管壁上按照设计要求设有出浆孔；按照梅花形设计要求在开挖面上准确设定本循环需设的超前小导管5的位置；采用风钻进行钻孔，超前小导管5外插角严格按照设计要求施作，尾部与钢架焊接在一起，超前小导管5与线路中线方向平行；超前小导管5由专用顶头顶进，顶进钻孔长度不小于管长的90％，超前小导管5顶进时，保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接；检查超前小导管5孔口是否达到密闭标准，以防漏浆；超前小导管5尾端外露足够长度，并与钢支撑焊接在一起；采用注浆机注浆，磁性浆液按照设计要求进行配制，注浆压力为0.5～1.0mpa，按单管达到要求注浆量作为结束标准，注浆结束后，将管口封堵。

技术特征：

1.管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，其特征在于：通过帷幕注浆覆盖，使开挖轮廓线外至少5m范围内的断层破碎带围岩凝结，以防止溜塌及突涌，同时在打设超前管棚和超前小导管，增强超前支护的强度与稳定性，具体包括以下步骤：s1，超前地质预报：检测掌子面前方断层破碎带和地下水的位置，探测岩溶的发育情况；s2，测量放线：确定帷幕层的成型位置，从而确定注浆孔（3）的钻孔位置，并对钻孔位置进行标注，相邻两注浆孔（3）之间距离相等；s3，浇筑止浆液墙：根据掌子面断层及出水情况确定混凝土止浆墙墙长，浇筑止浆墙；s4，埋管：在标注的钻孔位置钻至要求深度，埋设孔口管，沿孔口管继续钻孔至设计深度；s5，钻孔内放置磁性花管：在注浆孔（3）内放置磁性花管（2），通电导线（4）与外部可控开关电源（12）连接，通过外部可控开关电源（12）调节磁性花管（2）的磁场大小；s6，制备磁性浆液：s7，注浆：通过注浆管（1）向注浆孔（3）内注浆，注浆顺序为先外圈孔、底部孔，封闭后再注中间孔，自下而上注浆，每环钻孔间隔注浆，采取前进式分段注浆和后退式分段注浆相结合的方式；s8，在超前帷幕注浆结束后，在洞口进行套拱立模，并预埋导向管，然后浇筑混凝土；s9，管棚安装：利用套管跟进的方法钻进，由高孔位向低孔位进行钻进成孔，孔深符合设计要求，安装管棚（6）；s10，管棚内放置磁性花管：在管棚（6）内放置磁性花管（2），通电导线（4）与外部可控开关电源（12）连接，通过外部可控开关电源（12）调节磁性花管（2）磁场大小；s11，制备磁性浆液：s12，管棚注浆：通过注浆管（1）向管棚（6）进行磁性浆液注浆，注浆应遵循着：先两侧后中间、跳孔注浆、由稀到浓的原则；s13，布置超前小导管的预钻孔孔位，并在所述预钻孔孔位进行打孔操作，以获得预注浆孔；s14，将超前小导管（5）打入所述预注浆孔，并对所述超前小导管（5）进行固定操作；s15，超前小导管（5）内放置磁性花管：在超前小导管（5）内放置磁性花管（2），通电导线（4）与外部可控开关电源（12）连接，通过外部可控开关电源（12）调节磁性花管（2）磁场大小；s16，制备磁性浆液：
s17，通过注浆管（1）对超前小导管（5）进行注浆操作，以获得隧道开挖前的预支护。2.根据权利要求1所述管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，其特征在于，所述s6、s11和s16中磁性浆液由水性环氧树脂、固化剂、磁粉、水泥、水、分散剂、消泡剂和减水剂配置而成，具体比例为：水灰比0.2~0.4，磁粉掺量10%~30%，分散剂5%，消泡剂2%，减水剂1%，环氧树脂乳液：固化剂=1:0.85。3.根据权利要求1所述管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，其特征在于，所述磁性花管（2）上钻有直径10～16mm的花管孔，花管孔的孔间距为15～20cm，花管孔在磁性花管（2）的管壁上呈梅花形布置，磁性花管（2）的尾部未钻有花管孔的长度至少150cm。4.根据权利要求1所述管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，其特征在于，所述管棚在拱顶150
°
范围内打设，且环向间距20~30cm，管棚的外插角为1～3
°
，搭接长度不小于1m。5.根据权利要求1所述管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，其特征在于，所述s12中对管棚（6）的钢管进行管内注浆时，要安排排气管，并使终压值达到至少1.0mpa，并稳定至少5min。6.根据权利要求1所述管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，其特征在于，所述s14~s17的具体操作为：将超前小导管（5）前端加工成尖锥状，管壁上按照设计要求设有出浆孔；按照梅花形设计要求在开挖面上准确设定本循环需设的超前小导管（5）的位置；采用风钻进行钻孔，超前小导管（5）外插角严格按照设计要求施作，尾部与钢架焊接在一起，超前小导管（5）与线路中线方向平行；超前小导管（5）由专用顶头顶进，顶进钻孔长度不小于管长的90％，超前小导管（5）顶进时，保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接；检查超前小导管（5）孔口是否达到密闭标准，以防漏浆；超前小导管（5）尾端外露足够长度，并与钢支撑焊接在一起；采用注浆机注浆，磁性浆液按照设计要求进行配制，注浆压力为0.5～1.0mpa，按单管达到要求注浆量作为结束标准，注浆结束后，将管口封堵。

技术总结

本发明提供了管棚和超前小导管进行磁性浆液注浆的施工方法，该改进包括对超前帷幕注浆、管棚和超前小导管注浆时，向注浆孔、钢管内放置磁性花管，外部接电源，来控制磁场磁性大小，再对水泥浆液中加入水性环氧树脂、固化剂、磁粉等材料搅拌均匀来制备磁性水泥浆液。并对所述的超前帷幕注浆孔、管棚和超前小导管进行注浆操作，此改进的磁性水泥浆液能使注浆液在围岩空隙或裂隙中扩散均匀，有效的减小扩散范围，能防止漏浆和跑浆，还能使注浆液迅速的填充钢管内部，能更好排出注浆管内的气体等，使注入的磁性水泥浆液能与有效范围内的围岩粘合而形成更加稳定的混凝土的固结体，从而更好增加围岩的稳定性，同时更好的防水，保障隧道施工的安全性。施工的安全性。施工的安全性。