软弱围岩隧道超前加强支护施工方法技术领域
本发明属于隧道超前支护施工技术领域，尤其是涉及一种软弱围岩隧道
超前加强支护施工方法。
背景技术
管棚超前支护是将一组钢管(即管棚管)沿隧道的开挖轮廓线外侧己
钻好的钻孔打入地层内，并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体
系，用以支承来自于管棚上部围岩的荷载，并通过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。
隧道施工中，级别为Ⅳ级以下的围岩为软弱围岩。如对沪昆客运专线
中的大独山隧道进行施工时，该隧道位于关岭～普安区间，属I级风险高
隧道，地质条件复杂，不可预见地质灾害较多，围岩岩性为泥岩、泥质灰
岩，岩质较软，含泥量严重；节理裂隙发育，地下水发育，岩体遇水后软
化极快，多呈散体状及粉末状，围岩自稳能力极差，施工过程中极易发生
坍方。大独山隧道洞身主要穿越白云岩、灰岩、泥岩、泥灰岩、泥岩夹砂
岩等地层，其中可溶岩段长8753m。洞身依次穿越大兴寨断层、龙门地断
层、垮岩断层、大湾断层、营盘坡断层、杨家冲断层、永宁镇断层等7个
断层，8个推测破碎带，4个可溶岩与非可溶岩接触带。因此，大独山隧
道的管棚超前支护施工难度非常大。
目前，在隧道工程施工中，管棚施工主要采用的是引孔顶入法施工，
具体先在隧道开挖轮廓线外利用钻机钻好钻孔，然后将管棚顶入已钻好的
钻孔内，最后进行注浆稳固。实际施工时，引孔顶入法存在以下方面问题：
第一、施工工序多，工序衔接复杂，施工工期较长，灵活性较差，超前支
护长度及参数很难根据实际钻进施工情况进行及时调整，并且需专业作业
队进行施工；第二、管棚安装到位后，采用低压灌浆，浆液扩散半径小，
难以形成较大范围的加固圈；第三、管棚管上开孔，因管棚管管体开孔的
原因，浆液先充填近端，阻断排气通道，造成管棚远端以及顶部存在空气
包，注浆不能饱满；第四、围岩自稳能力较差的施工区域，易塌孔，顶入
管棚困难。因此，需设计一种方法步骤简单、设计合理且施工简便、支护
效果好的软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，能简便、快速完成软弱围
岩隧道超前支护过程，能解决现有隧道管棚超前支护施工方法存在的工序
复杂、施工工期长、施工难度较高、超前支护效果较差等问题。
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
种软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其方法步骤简单、设计合理且施
工简便、支护效果好，能简便、快速完成软弱围岩隧道超前支护过程，能
解决现有隧道管棚超前支护施工方法存在的工序复杂、施工工期长、施工
难度较高、超前支护效果较差等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种软弱围岩隧道超
前加强支护施工方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个
节段对所施工隧道进行管棚超前支护施工，多个所述节段的管棚超前支护
施工方法均相同；对任一个节段进行管棚超前支护施工时，包括以下步骤：
步骤一、护拱与导向管施工：在当前施工节段的掌子面后侧安装一个
护拱；所述护拱为对所施工隧道的隧道洞拱部进行支撑的钢拱架，所述钢
拱架上安装有多个分别对多根管棚管进行导向的导向管；
多根所述管棚管的外插角均为1°～3°，每根所述管棚管均与对其进
行导向的导向管呈同轴布设；多个所述导向管沿钢拱架的中心线由左至右
进行布设，多个所述导向管的结构和尺寸均相同且其均布设在隧道洞的同
一个隧道横断面上；
多根所述管棚管的结构和尺寸均相同；每根所述管棚管均包括由多个
管节拼接而成的管体和同轴安装在所述管体前端的钻头，多个所述管节均
呈同轴布设，多个所述管节的结构均相同且其由前至后进行布设；多个所
述管节的横截面结构和尺寸均相同且其均为螺旋钢管，相邻两个所述管节
之间均通过连接套进行密封连接；多个所述管节中位于最前侧的管节为前
端管节，多个所述管节中位于最后侧的管节为后端管节，所述钻头安装在
所述前端管节的前部；所述钻头上开有多个注浆孔，多个所述注浆孔均与
所述管体内部相通；
所述管棚管为第一管棚管或第二管棚管，所述第一管棚管和所述第二
管棚管的数量均为多根，所述第一管棚管与所述第二管棚管呈交错布设，
且相邻两根所述第一管棚管之间均布设有一根所述第二管棚管；
步骤二、钻机与注浆机安装就位：在步骤一中所述钢拱架后侧安装钻
机与注浆机；
步骤三、管棚超前支护施工：对步骤一中多根所述管棚管分别进行管
棚超前支护施工，多根所述管棚管的管棚超前支护施工方法均相同，且多
根所述管棚管分别经多个所述导向管由后向前钻进掌子面前方岩体内；对
多根所述管棚管进行管棚超前支护施工时，过程如下：
步骤301、第一管棚管钻孔及同步注浆施工：从左至右或从右至左对
多根所述第一管棚管分别进行钻孔及同步注浆施工，多根所述第一管棚管
的钻孔及同步注浆施工方法均相同；对任一根所述第一管棚管进行钻孔及
同步注浆施工时，过程如下：
步骤3011、钻进前准备：在当前所施工管棚管的前端管节前部安装钻
头，并将所述前端管节的后端与步骤二中所述钻机的钻进驱动机构连接，
同时通过注浆管将所述前端管节的后端与步骤二中所述注浆机的注浆口
连接；
步骤3012、前端管节钻进及同步注浆：将步骤301中所述前端管节由
后向前插入至对当前所施工管棚管进行导向的导向管内，并使所述前端管
节与所插入的导向管呈同轴布设；之后，启动所述钻机并通过所述钻机由
后向前进行钻进；钻进过程中，采用所述注浆机同步进行注浆；
步骤3013、管节接续：在当前已完成钻进且位于最后侧的管节后侧安
装下一个管节，并将当前所安装管节的后端与步骤301中所述钻进驱动机
构连接，同时通过所述注浆管将当前所安装管节的后端与步骤301中所述
注浆口连接；
步骤3014、持续钻进及同步注浆：启动所述钻机并通过所述钻机由后
向前进行钻进；钻进过程中，采用所述注浆机同步进行注浆；
步骤3015、多次重复步骤3013至步骤3014，直至完成当前所施工管
棚管中所有管节的钻进过程，完成当前所施工管棚管的钻孔及同步注浆施
工过程，获得当前所施工管棚管所处的钻孔；
步骤3016、下一根第一管棚管钻孔及同步注浆施工：按照步骤3011
至步骤3015中所述的方法，对下一根所述第一管棚管进行钻孔及同步注
浆施工；
步骤3017、多次重复步骤3016，直至完成多根所述第一管棚管的钻
孔及同步注浆施工过程；
步骤302、第一管棚管终孔注浆施工：待多根所述第一管棚管的钻孔
及同步注浆施工过程均完成后，从左至右或从右至左对多根所述第一管棚
管分别进行终孔注浆施工；多根所述第一管棚管的终孔注浆施工方法均相
同；对任一根所述第一管棚管进行终孔注浆施工时，过程如下：
步骤3021、钻孔孔口封堵：对当前所施工管棚管所处钻孔的孔口进行
封堵，获得钻孔孔口封堵结构，并在所述钻孔孔口封堵结构布设排气孔；
所述钻孔孔口封堵结构为位于所述钻孔的孔口与当前所施工管棚管的外
侧壁之间环形空腔内的封堵结构，所述排气孔与所述环形空腔内部相通；
步骤3022、终孔注浆：步骤3021中钻孔孔口封堵完成后，采用所述
注浆机进行二次注浆，直至所述排气孔内有所注浆液流出为止，完成当前
所施工管棚管的终孔注浆施工过程；
步骤3023、下一根第一管棚管终孔注浆施工：按照步骤3021至步骤
3022中所述的方法，对下一根所述第一管棚管进行终孔注浆施工；
步骤3024、多次重复步骤3023，直至完成多根所述第一管棚管的终
孔注浆施工过程；
步骤303、第二管棚管钻孔及同步注浆施工：从左至右或从右至左对
多根所述第二管棚管分别进行钻孔及同步注浆施工，多根所述第二管棚管
的钻孔及同步注浆施工方法均相同；对任一根所述第二管棚管进行钻孔及
同步注浆施工时，均按照步骤3011至步骤3015中所述的方法进行钻孔及
同步注浆施工；
步骤304、第二管棚管终孔注浆施工：待多根所述第二管棚管的钻孔
及同步注浆施工过程均完成后，从左至右或从右至左对多根所述第二管棚
管分别进行终孔注浆施工；多根所述第二管棚管的终孔注浆施工方法均相
同；对任一根所述第二管棚管进行终孔注浆施工时，均按照步骤3021至
步骤3022中所述的方法进行终孔注浆施工。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：步骤一中所述
管体为所述钻机的螺旋钻杆，所述连接套为钻杆连接套。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：步骤一中进行
护拱与导向管施工时，先在当前施工节段的掌子面后侧施工一个供步骤二
中所述钻机使用的钻机工作室，所述钢拱架安装在所述钻机工作室的前侧
内部；所述钻机工作室为对隧道洞的拱部向外开挖后形成的空间；所述钻
机工作室的长度为5m～8m。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：所述钢拱架浇
筑于导向墙内，所述导向墙为弧形且其为混凝土墙体；所述钻机工作室内
设置有第一隧道初期支护结构，所述第一隧道初期支护结构包括由喷射在
钻机工作室内壁上的混凝土形成的第一混凝土喷射层和多个由前至后支
撑于钻机工作室内的第一型钢支架，多个所述第一型钢支架均固定于第一
混凝土喷射层内且其为对钻机工作室的拱部与左右两侧边墙进行支护的
型钢支架；所述导向墙位于第一混凝土喷射层下方且其与第一混凝土喷射
层紧固连接为一体；
步骤304中完成多根所述第二管棚管的终孔注浆施工过程后，沿隧道
延伸方向由后向前对当前施工节段进行隧道开挖施工；开挖过程中，由后
向前对已开挖形成的隧道洞进行初期支护，并获得第二隧道初期支护结
构；所述第二隧道初期支护结构包括由喷射在隧道洞内壁上的混凝土形成
的第二混凝土喷射层和多个由前至后支撑于隧道洞内的第二型钢支架；所
述第二混凝土喷射层与第一混凝土喷射层紧固连接为一体。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：步骤3012和
步骤3014中采用所述注浆机同步进行注浆时以及步骤3022中采用所述注
浆机进行二次注浆时，所注浆液均为水泥浆；所述水泥浆的水灰比为0.5。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：步骤3012和
步骤3014中采用所述注浆机同步进行注浆时，注浆压力为3MPa～4MPa；
步骤3022中采用所述注浆机进行二次注浆时，注浆压力为5MPa～6MPa。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：步骤3012中
采用所述注浆机同步进行注浆时，所注浆液经所述前端管节由后向前流向
钻头，并经钻头上的多个所述注浆孔流出；步骤3012中钻进过程中，通
过所注浆液对钻头上的钻屑进行清理，并对钻头进行冷却与润滑；
步骤3014中采用所述注浆机同步进行注浆时，所注浆液经当前已连
接为一体的多个所述管节由后向前流向钻头，并经钻头上的多个所述注浆
孔流出；步骤3014中钻进过程中，通过所注浆液对钻头上的钻屑进行清
理，并对钻头进行冷却与润滑；
步骤3022中采用所述注浆机进行二次注浆时，所注浆液经当前所施
工管棚管的管体由后向前流向钻头，并经钻头上的多个所述注浆孔流至所
述管体与所述钻孔孔壁之间的环形区域，且所注浆液从前至后注满所述环
形区域。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：步骤3012和
步骤3014中启动所述钻机并通过所述钻机由后向前进行钻进时，钻进速
度为25m/h～35m/h；
步骤3012和步骤3014中采用所述注浆机同步进行注浆时以及步骤
3022中采用所述注浆机进行二次注浆时，所注浆液的注浆流量均为
550ml/h～600ml/h。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：步骤一中所述
管体的外径为Φ70mm～Φ120mm；所述钻头为直径由后向前逐渐缩小的圆
锥形钻头，所述钻头的后端直径大于所述管体的外径，所述圆锥形钻头的
外侧壁上设置有多个沿螺旋方向布设有多个钻齿，多个所述管节的螺旋方
向均相同，且多个所述钻齿的螺旋方向与所述管节的螺旋方向相同；多个
所述注浆孔沿圆周方向均匀布设且其均沿钻头的中心轴线布设。
上述软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，其特征是：步骤3011所
述钻进驱动机构的前端装有用于连接管节的连接接头，所述连接接头上设
置有注浆接口，所述注浆接口通过所述注浆管与注浆机的注浆口连接；
步骤一中所述管体的长度为15m～30m；所述管节的长度为3m～6m；
步骤304中完成第二管棚管终孔注浆施工过程后，获得当前施工节段
的管棚超前支护结构；前后相邻两个所述节段的所述管棚超前支护结构之
间的搭接长度不小于3m。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、方法步骤简单且实现方便，投入成本较低。
2、施工方法设计合理且施工简便、施工周期短、施工效率高，先在
隧道掌子面后方6m范围施做钻机工作室，再在隧道掌子面部位施做简易
护拱和导向管，之后将钻机与注浆机安装就位，然后便可进行管棚超前支
护施工。
3、对任一根管棚管进行钻孔及同步注浆施工时，均用高强度螺旋钢
管端头配带的合金钻头旋转切割岩体，切割过程中水泥浆液起到带走钻
屑、冷却钻头、润滑作用等作用，沿管棚管的设计轨迹对各管节进行钻进。
钻进过程中，待一个管节钻进到位后停止高压注浆，利用钻机自带管钳分
离钻机与钻进到位的管节，之后拼接下一个管节，待下一个管节接好后先
高压注浆，直至钻孔的孔口有水泥浆液流出再次开始钻进；这样，直至完
成所有管节的钻进过程。因而，管棚管的钻孔过程采用边钻边注浆的方式，
钻孔过程中同步完成管棚顶入过程，大幅度简化管棚施工过程，有效降低
软弱围岩隧道的管棚超前支护施工难度。
4、对任一根管棚管进行终孔注浆施工时，施工方法简单、设计合理
且实现方便、注浆加固效果好，待单根管棚管钻进到位后，利用注浆机对
管棚管进行二次高压注浆，且采用底部返浆结构，即封闭钻孔孔口(留排
气孔)，直至排气孔有水泥浆液流出。
5、单根管棚管的钻进过程采用边注浆边钻进的方式，使管棚安装有
类似旋喷桩的效果，能有效增加注浆扩散半径，改良围岩。同时，钻进到
位后进行终孔注浆施工，能进一步增大浆液扩散半径，并形成较大范围的
加固圈，并注浆加固效果好，注浆饱满，填充密实。并且，由于管棚管管
壁为封闭管壁且未开孔，能有效避免因管棚管管体开孔导致浆液先充填近
端、阻断排气通道造成管棚远端以及顶部存在空气包、注浆不能饱满等问
题。
6、单根管棚管的钻进过程采用水泥浆护壁钻进，能有效避免发生塌
孔、卡钻等事故，加快施工进度，规避施工风险。
7、实际进行管棚超前支护施工时，采用隔孔施工方式，能满足软弱
围岩隧道的管棚超前支护需求，并且支护效果好。实际施工时，将管棚管
分为第一管棚管和第二管棚管两种类型，先对第一管棚管进行钻孔及同步
注浆施工，待所有第一管棚管的钻孔及同步注浆施工过程均完成后，再对
多根第一管棚管进行终孔注浆施工；随后，再对第二管棚管进行钻孔及同
步注浆施工，待所有第二管棚管的钻孔及同步注浆施工过程均完成后，再
对多根第二管棚管进行终孔注浆施工。这样，不仅施工简便，并且各管棚
管施工互不影响。同时，注浆加固过程分为前后两次，其中多根第一管棚
管的终孔注浆施工完成后，完成通过多根第一管棚管对隧道洞周侧围岩进
行全面注浆加固的加固过程；然后，再通过相邻两根第一管棚管之间的第
二管棚管对隧道洞周侧围岩进行二次全面加固，加固效果更佳。
8、所采用的管棚管结构简单、设计合理且拼接方便，并且强度高、
使用过程安全可靠，将管棚管作为钻杆使用，安装方便且钻进过程简便，
同时管棚管的强度高，能满足隧道超前支护需求。同时，管棚管中各管节
均为螺旋钢管，相邻管节之间均采用钻杆连接套进行连接，安装方便且钻
进过程易于控制，管壁为密闭状态，仅通过钻头进行注浆。
9、施工过程大幅度简化，管棚管的钻进、安装与注浆过程一体化，
不需要跟管钻进。
10、终孔补浆采用封闭钻孔孔口(留排气孔)且钻孔底部返浆的高压
注浆方式，能有效增加水泥浆液的扩散范围和注浆体的密实度，增加管棚
体的承载能力。
11、与现有直径Φ108mm的大管棚施工相比，本发明具有施工方法简
单、施工工期短、省工省时、施工成本低等优点。通过现场试验，采用本
发明施做一环30m长的管棚隧道超前支护结构所需时间为2.6天，平均每
天开挖进尺2.0m，月进尺50m～60m；而现有直径Φ108mm的大管棚施工时，
根据经验施做一环30m长的大管棚需25天，按平均每天开挖进尺2.0m，
则月进尺20m，达不到Ⅴ级围岩指导性施组进度指标。本发明具有施工速
度快、支护效果好等优点，将节省大量的时间及对窝工影响较小，能节省
大量的设备、劳力，并能有效确保施工安全降低施工风险；而现有直径Φ
108mm大管棚的施工周期较长，专业性较强，会造成大量的机械设备及人
员的窝工。另外，采用本发明进行软弱围岩隧道超前支护施工时，每延米
费用约518元/m；而现有直径Φ108mm大管棚施工时，每延米费用约1033
元/m。
12、使用效果好且实用价值高，与传统的引管顶入法相比，管棚管采
用高强度管，并在高强管端头配带合金钻头，钻头作为旋转注浆头，在钻
机的作用下进行水泥浆护壁钻进，钻进、管棚管安装与注浆一次完成，终
孔进行二次高压注浆，最终在隧道拱部形成高强度的管棚超前支护体系。
同时，采用边钻进边注浆的方式，浆液扩散半径较大，能在一定程度上改
良围岩，二次高压注浆采用底部返浆结构，封闭孔口(留排气孔)可有效
解决排气问题，并且高压注浆能有效增加注浆体密实度，进一步加固围岩。
由上述内容可知，本发明施工工艺简单快捷，施工周期短，加固效率高，
能有效规避施工风险。对提高软弱围岩的稳定性，具有很好的作用。采用
本发明进行软弱围岩隧道超前支护后，原掌子面前方破碎围岩能有效地固
结在一起，岩体整体性提高，稳定性加强，有效地避免了在施工过程中出
现掉块及滑塌事故。
13、适用面广且推广应用前景广泛，能广泛应用于铁路、水电、公路、
煤矿等隧道或巷道工程，尤其适用于浅埋暗挖隧道和软弱围岩地段隧道拱
部超前支护，并且具有施工成本低、施工易于操作、支护效果好等优点，
有利于加快施工进度，社会效益及经济价值极高。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便、支护效果好，
能简便、快速完成软弱围岩隧道超前支护过程，能解决现有隧道管棚超前
支护施工方法存在的工序复杂、施工工期长、施工难度较高、超前支护效
果较差等问题。
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为本发明对所施工隧道一个节段进行管棚超前支护施工时的方法
流程框图。
图2为本发明管棚超前支护结构的横断面结构示意图。
图2-1为本发明钢拱架、弧形钢筋网与导向管的结构示意图。
图3为本发明管棚超前支护结构的纵断面结构示意图。
图4为本发明管棚管的结构示意图。
图5为本发明钻机工作室的结构示意图。
附图标记说明:
1—钢拱架；2—导向管；3—管棚管；
3-1—管节；3-2—钻头；3-3—钻杆连接套；
4—隧道洞；5—钻机工作室；6—导向墙；
7—第一型钢支架；8—第一混凝土喷射层；
9—第二混凝土喷射层；10—第二型钢支架；11—弧形钢筋；
12—连接钢筋。
具体实施方式
如图1所示的一种软弱围岩隧道超前加强支护施工方法，沿隧道纵向
延伸方向由后向前分多个节段对所施工隧道进行管棚超前支护施工，多个
所述节段的管棚超前支护施工方法均相同；对任一个节段进行管棚超前支
护施工时，包括以下步骤：
步骤一、护拱与导向管施工：在当前施工节段的掌子面后侧安装一个
护拱；所述护拱为对所施工隧道的隧道洞4拱部进行支撑的钢拱架1，所
述钢拱架1上安装有多个分别对多根管棚管3进行导向的导向管2，详见
图2、图2-1和图3；
多根所述管棚管3的外插角均为1°～3°，每根所述管棚管3均与对
其进行导向的导向管2呈同轴布设；多个所述导向管2沿钢拱架1的中心
线由左至右进行布设，多个所述导向管2的结构和尺寸均相同且其均布设
在隧道洞4的同一个隧道横断面上；
多根所述管棚管3的结构和尺寸均相同；如图4、图5所示，每根所
述管棚管3均包括由多个管节3-1拼接而成的管体和同轴安装在所述管体
前端的钻头3-2，多个所述管节3-1均呈同轴布设，多个所述管节3-1的
结构均相同且其由前至后进行布设；多个所述管节3-1的横截面结构和尺
寸均相同且其均为螺旋钢管，相邻两个所述管节3-1之间均通过连接套进
行密封连接；多个所述管节3-1中位于最前侧的管节3-1为前端管节3-1，
多个所述管节3-1中位于最后侧的管节3-1为后端管节3-1，所述钻头3-2
安装在所述前端管节3-1的前部；所述钻头3-2上开有多个注浆孔，多个
所述注浆孔均与所述管体内部相通；
所述管棚管3为第一管棚管或第二管棚管，所述第一管棚管和所述第
二管棚管的数量均为多根，所述第一管棚管与所述第二管棚管呈交错布
设，且相邻两根所述第一管棚管之间均布设有一根所述第二管棚管；
步骤二、钻机与注浆机安装就位：在步骤一中所述钢拱架1后侧安装
钻机与注浆机；
步骤三、管棚超前支护施工：对步骤一中多根所述管棚管3分别进行
管棚超前支护施工，多根所述管棚管3的管棚超前支护施工方法均相同，
且多根所述管棚管3分别经多个所述导向管2由后向前钻进掌子面前方岩
体内；对多根所述管棚管3进行管棚超前支护施工时，过程如下：
步骤301、第一管棚管钻孔及同步注浆施工：从左至右或从右至左对
多根所述第一管棚管分别进行钻孔及同步注浆施工，多根所述第一管棚管
的钻孔及同步注浆施工方法均相同；对任一根所述第一管棚管进行钻孔及
同步注浆施工时，过程如下：
步骤3011、钻进前准备：在当前所施工管棚管3的前端管节3-1前部
安装钻头3-2，并将所述前端管节3-1的后端与步骤二中所述钻机的钻进
驱动机构连接，同时通过注浆管将所述前端管节3-1的后端与步骤二中所
述注浆机的注浆口连接；
步骤3012、前端管节钻进及同步注浆：将步骤301中所述前端管节
3-1由后向前插入至对当前所施工管棚管3进行导向的导向管2内，并使
所述前端管节3-1与所插入的导向管2呈同轴布设；之后，启动所述钻机
并通过所述钻机由后向前进行钻进；钻进过程中，采用所述注浆机同步进
行注浆；
步骤3013、管节接续：在当前已完成钻进且位于最后侧的管节3-1
后侧安装下一个管节3-1，并将当前所安装管节3-1的后端与步骤301中
所述钻进驱动机构连接，同时通过所述注浆管将当前所安装管节3-1的后
端与步骤301中所述注浆口连接；
步骤3014、持续钻进及同步注浆：启动所述钻机并通过所述钻机由后
向前进行钻进；钻进过程中，采用所述注浆机同步进行注浆；
步骤3015、多次重复步骤3013至步骤3014，直至完成当前所施工管
棚管3中所有管节3-1的钻进过程，完成当前所施工管棚管3的钻孔及同
步注浆施工过程，获得当前所施工管棚管3所处的钻孔；
步骤3016、下一根第一管棚管钻孔及同步注浆施工：按照步骤3011
至步骤3015中所述的方法，对下一根所述第一管棚管进行钻孔及同步注
浆施工；
步骤3017、多次重复步骤3016，直至完成多根所述第一管棚管的钻
孔及同步注浆施工过程；
步骤302、第一管棚管终孔注浆施工：待多根所述第一管棚管的钻孔
及同步注浆施工过程均完成后，从左至右或从右至左对多根所述第一管棚
管分别进行终孔注浆施工；多根所述第一管棚管的终孔注浆施工方法均相
同；对任一根所述第一管棚管进行终孔注浆施工时，过程如下：
步骤3021、钻孔孔口封堵：对当前所施工管棚管3所处钻孔的孔口进
行封堵，获得钻孔孔口封堵结构，并在所述钻孔孔口封堵结构布设排气孔；
所述钻孔孔口封堵结构为位于所述钻孔的孔口与当前所施工管棚管3的外
侧壁之间环形空腔内的封堵结构，所述排气孔与所述环形空腔内部相通；
步骤3022、终孔注浆：步骤3021中钻孔孔口封堵完成后，采用所述
注浆机进行二次注浆，直至所述排气孔内有所注浆液流出为止，完成当前
所施工管棚管3的终孔注浆施工过程；
步骤3023、下一根第一管棚管终孔注浆施工：按照步骤3021至步骤
3022中所述的方法，对下一根所述第一管棚管进行终孔注浆施工；
步骤3024、多次重复步骤3023，直至完成多根所述第一管棚管的终
孔注浆施工过程；
步骤303、第二管棚管钻孔及同步注浆施工：从左至右或从右至左对
多根所述第二管棚管分别进行钻孔及同步注浆施工，多根所述第二管棚管
的钻孔及同步注浆施工方法均相同；对任一根所述第二管棚管进行钻孔及
同步注浆施工时，均按照步骤3011至步骤3015中所述的方法进行钻孔及
同步注浆施工；
步骤304、第二管棚管终孔注浆施工：待多根所述第二管棚管的钻孔
及同步注浆施工过程均完成后，从左至右或从右至左对多根所述第二管棚
管分别进行终孔注浆施工；多根所述第二管棚管的终孔注浆施工方法均相
同；对任一根所述第二管棚管进行终孔注浆施工时，均按照步骤3021至
步骤3022中所述的方法进行终孔注浆施工。
本实施例中，步骤一中所述管体为所述钻机的螺旋钻杆，所述连接套
为钻杆连接套3-3。
如图5所示，步骤一中进行护拱与导向管施工时，先在当前施工节段
的掌子面后侧施工一个供步骤二中所述钻机使用的钻机工作室5，所述钢
拱架1安装在所述钻机工作室5的前侧内部。所述钻机工作室5为对隧道
洞4的拱部向外开挖后形成的空间。所述钻机工作室5的长度为5m～8m。
本实施例中，所述钻机工作室5的长度记作L1，且L1＝6m。并且，所
述钻机工作室5为对隧道洞4的拱部向外开挖40cm后形成的空间，也就
是说，钻机工作室5为将隧道洞4拱部调高40cm后的空间。
本实施例中，步骤二中进行钻机与注浆机安装就位时，将所述钻机与
注浆机均安装在钻机工作室5内。
本实施例中，所述钻机为C6钻机(即意大利进口卡萨格蓝迪钻机)。
实际使用时，所述钻机也可以采用其它类型的钻进设备。
对所述钻机进行安装时，先用岩质较好的洞渣在掌子面后侧垫装所述
钻机的钻机作业平台。同时，将高压水管接到现场随时准备洗孔。
本实施例中，所述注浆机为灰浆泵且其型号为M400NT。
实际施工时，所述注浆机也可以采用其它类型的注浆设备。
并且，所述钻进驱动机构为与所述管体呈同轴布设的钻机驱动轴。
本实施例中，步骤3011所述钻进驱动机构的前端装有用于连接管节
3-1的连接接头，所述连接接头上设置有注浆接口，所述注浆接口通过所
述注浆管与注浆机的注浆口连接。
本实施例中，步骤一中所述管体的长度为15m～30m；所述管节3-1
的长度为3m～6m。其中，所述管体的长度记作L。
实际施工时，可根据具体需要，对所述管体的长度与各管节3-1的长
度进行相应调整。
实际施工过程中，多个所述导向管2呈均匀布设且相邻两个所述导向
管2之间的环向间距均为35cm～45cm。
本实施例中，相邻两个所述导向管2之间的环向间距均为40cm。
本实施例中，步骤304中完成第二管棚管终孔注浆施工过程后，获得
当前施工节段的管棚超前支护结构；前后相邻两个所述节段的所述管棚超
前支护结构之间的搭接长度不小于3m。
实际使用时，步骤一中所述管体的外径为Φ70mm～Φ120mm。
本实施例中，所述钻头3-2为直径由后向前逐渐缩小的圆锥形钻头，
所述钻头3-2的后端直径大于所述管体的外径，并且所述钻头3-2的后端
直径小于所述孔口管的内径。
并且，所述圆锥形钻头的外侧壁上设置有多个沿螺旋方向布设有多个
钻齿，多个所述管节3-1的螺旋方向均相同，且多个所述钻齿的螺旋方向
与所述管节3-1的螺旋方向相同。
本实施例中，多个所述注浆孔沿圆周方向均匀布设且其均沿钻头3-2
的中心轴线布设。
并且，所述注浆孔的数量为三个。
实际使用时，可根据具体需要，对所述注浆孔的数量以及各注浆孔在
钻头3-2上的布设位置进行相应调整。
本实施例中，所述管体的外径为Φ90mm，所述导向管2的外径为Φ
150mm且其壁厚为10mm，所述钻头3-2的后端直径为Φ115mm。
实际施工时，可根据具体需要，对所述管体的外径、导向管2的内径
和钻头3-2的后端直径进行相应调整。
本实施例中，所述管节3-1为厚壁钢管且其壁厚为15mm，所述管节
3-1的极限抗拉力为1200KN(即120t)，抗拉强度为772N/mm2，屈服力为
1500KN(即150t)，屈服强度为609N/mm2。
实际加工时，所述钻头3-2为合金钻头。并且，可根据具体需要，对
钻头3-2的后端直径进行相应调整。
本实施例中，所述钻杆连接套3-3的长度为220mm。
实际施工时，前后相邻两个所述节段的所述管棚超前支护结构之间的
搭接长度记作L2。本实施例中，L2＝3.5m。
本实施例中，所述钢拱架1为型钢支架且其为弧形。
并且，所述钢拱架1为工字钢支架。实际使用时，所述钢拱架1也可
以采用其它类型的型钢支架。
实际施工时，采用钢拱架1作为隧道管棚超前支护施工的简易护拱。
所述钢拱架1的圆心角为140°～160°。
本实施例中，所述钢拱架1的圆心角为150°。
多个所述导向管2均为安装在所述型钢支架上的孔口管。并且，多个
所述导向管2均布设在隧道洞4的同一个隧道横断面上。多个所述导向管
2的长度均为0.8m～1.5m。
本实施例中，多个所述导向管2均为钢管且其均焊接固定在钢拱架1
上，多个所述导向管2的长度均为1m且其数量为50个。
实际施工时，可根据具体需要，对导向管2的长度和数量进行相应调
整。
本实施例中，步骤3012和步骤3014中采用所述注浆机同步进行注浆
时以及步骤3022中采用所述注浆机进行二次注浆时，所注浆液均为水泥
浆；所述水泥浆的水灰比为0.5。
其中，所述水泥浆为P.O32.5普通硅酸盐水泥与水均匀拌合后形成的
浆液，P.O32.5普通硅酸盐水泥也称为普通硅酸盐水泥32.5。水灰比指的
是所述水泥浆中水的用量与水泥用量的重量比。
步骤3012和步骤3014中采用所述注浆机同步进行注浆时，注浆压力
为3MPa～4MPa；步骤3022中采用所述注浆机进行二次注浆时，注浆压力
为5MPa～6MPa。
本实施例中，步骤3014中启动所述钻机并通过所述钻机由后向前进
行钻进之前，先采用所述注浆机进行注浆且注浆压力为3MPa～4Mpa；待当
前所施工管棚管3所处钻孔的孔口有水泥浆液流出时，再启动所述钻机并
通过所述钻机由后向前进行钻进。
本实施例中，步骤3012中采用所述注浆机同步进行注浆时，所注浆
液经所述前端管节3-1由后向前流向钻头3-2，并经钻头3-2上的多个所
述注浆孔流出；步骤3012中钻进过程中，通过所注浆液对钻头3-2上的
钻屑进行清理，并对钻头3-2进行冷却与润滑；
步骤3014中采用所述注浆机同步进行注浆时，所注浆液经当前已连
接为一体的多个所述管节3-1由后向前流向钻头3-2，并经钻头3-2上的
多个所述注浆孔流出；步骤3014中钻进过程中，通过所注浆液对钻头3-2
上的钻屑进行清理，并对钻头3-2进行冷却与润滑；
步骤3022中采用所述注浆机进行二次注浆时，所注浆液经当前所施
工管棚管3的管体由后向前流向钻头3-2，并经钻头3-2上的多个所述注
浆孔流至所述管体与所述钻孔孔壁之间的环形区域，且所注浆液从前至后
注满所述环形区域。并且，步骤3022中采用所述注浆机进行二次注浆时，
每个钻孔的水泥用量约0.3t。
本实施例中，步骤3012和步骤3014中启动所述钻机并通过所述钻机
由后向前进行钻进时，钻进速度为25m/h～35m/h；
步骤3012和步骤3014中采用所述注浆机同步进行注浆时以及步骤
3022中采用所述注浆机进行二次注浆时，所注浆液的注浆流量均为
550ml/h～600ml/h。
本实施例中，步骤3011中进行钻进前准备时，先将所述连接接头分
别与所述钻进驱动机构和所述注浆管进行连接，再将所述前端管节的后端
与所述连接接头进行连接。步骤3012中启动所述钻机并通过所述钻机由
后向前进行钻进时，直至钻进至仅所述前端管节的后端露出导向管2为止。
步骤3013中进行管节接续时，先拆除当前已完成钻进且位于最后侧
的管节3-1与所述连接接头之间的连接，再对下一个管节3-1进行拼接；
拼接完成后，将当前所安装管节3-1的后端与所述连接接头连接，便完成
管节接续过程。步骤3014中进行持续钻进及同步注浆过程中启动所述钻
机并通过所述钻机由后向前进行钻进时，直至将步骤3013中所安装管节
3-1钻进至仅后端露出导向管2为止。
本实施例中，所述钢拱架1浇筑于导向墙6内，所述导向墙6为弧形
且其为混凝土墙体。
如图3所示，所述钻机工作室5内设置有第一隧道初期支护结构，所
述第一隧道初期支护结构包括由喷射在钻机工作室5内壁上的混凝土形成
的第一混凝土喷射层8和多个由前至后支撑于钻机工作室5内的第一型钢
支架7，多个所述第一型钢支架7均固定于第一混凝土喷射层8内且其为
对钻机工作室5的拱部与左右两侧边墙进行支护的型钢支架；所述导向墙
6位于第一混凝土喷射层8下方且其与第一混凝土喷射层8紧固连接为一
体。
步骤304中完成多根所述第二管棚管的终孔注浆施工过程后，沿隧道
延伸方向由后向前对当前施工节段进行隧道开挖施工；开挖过程中，由后
向前对已开挖形成的隧道洞4进行初期支护，并获得第二隧道初期支护结
构；所述第二隧道初期支护结构包括由喷射在隧道洞4内壁上的混凝土形
成的第二混凝土喷射层9和多个由前至后支撑于隧道洞4内的第二型钢支
架10；所述第二混凝土喷射层9与第一混凝土喷射层8紧固连接为一体。
本实施例中，所述钢拱架1位于一个所述第一型钢支架7的正下方，
位于钢拱架1正上方的第一型钢支架7为固定支架，所述钢拱架1固定在
所述固定支架上。
实际施工时，所述钢拱架1通过弧形钢筋网固定在所述固定支架上，
所述弧形钢筋网包括多道由上至下布设的弧形钢筋11和多道沿圆周方向
由左至右布设的连接钢筋12，多道所述弧形钢筋11均位于钢拱架1与所
述固定支架之间，多道所述连接钢筋12的内端均固定在钢拱架1上且其
外端均固定在所述固定支架上，每道所述连接钢筋12均与多道所述弧形
钢筋11紧固连接为一体。
本实施例中，所述第一型钢支架7和第二型钢支架10均为工字钢支
架。
实际使用时，所述第一型钢支架7和第二型钢支架10也可以采用其
它类型的钢支架。
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。