[发明专利]钢管排水锁脚桩及施工方法

权利要求书

1.一种钢管排水锁脚桩，钢管排水锁脚桩同钢拱架（12）之间连接固定，其特征在于：钢管排水锁脚桩由定位块（1）、锚固钢管（2）、排水钢管（3）、注浆管（4）、架线环（5）、内堵头板（6）、外封头板（7）和集水孔（8）构成，架线环（5）位于锚固钢管（2）内，锚固钢管（2）通过定位块（1）固定在钢拱架（12）上，排水钢管（3）和注浆管（4）通过架线环（5）内嵌在锚固钢管（2）内，排水钢管（3）贯穿内堵头板（6）、外封头板（7）并相互固定，注浆管（4）穿出外封头板（7）并与之固定，锚固钢管（2）外接集水孔（8），内堵头板（6）位于锚固钢管（2）内并通过O型止水圈（13）密封。

2.根据权利要求1所述钢管排水锁脚桩，其特征在于：其中定位块（1）呈槽型，底板呈矩形，采用厚度不小于12mm的钢板制作，板内设锚固钢管孔（1C），孔径宜大于锚固钢管外径5mm；

定位块（1）具有Ⅰ型定位块（1A）和Ⅱ型定位块（1B）两者，Ⅰ型定位块侧板呈梯形，Ⅱ型定位块侧板呈矩形，均采用8mm厚度的钢板垂向焊接于底板边部；

其中锚固钢管（2）采用无缝钢管制作，钢管长度不宜小于4.0m，管径不宜小于φ108mm，距离两端管口50cm范围内不设置孔眼，其余管段按孔距150mm和孔径φ16mm在管四周钻注浆孔（2A）形成钢花管；

其中排水钢管（3）可采用镀锌钢管或无缝钢管制作，

注浆管（4）采用φ20mm铁皮管，锚固钢管内径宜超出排水钢管和注浆管的外径之和15mm以上；

其中架线环（5）可采用8#铁丝制作，其间距1.0m～1.5m，用于排水钢管和注浆管在锚固钢管内的定位；

其中内堵头板（6）用钢板制作成圆形，钢板直径小于锚固钢管2mm，厚度不宜小于6.0mm，板内设排水管通过孔（6A），板外缘中部设凹槽安装橡胶或硅胶材质的O型止水圈，止水圈线径5.0mm；

其中外封头板（7）可采用圆形板或方形板，板厚不宜小于3mm，板内设排水管孔（7A）和注浆管孔（7B）以及直径为15mm的排气孔（7C），板边缘宜宽出锚固钢管外缘20mm；

其中集水孔（8）采用钻孔形成，集水孔长度宜深入富水破碎带不少于4.0m。

3.根据权利要求1所述钢管排水锁脚桩，其特征在于：在钢拱架（12）内侧设置了上下型钢纵梁（9，10）、加劲板（11）和钢垫板（15），其中型钢纵梁宜采用工字钢，其规格不应小于16#；加劲板（11）采用钢板制作，钢板厚度不宜小于10mm；钢垫板采用不同厚度的钢板叠拼形成，主要用于垫塞型钢纵梁与锚固钢管之间的空隙；

此时钢管排水锁脚桩通过型钢纵梁将其连接范围内的钢拱架、钢管排水锁脚桩等串连成一个刚性整体，适用于对围岩破碎易坍塌、自稳能力不足的隧道拱墙初期支护的锁脚锚固。

4.一种钢管排水锁脚桩施工方法，其特征在于：按照如下方式实施：

（1）钢管排水锁脚桩选型：

穿越断层富水破碎带时，通过隧道开挖辅以选点挖探揭露和判断拱墙及其下方的围岩条件，选定钢管排水锁脚桩类型；钢管排水锁脚桩可根据隧道围岩自身稳定条件分别采用普通型和加强型等两种类型：

1）普通型钢管排水锁脚桩：由定位块、锚固钢管和内嵌的排水钢管、注浆管、架线环、内堵头板、外封头板和集水孔等构成，普通型钢管排水锁脚桩同钢拱架之间连接固定，适用于对围岩具有一定自稳能力的隧道拱墙初期支护的锁脚锚固；

2）加强型钢管排水锁脚桩除具有普通型的结构之外，在钢拱架内侧设置了上下型钢纵梁、加劲板和钢垫板，其中型钢纵梁宜采用工字钢，其规格不应小于16#；加劲板采用钢板制作，钢板厚度不宜小于10mm；钢垫板采用不同厚度的钢板叠拼形成，主要用于垫塞型钢纵梁与锚固钢管之间的空隙；加强型钢管排水锁脚桩通过型钢纵梁将其连接范围内的钢拱架、钢管排水锁脚桩等串连成一个刚性整体，适用于对围岩破碎易坍塌、自稳能力不足的隧道拱墙初期支护的锁脚锚固；在台阶法开挖隧道过程中，完成上一级台阶的初期支护后，开挖下一级台阶时拱墙背的围岩发生松动坍塌，将容易导致开挖段上方已形成的初期支护失稳破坏，当采用加强型钢管排水锁脚桩将上方初期支护连接成整体后，开挖下一台阶时再辅以短进尺开挖支护工法，能够有效避免这种失稳破坏，降低施工安全风险；

（2）钻孔工作面处置：钻孔孔位处应裸露围岩，宜在拱架搭设后和喷射初期支护混凝土前预留工作坑洞，其尺寸以能满足定位块安装和正常钻孔施工为准；未预留时，可用人工破拆工作面范围内的喷射砼及钢筋的方式形成工作坑洞；

（3）桩位放样：用卷尺和拉线等量测工具在拱墙背围岩表面确定锁脚桩孔位，并用铁钉或红油漆等作明显标识；

（4）安装定位块：在钢拱架上安装定位块，为便于校正，先将定位块底板与钢拱架点焊连接，再将侧板与底板、钢拱架分别焊接，最后将定位块满焊接在钢拱架上，施工过程中防止其变形移位，板平面与锁脚桩设计轴线垂直；定位块占用既有初期支护中的钢筋位置时，将钢筋与定位块焊接固定；

（5）钻孔：可采用锚固钻机、潜孔钻机等钻孔，根据孔位准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保钻孔精度：倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±1.0°；

将锚固钢管套入定位块中的锚固钢管孔并抵紧围岩，用偏心钻具跟管钻至孔底，再用钻机退出锚固钢管至设计锚固位置，形成集水孔；

（6）安装注浆及排水装置：

1）焊接排水钢管和内堵头板，钢管进水口穿出内堵头板约0.2m，管轴线与内堵头板板面保持垂直；

2）制作架线环，并将其和注浆管、排水钢管用扎丝绑扎固定，注浆管的出浆口距离内堵头板0.2～0.3m；

3）将O形止水圈嵌套于内堵头板外缘凹槽处，为防止止水圈脱落，可采用防水胶粘贴固定，然后将上述装置缓缓送入锚固钢管内；

4）安装外封头板，并与锚固钢管、排水管分别满焊连接；

（7）焊接锁脚桩：将锚固钢管与拱架上的定位块焊接形成整体，需要时可用8mm厚梯形加劲板将钢管外壁和定位块之间按竖向一字型或竖向、横向十字型焊接加强；

（8）填补工作坑洞：用混凝土掺加适量速凝剂填平工作坑洞，施工时避免混凝土堵塞管口；

（9）锚固段注浆：

1）连接注浆管、止浆阀和压浆机；

2）根据围岩水文地质条件选用纯水泥浆或水泥+水玻璃双液浆注浆，注浆采用孔底返浆的方式，初始注浆压力宜控制在0.5～1.0Mpa，至排气孔口溢出新鲜浆液时用木塞或堵头封堵排气口，终压宜控制在2.0Mpa，并持压5min后关闭止浆阀；

（10）加强型钢管排水锁脚桩纵梁安装：依次安装上下型钢纵梁，型钢纵梁与锚固钢管之间的缝隙处用钢垫板垫塞并焊接成整体，型钢纵梁与钢拱架之间焊接后再用加劲钢板焊接加强；

（11）工后下一级台阶开挖方法：施工完成钢管排水锁脚桩后，开挖下一级边墙部位时，应采用短进尺开挖工法并采取措施减弱对边墙处的围岩扰动，一次开挖不宜超过3榀拱架宽度，且开挖后及时施作边墙初期支护，充分利用锁脚桩和新做的边墙支护提高隧道初期支护系统的稳定性。