本發(fā)明屬于巖土工程技術領域，具體涉及一種微擾動超前小導管裝置及其使用方法。
背景技術：
地下空間開發(fā)利用過程中，頂管施工是一種經常被應用到的技術手段，然而在既有路基下部進行頂管施工時，將會對其上部路基結構造成較大的影響，例如對于公路，則對應著影響到路面；或者對于鐵路，則對應著影響到軌道結構；為了減少對路基的擾動影響，一般在頂管上部預先打入超前小導管，但打入超前小導管時，可能對超前小導管一定范圍內的其他構筑物造成擠壓，尤其是采用較大直徑的超前小導管時。
在常規(guī)施工中，向土體中直接壓入超前小導管，超前小導管的直徑不宜過大，否則將會對周圍土體造成較大的擠壓擾動。
而當用于對路基穩(wěn)定性要求高的工程施工時，通常采用預先壓入超前小導管的方法。但在壓入超前小導管的過程中，超前小導管的前部土體將會被擠向四周，導致路基表面發(fā)生隆起，從而影響路面（公路）或軌道（鐵路）的平順性。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種微擾動超前小導管裝置及其使用方法，該裝置在使用過程中通過采用分段注漿以及高壓水流沖土的技術手段，有效地減小了施工過程對周圍土體的擠壓和擾動。
本發(fā)明目的實現由以下技術方案完成：
一種微擾動超前小導管裝置，所述微擾動超前小導管裝置包括側壁開設有若干注漿孔的外管，所述外管沿其軸線方向劃分為若干注漿區(qū)段；每個所述注漿區(qū)段內的所述注漿孔連接有一根注漿管；所述外管的前端內部設置有沖土噴嘴，所述沖土噴嘴連接一高壓供水管。
所述注漿管位于所述外管的內部，所述注漿管依次連接其所對應的所述注漿區(qū)段內的各所述注漿孔，所述注漿管尾端部設置有調壓閥。
所述沖土噴嘴經一前后可調支座固定于所述外管內，所述前后可調支座與所述外管內壁面呈前后可滑動式配合，且所述前后可調支座與所述外管內壁之間設置有液壓調節(jié)油缸，所述液壓調節(jié)油缸的一端連接所述外管的內壁，其另一端連接所述前后可調支座。
所述外管前端設置有若干齒狀結構。
所述注漿管以及所述高壓供水管由所述外管后端接入所述外管內部。
所述外管內壁面上設置有若干沿軸向分布的固定卡座，所述注漿管以及所述高壓供水管經所述固定卡座固定于所述外管內壁上。
所述沖土噴嘴包括適配管以及旋轉噴頭，所述適配管固定安裝在所述前后可調支座的中部，所述高壓供水管連接在所述適配管的后端，所述旋轉噴頭的后端可旋地安裝在所述適配管的前端；所述旋轉噴頭的前端為錐形且指向所述外管的前端；所述旋轉噴頭的側面設置有若干個噴口，所述噴口朝向所述旋轉噴頭的斜后方。
所述外管的直徑為10-100cm；所述外管的壁厚為3-15mm。
本發(fā)明還包括一種所述微擾動超前小導管裝置的使用方法，所述使用方法包括以下步驟：將所述外管旋轉壓入土體內部；在所述外管壓入土體的過程中，通過注漿管向已壓入土體的注漿區(qū)段的外側進行注漿，同時利用沖土噴嘴向進入所述外管前端的土體噴水形成泥漿，所述泥漿從所述外管后端排出。
所述沖土噴嘴包括一旋轉噴頭，在所述旋轉噴頭噴水的過程中利用水流的反作用力進行旋轉。
在注漿過程中，通過連接在所述注漿管上的調壓閥調節(jié)各所述注漿區(qū)段的注漿壓力；靠近土體外部的所述注漿區(qū)段的注漿壓力小于位于所述土體深部的注漿區(qū)段的注漿壓力。
在將所述外管在壓入土體的過程中，根據所述外管穿越的土體的土體力學性能、地表的隆沉監(jiān)測結果，動態(tài)地控制前后可調支座的位置，以調節(jié)所述沖土噴嘴與所述外管前端之間的距離。
本發(fā)明的優(yōu)點是，外管劃分為若干注漿區(qū)段，在施工過程中可以對外管外側進行分區(qū)段注漿，并且可以根據地層的土體力學性能、地表隆沉情況，適時地調節(jié)各注漿區(qū)段的注漿壓力；注漿過程中采用具有潤滑的惰性漿液作用，可以有效減小外管壓入過程中對周邊土體造成的擾動；在外管壓入過程中使用沖土噴嘴沖出進入外管的內一定深度的土體，可以避免外管壓入地層過程中擠壓周邊土體，造成地表隆起或影響臨近的構筑物；本發(fā)明可用于比傳統超前小導管更大直徑的超前小導管。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中的外管的縱截面示意圖；
圖2為本發(fā)明中圖1中a處的局部放大圖；
圖3為本發(fā)明中圖1中b處的局部放大圖；
圖4為本發(fā)明中圖1中a-a處的橫截面示意圖；
圖5為本發(fā)明中的外管旋轉壓入土體（路基斷面）過程中的示意圖；
圖6為本發(fā)明中的旋轉噴頭的正面視圖。
具體實施方式
以下結合附圖通過實施例對本發(fā)明的特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術人員的理解：
如圖1-6，圖中標記1-16分別為：外管1、注漿孔2、注漿管3、沖土噴嘴4、高壓供水管5、注漿區(qū)段6a、注漿區(qū)段6b、注漿區(qū)段6c、注漿區(qū)段6d、、調壓閥8、前后可調支座9、液壓調節(jié)油缸10、齒狀結構11、固定卡座12、土體13、適配管14、旋轉噴頭15、噴口16。
實施例：如圖1至3所示，本實施例具體涉及一種微擾動超前小導管裝置，本實施例的微擾動超前小導管裝置包括外管1，外管1的側壁開設有若干注漿孔2；外管1的兩端開口，沿其軸線方向劃分為若干注漿區(qū)段6；每個注漿區(qū)段6內的注漿孔2連接有一根注漿管3；外管1的前端內部設置有沖土噴嘴4，沖土噴嘴4連接一高壓供水管5。
如圖1、2所示，本實施例中，每個注漿區(qū)段6設置有一根注漿管3，注漿管3由外管1的后端接入外管1內部；注漿管3的前端依次連接其對應的注漿區(qū)段6內的各注漿孔2；各注漿區(qū)段6的注漿管3相互獨立，每根注漿管3的尾端設置有一個調壓閥8；通過調節(jié)調壓閥8的壓力可以調節(jié)各注漿區(qū)段6的注漿壓力。
如圖1、5所示，外管1依據其管長以及土層情況劃分注漿區(qū)段6；在本實施例中外管1劃分為四個注漿區(qū)段6a、6b、6c、6d；注漿區(qū)段6a靠近外管1的后端的區(qū)域不開設注漿孔。
如圖1、3、4所示，沖土噴嘴4經一前后可調支座9固定于外管1的內表面，前后可調支座9與外管內壁面呈可滑動式配合，在前后可調支座9與外管1的內壁之間設置有液壓調節(jié)油缸10，通過控制各液壓調節(jié)油缸10的伸縮，可沿軸箱調節(jié)前后可調支座9的位置，進而調節(jié)前后可調支座9與外管1的前端之間的距離；沖土噴嘴4用于向進入外管1前端的土體噴射高壓水流，土體在高壓水流的沖擊下變成泥漿，泥漿由外管1的后端排出；通過沖土噴嘴4清除外管1內部的土體，可以避免外管1壓入土層的過程中對外管1周圍的土體進行擠壓，減小了外管1對土層造成的擾動。
如圖1、3、6所示，沖土噴嘴4包括適配管14以及旋轉噴頭15，適配管14固定安裝在前后可調支座9的中部，高壓供水管5連接在適配管14的后端，旋轉噴頭15的后端可旋地安裝在適配管14的前端；旋轉噴頭15的前端為錐形且指向外管1的前端；所述旋轉噴頭15的側面設置有兩個噴口16，噴口16朝向旋轉噴頭15的斜后方。
如圖2、3所示，外管1的前端的邊緣處設置有若干齒狀結構11，齒狀結構11用于在外管1壓入土體的過程中切割土體；注漿管3以及高壓供水管5由外管1后端的接入外管內部；外管1內壁面上設置有若干沿軸向分布的固定卡座12，注漿管3以及高壓供水管5經固定卡座12固定于外管1的內壁上；在本實施例中，外管1的外直徑10cm-100cm，壁厚0.3cm-1.5cm；高壓供水管5的外直徑1cm-3cm，壁厚0.15cm-0.2cm；注漿管3的外直徑3cm-4cm，壁厚0.2cm-0.3cm。
如圖1至5所示，本實施例的微擾動超前小導管裝置的使用方法包括以下步驟：
1）在使用前在施工區(qū)域的地表布設沉降監(jiān)測點，以便在施工過程中根據地表沉降監(jiān)測點地的隆起情況對小導管的使用進行控制。
2）將外管1旋轉壓入土體內部；如圖3、5所示，外管1在旋轉過程中，位于其前端的齒狀結構11持續(xù)切削土體13；切削掉的土體13通過外管1的前端進入外管內部；位于外管1前端內部的沖土噴嘴4向進入外管1的土體噴水，使之形成泥漿；泥漿流過外管1內部的空腔，從外管1后端排出。
如圖3、6所示，在沖土噴嘴4噴水過程中，其前端的旋轉噴頭15在水流的反作用力的作用下進行旋轉，旋轉噴頭15的旋轉會導致其噴射的水流一同旋轉，旋轉的水流可以使得土體與水形成更加均勻的泥漿，從而便于泥漿從外管1的后端排出，同時可以避免混合不均勻的泥漿堵塞外管1。
如圖2、5所示，在外管1旋轉壓入土體13的過程中，同時對外管1壓入土體13的注漿區(qū)段6的外側進行注漿，注漿采用的漿液為不會硬化的惰性漿液；通過注漿可以減小外管對周圍土體13的擠壓，從而有效減小外管1對周圍土體的擾動；在注漿的過程中可以通過調節(jié)各注漿管3的調壓閥8，進而調節(jié)各注漿區(qū)段的注漿壓力。
如圖5所示，本實施例中，土體13為截面為梯形的路基，外管1沿水平方向旋轉壓入土體13內部；在壓入過程中，為了防止注漿壓力過大對路基的邊坡造成破壞，在靠近土體外部的注漿區(qū)段6b采用較小的注漿壓力，在土體13深處的注漿區(qū)段6c、6d采用較大的注漿壓力；在注漿過程中，當外管1對周圍土體擾動導致其上部發(fā)生沉降時，可根據實測沉降程度調節(jié)各注漿區(qū)段6的注漿壓力。
如圖1、3所示，在外管1旋轉壓入土體13的過程中，根據外管1穿越土體的土體力學性能、地表的隆沉監(jiān)測結果等，通過液壓調節(jié)油缸10動態(tài)地控制前后可調支座9的位置，以調節(jié)沖土噴嘴4與外管1的前端之間的距離；通過動態(tài)調節(jié)前后可調支座9的位置，可以使得沖土噴嘴4在保持微小擾動的情況下適應各種地質條件的土體。
本實施例的有益技術效果為：外管劃分為若干注漿區(qū)段，在施工過程中可以對外管外側進行分區(qū)段注漿，并且可以根據地層的土體力學性能、地表隆沉情況，適時地調節(jié)各注漿區(qū)段的注漿壓力；注漿過程中采用具有潤滑的惰性漿液作用，可以有效減小外管壓入過程中對周邊土體造成的擾動；在外管壓入過程中使用沖土噴嘴沖出進入外管的內一定深度的土體，可以避免外管壓入地層過程中擠壓周邊土體，造成地表隆起或影響臨近的構筑物；本發(fā)明可用于比傳統超前小導管更大直徑的超前小導管。