CN101737005B - 一种用于套取锚索的钻具及跟管套取锚索的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于套取锚索的钻具及跟管套取锚索的施工方法。钻具的钻头和钻杆采用螺栓或丝扣连接，钻杆有数节，各节之间采用螺栓或丝扣连接，钻头采用特制合金钢，钻杆采用高强合金钢材，钻头有锯齿、加焊金钢方形齿和嵌合金钢齿。采用此钻具套取锚索或锚杆时，钻具外套跟管，钻具安装在钻机上，锚索或锚杆头固定连接在钻机钻具的跟管中央位置，钻进过程中保持钻进角度与锚索或锚杆一致，钻至锚索或锚杆的尾部时取出锚索或锚杆，最后采用水泥砂浆封孔。此施工方法能在基坑回填过程前或回填过程中预先对地层中的锚索或锚杆进行清除，为节约和净化地下空间创造条件，能缩短工期、提高施工效率、节约建设资金、有效保障施工人员的安全。

Description

一种用于套取锚索的钻具及跟管套取锚索的施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于套取锚索的钻具及跟管套取锚索的施工方法。

背景技术

盾构技术在城市地铁建设中具有越来越重要的地位，特别是穿越一些重要建筑物、重要市政设施和地质复杂地段。但是盾构施工遇到地下锚索、锚杆等深基坑支护结构时容易导致刀盘缠绕锚索、锚杆，螺旋机缠绕锚索、锚杆等情况，导致盾构机长时间停机，无法正常施工。而且刀盘拉拔锚索、锚杆时有可能导致地层大面积被扰动，地表沉降超标，地下管线破裂、建筑物沉降、倾斜等不良后果。因此，在盾构施工前预先对地层中的锚索、锚杆进行清除处理显的十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于套取锚索的钻具及跟管套取锚索的施工方法，要解决盾构施工中遇到地下锚索、锚杆等深基坑支护结构时要对锚索或锚杆预先清除的技术问题；并解决清除锚索或锚杆时所需钻孔工具的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

这种用于套取锚索的钻具，由钻头和钻杆连接而成，所述钻头与钻杆由螺纹丝扣连接，钻杆是端部带螺纹丝扣的中空、高强合金钢管，钻头是一个在前端均匀分布有一圈合金钢齿的一段中空合金钢管。

所述钻头前端的管壁呈内高外低的台阶形，管壁外侧的低阶处和管壁内侧的高阶处内外交错焊有齿块，齿块是矩形、L形和Π形，矩形或L形齿块嵌入并焊接在管壁前端外侧的低阶处，Π形齿块骑在管壁前端内侧的高阶处、并与之焊接。

所述钻头前端的管壁呈内高外低的台阶形，管壁外侧的低阶处间隔开有与钻杆连接的螺孔，合金钢齿嵌入并焊接于管壁外侧的低阶处和管壁内侧的高阶处。

所述钻头前端的合金钢齿是在钻头前端切削形成的合金钢齿，或在钻头端部切削成齿槽、齿槽内嵌入并加焊齿块形成的合金钢齿，所述合金钢齿是锯齿形齿或矩形齿。

所述合金钢齿与相邻的合金钢齿之间开有三角形豁口或沟槽形豁口。

所述钻头上的螺纹丝扣为内丝扣或外丝扣，相应钻杆上的螺纹丝扣为外丝扣或内丝扣。

所述钻杆的长度为每节1～2m，各节之间采用螺纹丝扣连接。

采用所述套取锚索的钻具跟管套取锚索的施工方法，其步骤如下：

步骤1，首先根据调查的锚索资料布置机具设备、确定钻进角度、钻杆直径、分节长度和钻头型式，对钻机停放位置基础进行平整硬化，并设置水平钻机行走轨道，基坑内钢围檩拆除后，固定锚索头；然后根据基坑围护结构施工图纸及现场导线控制点，使用检测仪测定所有锚索的平面坐标和高程、初始钻进角度。

步骤2，在平整硬化的施工作业面上，根据水平钻机尺寸铺设轨道，在已经铺设好的轨道上安装水平钻机设备，组装调试，试运行。

步骤3，在掌子面上沿锚索向里开挖深度1m、直径0.5m以上的导洞，大致了解锚索的倾角及方位角，将由钻头和钻杆组成的套取锚索的钻具安装在水平钻机上，试验钻进一段距离。

步骤4，把锚索头用钢筋焊接固定在水平钻机套管中央位置，钻具安装到位，对准孔位，并调整钻机使其与已探明的锚索倾角及方位角保持一致。

步骤5，开始钻进，每钻进1节钻杆长度，需要接长1节钻杆，每次接管时都应测量锚索头的位置，如发现锚索缩进，再次钻进前应采取措施将锚索头拉至原位，并用穿过钻机轴心经进水口固定在钻机机架后部的Φ10mm的圆钢筋拉住锚索，避免锚索受到损伤。

步骤6，钻机在钻进过程中要保持钻头平稳钻进，在钻进过程中，施工人员必须观察进尺及钻机扭矩变化，然后根据实际情况调整钻进角度和方向，确保钻头不在切割锚索。

步骤7，钻进深度接近设计深度时，根据钻进时钻头发出的声音及钻进压力判断是否钻至锚索根部，确认钻头钻至锚索根部后停钻取锚索。

步骤8，当钻头全部钻透锚索长度范围内的锚固体后，锚索与周围地层之间的粘结力解除，然后用机械设备或人工取锚索。

步骤9，拔除锚索。

步骤10，及时向锚索孔内回填水泥砂浆。

步骤11，钻机移动到下一个要拔除的锚索位置，进行下一根锚索拔除施工循环，重复步骤5-9。

所述步骤6中，每钻进1节，测量一下钻杆角度，及时纠正偏差，保证钻进角度在锚索变化角度范围内，保持锚索正好在套管的中央位置。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

首先，采用本发明的钻具和施工方法在基坑回填前或回填过程中可以把基坑锚索或锚杆支护体系清除，防止刀盘缠绕锚索、锚杆，螺旋机缠绕锚索、锚杆等情况，为节约和净化地下空间创造条件，可有效保障施工人员的安全。

其次，本发明的钻具结构简单，操作简便、施工过程简单易行，具有很强的实用性、有利于节约成本、节省时间、提高工作效率。

最后，本发明提供了三种不同的钻头齿，可以有效保证破除砂浆成孔后的效果。

本发明可广泛应用于地下工程中锚索或锚杆的清除，尤其适用于基坑肥槽尚未填埋或正在回填时，需要有一定预留空间锚索或锚杆的清除施工。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明钻具实施例一的结构示意图；

图2是图1的左视图。

图3是本发明钻具实施例二的结构示意图；

图4是图3的左视图。

图5是本发明钻具实施例三的结构示意图；

图6是图5的左视图。

图7是本发明施工步骤1、2的示意图；

图8是本发明施工步骤3、4、5、6的示意图；

图9是本发明施工步骤7的示意图；

图10是本发明施工步骤8的示意图；

图11是本发明施工步骤9的示意图；

图12是本发明施工步骤10的示意图；

图13是本发明钻具的钻杆结构示意图。

附图标记：1-钻头、2-钻杆、3-螺纹丝扣、4-锯齿形齿、5-矩形齿、6-三角形豁口、7-沟槽形豁口、8-螺孔、9-Π形齿块、10-锚索、11-回填水泥砂浆。

具体实施方式

实施例一参见图1、2所示，一种用于套取锚索的钻具，由钻头1和钻杆2连接而成，所述钻头1与钻杆2由螺纹丝扣3连接，钻杆2是端部带螺纹丝扣3的中空、高强合金钢管，钻杆有数节，每节1～2m。钻头是一个在前端均匀分布有一圈合金钢齿的一段中空合金钢管。钻头端部为外环内套突出外环端部的内环，外环和内环外侧面分别均匀焊有四个合金钢齿，为锯齿形齿4设计。外环和内环上所焊合金钢齿均突出外环和内环顶面，外环所焊合金钢齿、内环上所焊合金钢齿和外环上圆孔均错开布置。相邻的合金钢齿之间开有沟槽形豁口7。钻头端部外径是127mm，钻头总长度是200mm，螺纹段长是70mm，八个锯齿每隔45度间隔设置。主要考虑破除砂浆成孔后的效果。

实施例二参见图3、4所示，与实施例一的区别在于所述钻头1端部为矩形齿5，钻头1上螺纹丝扣3为外丝扣。所述钻头1前端的合金钢齿是在钻头1前端切削形成齿槽、齿槽内嵌入并加焊齿块形成的合金钢齿，所述合金钢齿为矩形齿5。合金钢齿与相邻的合金钢齿之间开有三角形豁口6。嵌合金钢齿的钻头前端外径是150mm，钻头总长度是180mm，螺纹段长是70mm，三个锯齿每隔120度间隔设置。

实施例三参见图5、6所示，与实施例二的区别在于所述钻头1前端的管壁呈内高外低的台阶形，管壁外侧的低阶处间隔开有与钻杆连接的螺孔8，Π形齿块9骑在管壁前端内侧的高阶处、并与之焊接。Π形齿块两侧开有矩形凹槽，矩形凹槽内嵌有突出钻头端部的矩形齿5，所述钻头上螺纹丝扣3为内丝扣。加焊合金钢方形齿的钻头端部外径为127mm，钻头总长度是200mm，螺纹段长70mm，每隔90度内外交错设置合金钢方形齿，合金钢方形齿的齿高为1518mm，齿宽为5mm。

本发明的施工方法参见图7图12所示：

首先根据调查的锚索10资料布置机具设备、确定钻进角度、钻杆2直径、分节长度和钻头1型式，对钻机停放位置基础进行平整硬化，并设置水平钻机行走轨道，基坑内钢围檩拆除后，固定锚索头。然后根据基坑围护结构施工图纸及现场导线控制点，使用检测仪测定所有锚索10的平面坐标和高程、初始钻进角度。在平整硬化的施工作业面上，根据水平钻机尺寸铺设轨道，在已经铺设好的轨道上安装水平钻机设备，组装调试，试运行。在掌子面上沿锚索10向里开挖深度1m、直径0.5m以上的导洞，大致了解锚索10的倾角及方位角，将由钻头1和钻杆2组成的套取锚索10的钻具安装在水平钻机上，试验钻进一段距离。把锚索头用钢筋焊接固定在水平钻机套管中央位置，钻具安装到位，对准孔位，并调整钻机使其与已探明的锚索10倾角及方位角保持一致。开始钻进，每钻进1节钻杆2长度，需要接长1节钻杆2，每次接管时都应测量锚索头的位置，如发现锚索10缩进，再次钻进前应采取措施将锚索头拉至原位，并用穿过钻机轴心经进水口固定在钻机机架后部的Φ10mm的圆钢筋拉住锚索10，避免锚索10受到损伤。每钻进1节，测量一下钻杆2角度，及时纠正偏差，保证钻进角度在锚索10变化角度范围内，保持锚索10正好在套管的中央位置。钻机在钻进过程中要保持钻头1平稳钻进，在钻进过程中，施工人员必须观察进尺及钻机扭矩变化，然后根据实际情况调整钻进角度和方向，确保钻头1不在切割锚索10。钻进深度接近设计深度时，根据钻进时钻头1发出的声音及钻进压力判断是否钻至锚索10根部，确认钻头1钻至锚索10根部后停钻取锚索10，根据地层情况控制钻压和钻速。当钻头1全部钻透锚索10长度范围内的锚固体后，锚索10与周围地层之间的粘结力解除，然后用机械设备或人工取出锚索10，不得强行拉拔锚索10。锚索10拔除后，及时向锚索孔内回填水泥砂浆11，注浆浆液采用M7.5强度的水泥砂浆，注浆压力1Mpa。泥浆制备应根据地质情况选用高塑性粘土或膨润土。采用钻孔灌注桩泥浆控制标准，对泥浆比重、含沙率、稠度进行质量检验。锚索10拔除后，在现场统一放置，便于测量和检验。钻机移动到下一个要拔除的锚索10位置，进行下一根锚索10拔除施工循环。

参见图13，钻杆的长度为2000mm左右，直径为120-150mm，管壁厚为10-20mm。

以上为本发明几个典型的实施例，本发明的实施不限于此。

Claims (2)

1.一种采用套取锚索的钻具跟管套取锚索的施工方法，其特征在于：所述套取锚索的钻具，由钻头（1）和钻杆（2）连接而成，所述钻头（1）与钻杆（2）由螺纹丝扣（3）连接，钻杆（2）是端部带螺纹丝扣（3）的中空、高强合金钢管，钻头（1）是一个在前端均匀分布有一圈合金钢齿的一段中空合金钢管；所述钻头（1）上的螺纹丝扣（3）为内丝扣或外丝扣，相应钻杆上的螺纹丝扣（3）为外丝扣或内丝扣；所述钻杆的长度为每节1～2m，各节之间采用螺纹丝扣（3）连接；所述钻头采取下列三种具体结构中的一种：第一种，所述钻头（1）前端的管壁呈内高外低的台阶形，管壁外侧的低阶处和管壁内侧的高阶处内外交错焊有齿块，齿块是矩形、L形和Π形，矩形或L形齿块嵌入并焊接在管壁前端外侧的低阶处，Π形齿块（9）骑在管壁前端内侧的高阶处、并与之焊接；第二种，所述钻头（1）前端的管壁呈内高外低的台阶形，管壁外侧的低阶处间隔开有与钻杆连接的螺孔（8），合金钢齿嵌入并焊接于管壁外侧的低阶处和管壁内侧的高阶处；第三种，所述钻头（1）前端的合金钢齿是在钻头（1）前端切削形成的合金钢齿，或在钻头（1）端部切削成齿槽、齿槽内嵌入并加焊齿块形成的合金钢齿，所述合金钢齿是锯齿形齿（4）或矩形齿（5）；所述合金钢齿与相邻的合金钢齿之间开有三角形豁口（6）或沟槽形豁口（7）；所述套取锚索的钻具跟管套取锚索的施工步骤如下：

步骤1，首先根据调查的锚索资料布置机具设备、确定钻进角度、钻杆直径、分节长度和钻头型式，对钻机停放位置基础进行平整硬化，并设置水平钻机行走轨道，基坑内钢围檩拆除后，固定锚索头；然后根据基坑围护结构施工图纸及现场导线控制点，使用检测仪测定所有锚索（10）的平面坐标和高程、初始钻进角度；

步骤2，在平整硬化的施工作业面上，根据水平钻机尺寸铺设轨道，在已经铺设好的轨道上安装水平钻机设备，组装调试，试运行；

步骤3，在掌子面上沿锚索（10）向里开挖深度1m、直径0.5m以上的导洞， 大致了解锚索（10）的倾角及方位角， 将由钻头（1）和钻杆（2）组成的套取锚索的钻具安装在水平钻机上，试验钻进一段距离；

步骤4，把锚索头用钢筋焊接固定在水平钻机套管中央位置， 钻具安装到位，对准孔位，并调整钻机使其与已探明的锚索（10）倾角及方位角保持一致；

步骤5，开始钻进，每钻进1节钻杆长度，需要接长1节钻杆，每次接管时都应测量锚索头的位置，如发现锚索（10）缩进，再次钻进前应采取措施将锚索头拉至原位，并用穿过钻机轴心经进水口固定在钻机机架后部的Φ10mm的圆钢筋拉住锚索， 避免锚索（10）受到损伤；

步骤6，钻机在钻进过程中要保持钻头（1）平稳钻进, 在钻进过程中，施工人员必须观察进尺及钻机扭矩变化, 然后根据实际情况调整钻进角度和方向,确保钻头不在切割锚索（10）；

步骤7，钻进深度接近设计深度时，根据钻进时钻头发出的声音及钻进压力判断是否钻至锚索（10）根部，确认钻头（1）钻至锚索（10）根部后停钻取锚索（10）；

步骤8，当钻头全部钻透锚索长度范围内的锚固体后，锚索（10）与周围地层之间的粘结力解除，然后用机械设备或人工取锚索（10）；

步骤9，拔除锚索（10）；

步骤10，及时向锚索孔内回填水泥砂浆(11)；

步骤11，钻机移动到下一个要拔除的锚索(10)位置，进行下一根锚索(10)拔除施工循环，重复步骤5-9。

2.根据权利要求 1 所述的跟管套取锚索的施工方法，其特征在于：所述步骤6中，每钻进1节，测量一下钻杆角度，及时纠正偏差，保证钻进角度在锚索(10)变化角度范围内，保持锚索(10)正好在套管的中央位置。

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