CN106049585B - 辊槽成墙方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辊槽成墙方法及装置，属于水利水电、岩土工程领域建造地下连续墙的一种全新施工方法和专用设备。两侧的钻具系统分别与提吊装置固定连接，底部辊子系统两端分别与该钻具系统连接，冲水管组件设在辊子上部；以辊铣方式在地层中开槽形成槽段，可直接注入水泥浆等材料与地层颗粒搅拌混合经固化成墙，也可采用泥浆护壁并用混凝土等材料置换或放置土工膜，从而建成地下连续墙或防渗体。本发明适用于各种土层、砂层、砂砾石层和风化强烈的岩石地层，以辊铣的方式切削剥离地层颗粒，可以泥浆护壁形成槽孔再以成墙材料置换泥浆成墙，也可用自凝类浆液搅入地层直接形成地下连续墙。

Description

辊槽成墙方法及装置

技术领域

本发明属于水利水电、岩土工程领域建造地下连续墙的一种全新施工方法和专用设备，主要用于在地层中以辊铣的方式形成槽孔，并可建成连续墙，这种墙体可广泛用于建筑物地下承重和水工构筑物地下防渗，市场前景十分广阔。

背景技术

目前常用的地下连续墙建造方法主要有抓斗法、锯槽法、钻槽法和搅拌法。

抓斗法（包括液压抓斗和机械抓斗），用履带式起重机提吊抓斗设备冲抓地层形成槽段，采用泥浆护壁，再用混凝土等材料置换泥浆建造连续墙。抓斗法对地层适应性较强，但只能先一斗一斗的抓取地层，同时必须用泥浆保护槽壁，最后再采用成墙材料置换泥浆建造成地下连续墙。抓斗法必须分序施工，工艺复杂、工效低、成本高。

锯槽法（包括液压锯槽和机械式锯槽），利用拉锯锯木的原理锯开地层，但对底部地层切削能力很差，必须采用泥浆护壁，分段隔离、置换成墙。锯槽法对地层适应性较差，工艺复杂、工效低、成本高。

钻槽法（包括单孔套接和多头钻），利用钻机钻孔成槽，必须分序施工、采用泥浆护壁，置换成墙。钻槽法对地层适应性较强，但工艺复杂、工效低、成本高。

搅拌法（包括单头钻和多头钻），利用动力头钻机通过钻杆带动螺旋桨式或翼片式钻头钻进地层，同时注入水泥浆与地层颗粒混合，固化后形成固结体加固地层，用于防渗工程则其抗渗性能较差。搅拌法工艺较简单，但对地层适应性差，工效较低、固结体质量不易控制。

水利水电等岩土工程领域建造地下连续墙的方法虽然很多，但一直缺乏一种地层适应性强、高效优质低成本的简捷工法，这给工程设计者造成很大困扰。随着竞争的日趋激烈，市场急需装备一种性能优越、安全适用的地下连续墙施工设备以及相应的施工方法。

发明内容

本发明提供一种辊槽成墙方法及装置，旨在针对水利水电岩土工程建造地下连续墙或防渗墙现有工法的不足，提供一种性能优越、简捷适用、高效安全、对多类地层广泛适用的开槽成墙装置及其施工方法，以解决上述各种工法所存在的问题。

本发明采取的技术方案是：辊槽成墙装置的结构是：两侧的钻具系统分别与提吊装置固定连接，底部辊子系统两端分别与该钻具系统连接，冲水管组件设在辊子上部；

所述钻具系统的结构是：电动机通过减速箱的输出轴与钻杆连接，外管位于钻杆的外部，传动轴上端与钻杆连接、下端与钻头连接，轴承座与壳体固定连接，传动轴与轴承一转动连接，齿轮与传动轴固定连接，上盖、下盖分别与壳体连接；

所述底部辊子系统的结构是：轴承二与壳体连接，齿轮轴与轴承二转动连接，压盖与壳体固定连接，传动法兰与齿轮轴固定连接，辊轴与传动法兰固定连接，辊齿与辊轴外部固定连接，底口管与壳体连接；

所述冲水管组件的结构是：安装座与壳体固定连接，横管与安装座固定连接，进浆口与横管上部固定连接，喷嘴与横管下方固定连接；

所述提吊装置的结构是：立板与机座固定连接，横轴与立板连接，滑轮组与横轴固定连接。

本发明一种辊槽成墙方法，包括下列步骤：

（一）开挖导槽：提吊辊槽机对正孔位，启动辊槽机和浆泵，下放辊槽机辊铣地层，保持浆液与槽口平齐铣槽至设计深度，提出辊槽机完成一个槽孔；

钻孔配合及辊铣成槽方法：启动钻具系统的电动机，则减速箱的输出轴带动钻杆、传动轴和钻头转动，实现钻头对地层的钻进或搅拌超前成孔，同时安装在传动轴上的齿轮驱动齿轮轴和辊轴转动，辊轴上的辊齿切削、搅拌地层土体，进行辊铣成槽；在整个钻孔与辊槽过程中，设在地面的泥浆泵通过管路、经横管、喷嘴向辊子供给浆液或水，而将切削剥离的地层颗粒通过底口管，经砂石泵反循环排出孔槽，保证辊槽进尺，始终保持孔口浆液液面的确定高度，以保障槽孔孔壁稳定；

每个槽段可由1个或连续多个槽孔构成，槽孔长度一般为2～4m；

（二）搅拌自凝浆液成墙方法：在地层颗粒的粒径小于3cm的土层、砂层、砂砾石地层中，根据进尺速度，在槽孔辊铣过程中直接向孔内的钻头和辊子处连续供给水灰比2:1～1:1、200～500L/min的水泥浆液，钻头和辊子在下行转动进尺的同时，将水泥浆液与地层颗粒充分搅拌而形成性能均匀的浆体，在辊槽机上提时停止供浆只对浆体进行搅拌；

（三）结合置换成墙方法：当墙体性能要求较高时，按上述成槽工艺形成槽段后，采用灌注混凝土等材料置换出槽内护壁浆液，混凝土固结后即形成一段较高性能的地下墙体；

还包括结合铺塑防渗方法：利用辊槽工艺铣成的槽段内铺设土工膜等隔水材料，即可建成具有一定抗渗性能的防渗帷幕。

本发明所述辊子的选择方法是：

a.可根据地质条件选择辊子结构：地层颗粒粒径小于3cm的土层、砂层和砂砾石地层，为获得较高的搅拌效率可采用长齿结构的辊子，辊齿高度10～15cm；地层颗粒粒径3～6cm的砂砾石层和强烈风化岩层，应采用短齿结构的辊子，辊齿高度5～10cm；

b.滚齿材料选择：选用强度较高耐磨性较好的钢材作为母体材料，齿尖镶焊硬质合金材料，对于土层和砂层，采用片状合金或复合片镶焊；对于颗粒直径较大的砂砾石地层，采用球齿、柱状或块状硬质合金镶焊。

本发明的辊槽成墙施工方法以辊铣方式在地层中开槽形成槽段，在槽段中直接注入水泥浆等材料与地层颗粒搅拌混合经固化即建成地下墙，如采用泥浆护壁并用混凝土等材料置换或放置土工膜，从而建成地下连续墙或防渗体。

本发明的辊槽成墙施工方法主要适用于各种土层、砂层、砂砾石层和风化强烈的岩石地层，以辊铣的方式切削剥离地层颗粒，可以泥浆护壁形成槽孔再以成墙材料置换泥浆成墙，也可用自凝类浆液搅入地层直接形成地下连续墙。本发明的辊槽机对颗粒直径大于10cm的卵砾石层和中等硬度以上的岩层不适用。

本发明的辊槽成墙装置，主要由两侧各一套钻具系统、底部辊子系统、冲水管组件和提吊装置等四部分构成。启动钻具系统的电动机带动钻杆和钻头转动，实现对地层的钻进超前成孔，同时驱动辊子转动，其辊齿切削、搅拌地层土体，进行辊铣成槽，在整个钻孔与辊槽过程中，设在地面的泥浆泵通过管路向辊子供给浆液，而将切削剥离的地层颗粒反循环排出孔槽，保证辊槽进尺，始终保持孔口浆液液面的确定高度，以保障槽孔孔壁稳定。

本发明的辊槽成墙装置的优点是：结构新颖，操作维护简便，性能优越，实用性强，安全耐用、易制造、造价低、地层适应性强、工效高质量好、施工工艺简捷、环保。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明底部辊子系统和冲水管组件的结构示意图。

具体实施方式

辊槽成墙装置的结构是：两侧的钻具系统分别与提吊装置固定连接，底部辊子系统两端分别与该钻具系统连接，冲水管组件设在辊子上部；

所述钻具系统的结构是：电动机1通过减速箱2的输出轴3与钻杆4连接，外管5位于钻杆4的外部，传动轴6上端与钻杆4连接、下端与钻头14连接，轴承座9与壳体12固定连接，传动轴6与轴承一10转动连接，齿轮11与传动轴6固定连接，上盖8、下盖13分别与壳体连接；

所述底部辊子系统的结构是：轴承二16与壳体12连接，齿轮轴15与轴承二16转动连接，压盖17与壳体12固定连接，传动法兰19与齿轮轴15固定连接，辊轴20与传动法兰19固定连接，辊齿21与辊轴20外部固定连接，底口管24与壳体12连接；

所述冲水管组件的结构是：安装座26与壳体12固定连接，横管27与安装座26固定连接，进浆口28与横管27上部固定连接，喷嘴25与横管27下方固定连接；

所述提吊装置的结构是：立板22与机座23固定连接，横轴18与立板22连接，滑轮组7与横轴18固定连接。

本发明一种辊槽成墙方法，包括下列步骤：

（一）开挖导槽：提吊辊槽机对正孔位，启动辊槽机和浆泵，下放辊槽机辊铣地层，保持浆液与槽口平齐铣槽至设计深度，提出辊槽机完成一个槽孔；

钻孔配合及辊铣成槽方法：启动钻具系统的电动机1，则减速箱2的输出轴3带动钻杆4、传动轴5和钻头14转动，实现钻头14对地层的钻进或搅拌超前成孔，同时安装在传动轴5上的齿轮11驱动齿轮轴15和辊轴20转动，辊轴20上的辊齿21切削、搅拌地层土体，进行辊铣成槽；在整个钻孔与辊槽过程中，设在地面的泥浆泵通过管路、经横管27、喷嘴25向辊子供给浆液或水，而将切削剥离的地层颗粒通过底口管24，经砂石泵反循环排出孔槽，保证辊槽进尺，此反循环系统可实现正循环供给浆液或供水钻进，始终保持孔口浆液液面的确定高度，以保障槽孔孔壁稳定；

每个槽段可由1个或连续多个槽孔构成，槽孔长度一般为2～4m，可根据墙体厚度和机械性能等自行设定，槽段长度可视地质条件和施工效率等实际情况综合确定；

（二）搅拌自凝浆液成墙方法：在地层颗粒的粒径小于3cm的土层、砂层、砂砾石地层中，根据进尺速度，在槽孔辊铣过程中直接向孔内的钻头和辊子处连续供给水灰比2:1～1:1、200～500L/min的水泥浆液，钻头和辊子在下行转动进尺的同时，将水泥浆液与地层颗粒充分搅拌而形成性能均匀的浆体，在辊槽机上提时停止供浆只对浆体进行搅拌，当辊槽机完全提出孔口即完成一个槽孔的辊铣注浆和浆体搅拌，待该浆体固化后即形成一段具有一定确定和抗渗透性能的地下墙体，该工艺工序简捷、成墙工效高、施工成本低；

（三）结合置换成墙方法：当墙体性能要求较高时，如高强度、高塑性，按上述成槽工艺形成槽段后，采用灌注混凝土等材料置换出槽内护壁浆液，混凝土固结后即形成一段较高性能的地下墙体；

还包括结合铺塑防渗方法：利用辊槽工艺铣成的槽段内铺设土工膜等隔水材料，即可建成具有一定抗渗性能的防渗帷幕。

本发明所述辊子的选择方法是：

a.根据地质条件选择辊子结构：地层颗粒粒径小于3cm的土层、砂层和砂砾石地层，为获得较高的搅拌效率可采用长齿结构的辊子，辊齿高度10～15cm；地层颗粒粒径3～6cm的砂砾石层和强烈风化岩层，应采用短齿结构的辊子，辊齿高度5～10cm；

b.滚齿材料选择：选用强度较高耐磨性较好的钢材作为母体材料,如45#钢材，齿尖镶焊硬质合金材料，对于土层和砂层，采用片状合金或复合片镶焊；对于颗粒直径较大的砂砾石地层，采用球齿、柱状或块状硬质合金镶焊。

利用起吊高度＞5m、起吊力＞80kN的立柱式起重机械，配备副卷扬机，提吊本发明的辊槽机以辊铣方式在地层中开槽形成槽段，可直接注入水泥浆等材料与地层颗粒搅拌混合经固化成墙，也可采用泥浆护壁并用混凝土等材料置换或放置土工膜，从而建成地下连续墙或防渗体。

Claims (4)

1.一种辊槽成墙装置，其特征在于：两侧的钻具系统分别与提吊装置固定连接，底部辊子系统两端分别与该钻具系统连接，冲水管组件设在辊子上部；

所述钻具系统的结构是：电动机通过减速箱的输出轴与钻杆连接，外管位于钻杆的外部，传动轴上端与钻杆连接、下端与钻头连接，轴承座与壳体固定连接，传动轴与轴承一转动连接，齿轮与传动轴固定连接，上盖、下盖分别与壳体连接；

所述底部辊子系统的结构是：轴承二与壳体连接，齿轮轴与轴承二转动连接，压盖与壳体固定连接，传动法兰与齿轮轴固定连接，辊轴与传动法兰固定连接，辊齿与辊轴外部固定连接，底口管与壳体连接；

所述冲水管组件的结构是：安装座与壳体固定连接，横管与安装座固定连接，进浆口与横管上部固定连接，喷嘴与横管下方固定连接；

所述提吊装置的结构是：立板与机座固定连接，横轴与立板连接，滑轮组与横轴固定连接。

2.一种辊槽成墙方法，其特征在于包括下列步骤：

（一）开挖导槽：提吊辊槽机对正孔位，启动辊槽机和浆泵，下放辊槽机辊铣地层，保持浆液与槽口平齐铣槽至设计深度，提出辊槽机完成一个槽孔；

钻孔配合及辊铣成槽方法：启动钻具系统的电动机，则减速箱的输出轴带动钻杆、传动轴和钻头转动，实现钻头对地层的钻进或搅拌超前成孔，同时安装在传动轴上的齿轮驱动齿轮轴和辊轴转动，辊轴上的辊齿切削、搅拌地层土体，进行辊铣成槽；在整个钻孔与辊槽过程中，设在地面的泥浆泵通过管路、经横管、喷嘴向辊子供给浆液或水，而将切削剥离的地层颗粒通过底口管，经砂石泵反循环排出孔槽，保证辊槽进尺，始终保持孔口浆液液面的确定高度，以保障槽孔孔壁稳定；

每个槽段由1个或连续多个槽孔构成，槽孔长度为2～4m；

（二）搅拌自凝浆液成墙方法：在地层颗粒的粒径小于3cm的土层、砂层、砂砾石地层中，根据进尺速度，在槽孔辊铣过程中直接向孔内的钻头和辊子处连续供给水灰比2:1～1:1、200～500L/min的水泥浆液，钻头和辊子在下行转动进尺的同时，将水泥浆液与地层颗粒充分搅拌而形成性能均匀的浆体，在辊槽机上提时停止供浆只对浆体进行搅拌；

（三）结合置换成墙方法：当墙体性能要求较高时，按上述成槽工艺形成槽段后，采用灌注混凝土材料置换出槽内护壁浆液，混凝土固结后即形成一段较高性能的地下墙体。

3.根据权利要求2所述的一种辊槽成墙方法，其特征在于还包括：结合铺塑防渗方法：利用辊槽工艺铣成的槽段内铺设土工膜隔水材料，即可建成具有一定抗渗性能的防渗帷幕。

4.根据权利要求2或3所述的一种辊槽成墙方法，其特征在于所述辊子的选择方法是：

a.可根据地质条件选择辊子结构：地层颗粒粒径小于3cm的土层、砂层和砂砾石地层，为获得较高的搅拌效率采用长齿结构的辊子，辊齿高度10～15cm；地层颗粒粒径3～6cm的砂砾石层和强烈风化岩层，应采用短齿结构的辊子，辊齿高度5～10cm；

b.滚齿材料选择：选用强度较高耐磨性较好的钢材作为母体材料，齿尖镶焊硬质合金材料，对于土层和砂层，采用片状合金或复合片镶焊；对于颗粒直径较大的砂砾石地层，采用球齿、柱状或块状硬质合金镶焊。