CN106836185B - 一种小断面多孔管旋喷钻具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小断面多孔管旋喷钻具，该小断面多孔管旋喷钻具的外径小于100mm。较佳地，小断面多孔管旋喷钻具的外径为90mm。该小断面多孔管旋喷钻具包括旋喷钻头，旋喷钻头包括旋喷钻头本体和气浆同轴喷嘴，气浆同轴喷嘴设置在旋喷钻头本体的侧面中，气浆同轴喷嘴的轴线与旋喷钻头本体的轴线倾斜设置，旋喷钻头本体具有第一和第二端部，气浆同轴喷嘴朝向第二端部倾斜。优选地，气浆同轴喷嘴的轴线与旋喷钻头本体的轴线成70°夹角设置。本发明的小断面多孔管旋喷钻具能够用于地铁隧道旁通道施工地内压力可控且无泥浆排放高压喷射注浆地基加固，能使隧道外孤面周围土体也被高压喷射注浆加固，设计巧妙，结构简洁，制造简便，且适于大规模推广应用。

Description

一种小断面多孔管旋喷钻具

技术领域

本发明涉及建筑工程施工技术领域，特别涉及地基加固施工技术领域，具体是指一种小断面多孔管旋喷钻具。

背景技术

目前，我国地铁隧道旁通道施工通常采用水平冰冻法地基加固+矿山法施工。但由于冰冻法的冻涨隔沉特性，对地基加固附近的管线变形影响较大、且不容易控制。

为此，申请人拟采用中国发明专利ZL201410023170.1(其全部内容在这里作为参考并入)的地内压力可控且无泥浆排放高压喷射注浆系统及施工方法，代替水平冰冻法进行地基加固。但由于地铁隧道管片内部钢筋结构的原因，在隧道管片上开孔的直径尺寸不能大于100mm，否则会使管片内部钢筋断掉，削弱管片的强度与刚度。而对水平旋喷桩施工周边环境影响小的“地内压力可控且无泥浆排放高压喷射注浆系统及施工方法”，即上述中国发明专利ZL201410023170.1，其采用的多孔管旋喷钻具的外径尺寸为142mm，不能用于地铁隧道旁通道施工地内压力可控且无泥浆排放高压喷射注浆地基加固。

因此，需要提供一种小断面多孔管旋喷钻具，其能够用于地铁隧道旁通道施工地内压力可控且无泥浆排放高压喷射注浆地基加固。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种小断面多孔管旋喷钻具，其能够用于地铁隧道旁通道施工地内压力可控且无泥浆排放高压喷射注浆地基加固，适于大规模推广应用。

本发明的另一目的在于提供一种小断面多孔管旋喷钻具，其能使隧道外孤面周围土体也被高压喷射注浆加固，适于大规模推广应用。

本发明的另一目的在于提供一种小断面多孔管旋喷钻具，其设计巧妙，结构简洁，制造简便，适于大规模推广应用。

为达到以上目的，本发明的小断面多孔管旋喷钻具，其特点是，所述小断面多孔管旋喷钻具的外径小于100mm。

较佳地，所述小断面多孔管旋喷钻具的外径为90mm。

较佳地，所述小断面多孔管旋喷钻具包括旋喷钻头，所述旋喷钻头包括旋喷钻头本体和气浆同轴喷嘴，所述气浆同轴喷嘴设置在所述旋喷钻头本体的侧面中，所述气浆同轴喷嘴的轴线与所述旋喷钻头本体的轴线倾斜设置，所述旋喷钻头本体具有第一端部和第二端部，所述气浆同轴喷嘴朝向所述第二端部倾斜。

更佳地，所述的气浆同轴喷嘴的轴线与所述的旋喷钻头本体的轴线成70°夹角设置。

更佳地，所述旋喷钻头还包括气通道和浆通道，所述气通道和所述浆通道均设置在所述旋喷钻头本体中并分别管路连通所述气浆同轴喷嘴。

更佳地，所述旋喷钻头还包括冲水削孔喷嘴和削孔水通道，所述冲水削孔喷嘴设置在所述第一端部，所述削孔水通道设置在所述旋喷钻头本体中并与所述冲水削孔喷嘴管路连通。

更佳地，所述旋喷钻头还包括吸浆口、吸浆口阀门、传感驱动构件以及排浆通道，所述吸浆口设置在所述的旋喷钻头本体的侧面中，所述吸浆口阀门、所述传感驱动构件以及所述排浆通道均设置在所述旋喷钻头本体中，所述吸浆口阀门设置在所述吸浆口中，所述传感驱动构件与所述吸浆口阀门连接从而通过所述吸浆口阀门控制所述吸浆口的大小，所述排浆通道管路连通所述吸浆口。

更进一步地，所述传感驱动构件包括控制模块、双活塞杆油缸、位移传感器和地内压力传感器，所述双活塞杆油缸设置在所述旋喷钻头本体中并包括第一活塞杆和第二活塞杆，所述第一活塞杆与所述吸浆口阀门连接，所述位移传感器设置于所述第二活塞杆的伸缩位置，所述地内压力传感器与所述气浆同轴喷嘴邻近设置，所述控制模块分别信号连接所述位移传感器、所述地内压力传感器和所述双活塞杆油缸。

更佳地，所述旋喷钻头还包括吸浆口、高压水通道、喷水嘴以及排浆通道，所述吸浆口设置在所述的旋喷钻头本体的侧面中，所述高压水通道、所述喷水嘴和所述排浆通道均设置在所述旋喷钻头本体中，所述喷水嘴与所述吸浆口邻近设置，所述高压水通道通过所述喷水嘴管路连通所述排浆通道，所述排浆通道管路连通所述吸浆口。

更佳地，所述小断面多孔管旋喷钻具还包括旋喷钻杆，所述旋喷钻杆与第二端部连接并管路连通所述气浆同轴喷嘴。

本发明的有益效果主要在于：

1、本发明的小断面多孔管旋喷钻具的外径小于100mm，因此，能够用于地铁隧道旁通道施工地内压力可控且无泥浆排放高压喷射注浆地基加固，适于大规模推广应用。

2、本发明的小断面多孔管旋喷钻具包括旋喷钻头，旋喷钻头包括旋喷钻头本体和气浆同轴喷嘴，气浆同轴喷嘴设置在旋喷钻头本体的侧面中，气浆同轴喷嘴的轴线与旋喷钻头本体的轴线倾斜设置，旋喷钻头本体具有第一端部和第二端部，气浆同轴喷嘴朝向第二端部倾斜，因此，能使隧道外孤面周围土体也被高压喷射注浆加固，适于大规模推广应用。

3、本发明的小断面多孔管旋喷钻具的外径小于100mm，包括旋喷钻头，旋喷钻头包括旋喷钻头本体和气浆同轴喷嘴，气浆同轴喷嘴设置在旋喷钻头本体的侧面中，气浆同轴喷嘴的轴线与旋喷钻头本体的轴线倾斜设置，旋喷钻头本体具有第一端部和第二端部，气浆同轴喷嘴朝向第二端部倾斜，因此，设计巧妙，结构简洁，制造简便，适于大规模推广应用

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1是本发明的小断面多孔管旋喷钻具的一具体实施例的使用状态的主视主视局部剖视示意图。

图2是图1所示的具体实施例的旋喷钻头的主视局部剖视示意图。

图3是图2所示的旋喷钻头的另一主视局部剖视示意图。

图4是图2所示的旋喷钻头的左视示意图。

图5是图2所示的旋喷钻头的右视示意图。

(符号说明)

1小断面多孔管旋喷钻具；2旋喷钻头；21气通道；22浆通道；23削孔水通道；24排浆通道；25高压水通道；26第一液压油通道；27第二液压油通道；28信号传输线通道；3旋喷钻头本体；31第一端部；32第二端部；33凹部；4气浆同轴喷嘴；5冲水削孔喷嘴；6吸浆口；7吸浆口阀门；8传感驱动构件；81双活塞杆油缸；82位移传感器；83地内压力传感器；84第一活塞杆；85第二活塞杆；9喷水嘴；10旋喷钻杆；20导流器；30高压气体喷射流；40高压水泥浆液喷射流；50圆隧道管片；60水平水泥土柱状固结体。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参见图1-图5所示，在本发明的一具体实施例中，本发明的小断面多孔管旋喷钻具1的外径小于100mm。

所述小断面多孔管旋喷钻具1的外径具体为多少可以根据需要确定，在本发明的一具体实施例中，所述小断面多孔管旋喷钻具1的外径为90mm。

所述小断面多孔管旋喷钻具1可以具有任何合适的构成，请参见图1-图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述小断面多孔管旋喷钻具1包括旋喷钻头2，所述旋喷钻头2包括旋喷钻头本体3和气浆同轴喷嘴4，所述气浆同轴喷嘴4设置在所述旋喷钻头本体3的侧面中，所述气浆同轴喷嘴4的轴线与所述旋喷钻头本体3的轴线倾斜设置，所述旋喷钻头本体3具有第一端部31和第二端部32，所述气浆同轴喷嘴4朝向所述第二端部32倾斜。

所述气浆同轴喷嘴4的轴线与所述旋喷钻头本体3的轴线倾斜设置的角度可以根据需要确定，请参见图1-图3所示，在本发明的一具体实施例中，所述的气浆同轴喷嘴4的轴线与所述的旋喷钻头本体3的轴线成70°夹角设置。

为了能够从所述气浆同轴喷嘴4喷出受高压气体喷射流30保护的高压水泥浆液喷射流40，请参见图1-图3和图5所示，在本发明的一具体实施例中，所述旋喷钻头2还包括气通道21和浆通道22，所述气通道21和所述浆通道22均设置在所述旋喷钻头本体3中并分别管路连通所述气浆同轴喷嘴4。

为了使得所述旋喷钻头2前进到达设计位置，更佳地，所述旋喷钻头2还包括冲水削孔喷嘴5和削孔水通道23，所述冲水削孔喷嘴5设置在所述第一端部31，所述削孔水通道23设置在所述旋喷钻头本体3中并与所述冲水削孔喷嘴5管路连通。请参见图1-图5所示，在本发明的一具体实施例中，所述第一端部31的端面具有凹部33，所述冲水削孔喷嘴5设置在所述凹部33的底部中。所述冲水削孔喷嘴5可以带单向阀。

为了控制多余泥浆排出以及控制地内压力，请参见图1-图3和图5所示，在本发明的一具体实施例中，所述旋喷钻头2还包括吸浆口6、吸浆口阀门7、传感驱动构件8以及排浆通道24，所述吸浆口6设置在所述的旋喷钻头本体3的侧面中，所述吸浆口阀门7、所述传感驱动构件8以及所述排浆通道24均设置在所述旋喷钻头本体3中，所述吸浆口阀门7设置在所述吸浆口6中，所述传感驱动构件8与所述吸浆口阀门7连接从而通过所述吸浆口阀门7控制所述吸浆口6的大小，所述排浆通道24管路连通所述吸浆口6。

所述传感驱动构件8可以具有任何合适的构成，请参见图1-图3和图5所示，在本发明的一具体实施例中，所述传感驱动构件8包括控制模块(图中未示出)、双活塞杆油缸81、位移传感器82和地内压力传感器83，所述双活塞杆油缸81设置在所述旋喷钻头本体3中并包括第一活塞杆84和第二活塞杆85，所述第一活塞杆84与所述吸浆口阀门7连接，所述位移传感器82设置于所述第二活塞杆85的伸缩位置，所述地内压力传感器83与所述气浆同轴喷嘴4邻近设置，所述控制模块分别信号连接所述位移传感器82、所述地内压力传感器83和所述双活塞杆油缸81。

为了控制多余泥浆排出以及控制地内压力，更佳地，所述旋喷钻头2还包括吸浆口6、高压水通道25、喷水嘴9以及排浆通道24，所述吸浆口6设置在所述的旋喷钻头本体3的侧面中，所述高压水通道25、所述喷水嘴9和所述排浆通道24均设置在所述旋喷钻头本体3中，所述喷水嘴9与所述吸浆口6邻近设置，所述高压水通道25通过所述喷水嘴9管路连通所述排浆通道24，所述排浆通道24管路连通所述吸浆口6。请参见图1-图3和图5所示，在本发明的一具体实施例中，在所述旋喷钻头2还包括吸浆口6、吸浆口阀门7、传感驱动构件8以及排浆通道24的情况下，所述旋喷钻头2还包括高压水通道25和喷水嘴9，所述高压水通道25和所述喷水嘴9均设置在所述旋喷钻头本体3中，所述喷水嘴9与所述吸浆口6邻近设置，所述高压水通道25通过所述喷水嘴9管路连通所述排浆通道24。所述喷水嘴9可以带单向阀。

请参见图3和图5所示，在本发明的一具体实施例中，在所述传感驱动构件8包括控制模块、双活塞杆油缸81、位移传感器82和地内压力传感器83的情况下，所述旋喷钻头本体3中还设置有第一液压油通道26、第二液压油通道27和信号传输线通道28(如果采用有线通信的话)。

所述小断面多孔管旋喷钻具1还可以包括其它构成，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述小断面多孔管旋喷钻具1还包括旋喷钻杆10，所述旋喷钻杆10与第二端部32连接并管路连通所述气浆同轴喷嘴4。例如，在所述旋喷钻头2还包括气通道21和浆通道22的情况下，所述旋喷钻杆10管路连通气通道21和浆通道22，从而通过气通道21和浆通道22管路连通所述气浆同轴喷嘴4。同样地，所述旋喷钻杆10还管路连通其它通道，例如削孔水通道23、排浆通道24、高压水通道25、第一液压油通道26、第二液压油通道27和信号传输线通道28。

使用时，所述小断面多孔管旋喷钻具1可以和任何合适的部件连接，例如，请参见图1所示，所述小断面多孔管旋喷钻具1连接导流器20，具体是所述旋喷钻杆10连接所述导流器20并管路连通所述导流器20。

请参见图1所示，在旋喷桩高压喷射注浆施工前，旋转旋喷钻头2，在圆隧道管片50上开孔进入土体，高压削孔水依次通过所述导流器20和所述旋喷钻杆10后经所述旋喷钻头2中的削孔水通道23经冲水削孔喷嘴5中喷出，直接破坏土体，同时，外径90mm的小断面多孔管旋喷钻具1一边左右旋转摆动、一边成孔前进到达设计位置。

在旋喷桩高压喷射注浆时，压缩空气与高压水泥浆液分别依次通过所述导流器20和所述旋喷钻杆10后经所述旋喷钻头2中的气通道21和浆通道22从气浆同轴喷嘴4中喷出，高压水泥浆液喷射流40在高压气体喷射流30的保护下，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，随着旋喷钻头2边旋转边后退，使水泥浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的水平水泥土柱状固结体60。

吸浆口6为排浆的入口，其开口的大小决定了排浆的流量。吸浆口阀门7设置在吸浆口6中，且能沿垂直吸浆口6的方向滑移，用以控制吸浆口6的开闭大小。双活塞杆油缸81与吸浆口阀门7相连接，并为吸浆口阀门7提供驱动力。位移传感器82用以检测吸浆口阀门7的开启状态。当高压水流依次通过所述导流器20和所述旋喷钻杆10后经所述旋喷钻头2中的高压水通道25从喷水嘴9进入与吸浆口6相连的排浆通道24时，在吸浆口6附近形成压力差，促使旋喷时产生的多余泥浆顺利从吸浆口6吸入排浆通道24后经所述旋喷钻杆10和所述导流器20排出。地内压力传感器83用以检测旋喷时产生的地内压力。通过地内压力传感器83与位移传感器82可测得地内压力值与吸浆口阀门7的开启大小值；再通过与地内压力设定值的比较结果，通过控制模块控制第一液压油通道26与第二液压油通道27的进回油路，使双活塞杆油缸81动作，进而驱动吸浆口阀门7以调节吸浆口6的大小，从而有效地主动控制排浆流量，使地内压力值接近设定值；也可改变进入喷水嘴9的高压水流量，从而改变吸浆口6的真空度，以改变多余泥浆的吸入量与排浆量，从而有效地主动控制排浆流量，使地内压力值接近设定值。

总之，应用本发明所述的外径90mm的小断面多孔管旋喷钻具，不但满足地铁隧道旁通道施工地基加固时隧道管片开孔尺寸不大于100mm的要求，有效地主动控制排浆流量，促使多余泥浆顺利地排出，控制钻头周围的地内压力值，从而确保土体压力平衡，保证水平旋喷桩质量、土体稳定和有效控制周围土体扰动的效果，而且由于气浆同轴喷嘴的轴线与旋喷钻头本体的轴线倾斜设置，还能使隧道外孤面周围土体也被高压喷射注浆加固，而常规气浆同轴喷嘴的轴线与旋喷钻头本体的轴线垂直设置，即成90°，无法使隧道外孤面周围土体也被高压喷射注浆加固。另外，显然，本发明用于垂直旋喷时，同样能取得保证成桩直径、有效控制地面沉降的效果。

综上，本发明的小断面多孔管旋喷钻具能够用于地铁隧道旁通道施工地内压力可控且无泥浆排放高压喷射注浆地基加固，能使隧道外孤面周围土体也被高压喷射注浆加固，设计巧妙，结构简洁，制造简便，且适于大规模推广应用。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

Claims (7)

1.一种小断面多孔管旋喷钻具，其特征在于，所述小断面多孔管旋喷钻具的外径为90mm；

所述小断面多孔管旋喷钻具包括旋喷钻头，所述旋喷钻头包括旋喷钻头本体和气浆同轴喷嘴，所述气浆同轴喷嘴设置在所述旋喷钻头本体的侧面中，所述气浆同轴喷嘴的轴线与所述旋喷钻头本体的轴线倾斜设置，所述旋喷钻头本体具有第一端部和第二端部，所述气浆同轴喷嘴朝向所述第二端部倾斜；

所述旋喷钻头还包括冲水削孔喷嘴和削孔水通道，所述冲水削孔喷嘴设置在所述第一端部，所述削孔水通道设置在所述旋喷钻头本体中并与所述冲水削孔喷嘴管路连通；

所述第一端部的端面具有凹部，所述冲水削孔喷嘴设置在所述凹部的底部中，所述冲水削孔喷嘴带单向阀。

2.如权利要求1所述的小断面多孔管旋喷钻具，其特征在于，所述的气浆同轴喷嘴的轴线与所述的旋喷钻头本体的轴线成70°夹角设置。

3.如权利要求1所述的小断面多孔管旋喷钻具，其特征在于，所述旋喷钻头还包括气通道和浆通道，所述气通道和所述浆通道均设置在所述旋喷钻头本体中并分别管路连通所述气浆同轴喷嘴。

4.如权利要求1所述的小断面多孔管旋喷钻具，其特征在于，所述旋喷钻头还包括吸浆口、吸浆口阀门、传感驱动构件以及排浆通道，所述吸浆口设置在所述的旋喷钻头本体的侧面中，所述吸浆口阀门、所述传感驱动构件以及所述排浆通道均设置在所述旋喷钻头本体中，所述吸浆口阀门设置在所述吸浆口中，所述传感驱动构件与所述吸浆口阀门连接从而通过所述吸浆口阀门控制所述吸浆口的大小，所述排浆通道管路连通所述吸浆口。

5.如权利要求4所述的小断面多孔管旋喷钻具，其特征在于，所述传感驱动构件包括控制模块、双活塞杆油缸、位移传感器和地内压力传感器，所述双活塞杆油缸设置在所述旋喷钻头本体中并包括第一活塞杆和第二活塞杆，所述第一活塞杆与所述吸浆口阀门连接，所述位移传感器设置于所述第二活塞杆的伸缩位置，所述地内压力传感器与所述气浆同轴喷嘴邻近设置，所述控制模块分别信号连接所述位移传感器、所述地内压力传感器和所述双活塞杆油缸。

6.如权利要求4所述的小断面多孔管旋喷钻具，其特征在于，所述旋喷钻头还包括高压水通道、喷水嘴，所述高压水通道、所述喷水嘴设置在所述旋喷钻头本体中，所述喷水嘴与所述吸浆口邻近设置，所述高压水通道通过所述喷水嘴管路连通所述排浆通道。

7.如权利要求1所述的小断面多孔管旋喷钻具，其特征在于，所述小断面多孔管旋喷钻具还包括旋喷钻杆，所述旋喷钻杆与第二端部连接并管路连通所述气浆同轴喷嘴。