CN107191141B - 一种用于隧道钻孔的冻结管 - Google Patents

一种用于隧道钻孔的冻结管 Download PDF

Info

Publication number
CN107191141B
CN107191141B CN201710562659.XA CN201710562659A CN107191141B CN 107191141 B CN107191141 B CN 107191141B CN 201710562659 A CN201710562659 A CN 201710562659A CN 107191141 B CN107191141 B CN 107191141B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
freezing pipe
drilling rod
drill bit
copolymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710562659.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107191141A (zh
Inventor
王景旺
高元杰
卜淑云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Zhongcai Profiles Co ltd
Zhejiang Zhongcai Pipes Science and Technology Co Ltd
Original Assignee
TIANJIN ZHONGCAI PROFILES CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TIANJIN ZHONGCAI PROFILES CO Ltd filed Critical TIANJIN ZHONGCAI PROFILES CO Ltd
Priority to CN201710562659.XA priority Critical patent/CN107191141B/zh
Publication of CN107191141A publication Critical patent/CN107191141A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107191141B publication Critical patent/CN107191141B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/04—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C08L27/06—Homopolymers or copolymers of vinyl chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/22—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
    • C08L27/24—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment halogenated
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/42—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits
    • E21B10/43—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits characterised by the arrangement of teeth or other cutting elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2237—Oxides; Hydroxides of metals of titanium
    • C08K2003/2241—Titanium dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24—Acids; Salts thereof
    • C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
    • C08K2003/265—Calcium, strontium or barium carbonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00—Applications
    • C08L2203/18—Applications used for pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/03—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend
    • C08L2205/035—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend containing four or more polymers in a blend

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述冻结管包括依次相互连接的钻头、钻杆和法兰盘，所述钻头和钻杆均呈中空的管状，所述钻杆的内部靠近钻头的一端设置有单向阀，所述法兰盘套接于钻杆的外部并于钻杆固定连接，且边缘开设有若干通孔。本发明所述的冻结管既可作为钻孔设备，同时可作为冷冻管通冻结盐水，对隧道起到支护作用，使用该冻结管实施冻结后不用拔管即可进行盾构掘进施工，既减少了施工工序降低了工程成本，又避免了因拔管过程不顺利导致的风险。

Description

一种用于隧道钻孔的冻结管
技术领域
本发明属于隧道施工领域，尤其是涉及一种用于隧道钻孔的冻结管。
背景技术
隧道，做为人类利用地下空间的重要方式，已受到了越来越多国家各级政府的重视。目前，其主要应用于城市铁路、公路、排污、供水、电及通讯等方面。开发利用隧道，将铁路、公路、管网等放置地下不仅可以充分利用土地资源、有利于废物、废气、噪音的排放、处理和环境保护，而且还可以减少飓风、酸雨、战争等自然灾害及破坏性人为现象带来的损失，同时，过江、河、海、湖隧道的修建，一方面可解决交通及通讯、通水难题，又可保持自然环境的天然美观和舒适。
目前常用的隧道施工技术主要有：盾构法、矿山法、顶管法、沉管法及新奥法等。目前，软土地区，盾构法应用最广泛。在隧道施工过程中，由于所处理对象(岩土体)本身具有千变万化的客观特性，如，在人口密集、交通繁忙、建筑物及其他设施较多，且地下水位浅，甚至存在压力水、土质条件差，强度低的地方施工浅表隧道，直接使用以上工法往往会造成坑内涌水、地表塌陷、周围土体发生大量变形，从而引起周边环境和设施的破坏；另外，在地铁或隧道连通道处，上述工作法也不能直接应用。因此针对具体情况，一些辅助工法就应运而生了，目前常用的主要有：注浆法、粉喷法和建筑防护墙法都能对软弱地层进行永久性加固，有时对于地下水的治理也能起到很好的作用，但是这些方法都易对环境造成污染，且工序多、技术复杂，尤其防护墙还占用有限的地下空间，同时对于存在承压水的的地区，上述工法施工难度都较大，且效果不明显。而冻结工法是在加固区原位对土体进行降温，使孔隙水结冰胶结土颗粒，提高土体强度且形成有效止水的目的。该工法对拟加固土体扰动小、无须降、排水，能极大限度的减小对环境的改变；施工中无噪音、泥浆、废弃物的生成，对环境污染小。
地层冻结技术源于天然冻结，是利用人工制冷的办法，人为在众多冻结管中循环冷媒逐块降低土体温度，直至形成一个均一、稳定的冻土体，以抵抗地压并隔断地下水的联系，冻结法广泛应用到矿井、地铁、隧道等工程中。隧道施工中很多情况，如盾构始发、接收端头井加固；盾构隧道的地下或海底对接处或连通道处的土体加固；隧道工作井基坑支护和止水；隧道施工中的涌水、塌陷冻结修复处理都应用到冻结法。加固完成之后，为不影响后续工序的施工，需将冻结加固时用的冻结管拔出，但在拔管施工中经常会发生冻结管拔断、拔不动、冷冻管漏液等情况，严重影响冻结施工效果，同时也增加了工程成本。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于隧道钻孔的冻结管，以解决上述问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于隧道钻孔的冻结管，所述冻结管包括依次相互连接的钻头、钻杆和法兰盘，所述钻头和钻杆均呈中空的管状，所述钻杆的内部靠近钻头的一端设置有单向阀。
进一步的，所述钻头的端部设置有若干个的连续齿，所述齿的齿形为矩形。
进一步的，所述齿的齿深为0.5-5cm，凸部宽度为0.5-5cm。
进一步的，所述法兰盘套接于钻杆的外部并与钻杆固定连接，且边缘开设有若干通孔。
进一步的，所述钻杆的长度为1m-2m，内径为50-200mm，所述钻头的外径大于钻杆的外径。
进一步的，所述单向阀沿流体流动方向依次包括阀座、阀体和阀盖，所述阀体为具有轴向通腔的圆柱体，所述阀体侧壁设置有出液口，所述通腔内安装有弹簧，所述阀座的中部开设有进液口且与通腔连通，所述阀盖与弹簧座之间设置有弹簧，所述弹簧座与阀体的内壁相配合并封堵住进液口，所述阀盖与阀体、阀体与阀座均为螺纹连接。
进一步的，所述冻结管的钻杆由包括如下重量份数的原料制备而得：高聚合度聚氯乙烯：100份；抗冲改性剂A：3-10份；填充剂：1-10份；稳定剂：2.5-4份；润滑剂A：0.1-1份；偶联剂：0-3份；耐寒剂：5-10份；加工助剂：1-6份；
所述钻头由包括如下重量份数的原料制备而得：氯化聚氯乙烯：70-80份；聚氯乙烯：20-30份；抗冲改性剂B：5-10份；填充剂：3-10份；稳定剂：3-5份；润滑剂B：0.2-0.8份；改性剂：2-5份；加工助剂：3-6份；耐磨剂：1-5份；颜料：0.2-1份。
所述高聚合度聚氯乙烯的平均聚合度大于2500。PVC选择聚合度高，相对分子质量越大，粘数越高，PVC大分子链间范德华引力或缠绕程度相应增加，PVC链段增长，使得冻结管的耐低温性愈好。同时冻结管的拉伸性能、耐疲劳、耐磨耗等性能均有很大提高。
进一步的，所述抗冲改性剂A为氯化聚乙烯、乙烯—醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯酸酯抗冲改性剂、丁二烯与丙烯腈共聚物中一种或两种以上的混合物；所述抗冲改性剂B为丙烯酸酯类共聚物(ACR)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中一种或两种以上的混合物。优选为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
进一步的，所述填充剂为粒径为10-100nm的纳米碳酸钙。用于提高制品硬度、耐磨性及强度。
进一步的，所述稳定剂为钙锌稳定剂。
进一步的，所述润滑剂A为硬脂酸、硬脂酸正丁酯、多元醇酯、硬脂醇、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、金属皂中一种或两种以上的混合物；所述润滑剂B为褐煤酯蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、合成硬蜡、石蜡、硬脂酸、脂肪酸酯蜡、金属皂中一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和/或铝酸酯偶联剂。
进一步的，所述耐寒剂为乙烯三元共聚物。
优选地，所述耐寒剂为乙烯-醋酸乙烯-羰基共聚物(E/VA/CO)、乙烯-丙烯酸正丁酯-羰基共聚物(E/NBA/CO)、乙烯-丙烯酸正丁酯-缩水甘油共聚物(E/NBA/GMA)中一种或两种以上的混合物。
乙烯三元共聚物和PVC溶解度参数相近，塑化效率高，闪点高，不易挥发。在塑料中匀相分布，与树脂键合力强，阻燃、耐寒耐热性、抗老化能优异，撕裂强度大，耐寒性好，抗蠕变性能优良。
进一步的，所述改性剂为己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二异癸酯(DIDA)、壬二酸二辛酯(DOZ)、癸二酸二辛酯(DOS)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯(TXIB)、硬脂酸丁酯或LHAT酸一二甘醇一二一2一乙基酸酯中一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述的耐磨剂为超细云母粉或是针状硅灰石粉，耐磨剂的粒径为100-2500目。超细云母粉、针状硅灰石粉作为改性剂，可提高钻头机械强度，增强韧性、耐磨性。
进一步的，所述的颜料为金红石型钛白粉或卡博特炭黑。
进一步的，所述加工助剂为甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物。
进一步的，所述氯化聚氯乙烯(CPVC)中氯含量为60％-74％。
上述冻结管的制备方法包括如下步骤：
其中，所述冻结管中钻杆的制备方法包括如下步骤：
(1)原料混合：将PVC、稳定剂、加工助剂、抗冲改性剂、润滑剂、填充剂、偶联剂和耐寒剂，按照配方比例精确称量，加入高速混合机内，经物料与机械摩擦使物料升温至设定工艺温度110℃，然后经冷混机将物料将至45℃，即制得用于挤出生产的PVC熟料；
(2)挤出：将PVC熟料加入到挤出机料斗，调整给料速度，使挤出量与加料量能匹配，确保制品稳定挤出。由于锥形螺杆的特点，加料段具有较大的直径，对物料的传热面积和剪切速度比较大，有利于物料的塑化，计量段螺杆直径小，减少了传热面积和对熔体的剪切速度，使熔体能在较低的温度下挤出。螺杆在料筒内旋转时，将PVC熟料塑化后推向机头，从而达到压实、熔融、混炼均化；并实现排气、脱水目的；
(3)挤出模头：经压实、熔融、混炼均化的PVC，由后续物料经螺杆推向模头，挤出模具是管材成型的关键部件；
(4)冷却定型：真空系统、水循环系统保证PVC管材真空定型冷却；
(5)牵引：牵引机连续、自动地将已冷却变硬的PVC管材从机头处引出来，变频调速；
(6)切割：采用无屑切割机进行切割产品，保证产品端口质量，并实现无粉尘无噪音。由行程开关根据客户要求长度控制后，进行自动切割，并延时翻架，实行流水生产，切割机以定长开关信号为令。完成切割全过程，在切割过程中与PVC管材运行保持同步，切割过程中由电动和气动驱动完成。翻料架翻料动作由气缸通过气路控制实现，翻料架设有一个限位装置，当切割锯切断管材时，管材继续输送，经延时后，气缸进入工作，实现翻料动作，达到卸料目的，卸料后经延时数秒自动复位，等待下一个循环。
其中，钻头的制备方法包括如下步骤：
(1)混料：将CPVC、PVC树脂在混合缸内先预混合2-3min，使两者充分混合均匀后，再将稳定剂和改性剂加入高速混合机中进行混合，当物料温度升至95-100℃后，加入抗冲改性剂、加工助剂、填充剂、颜料进一步混合至温度达到120-130℃，排料至低速冷混机中；
低速冷混合的目的是防止处在较高温度下(120-130℃)混合料在使用、贮存过程中产生降解，低速冷混合机的转速明显低于高速混合机，同时设备夹套中通水冷却，是物料达到40-45℃方可放料。
(2)挤出造粒：混合好的物料使用双螺杆造粒机进行造粒，制得用于注塑成型的粒子；
(3)注塑成型：将造粒料送入注塑机料筒，经螺杆塑化注塑成型后冷却顶出制品，修边整理，检验后包装入库。
由于CPVC加工时熔融粘度较高，易降解释放HCL，应注意注射时螺杆转速和注射速度应较低，以减少由于剪切力过大而引起的过热；注塑模具在设计时浇口应比相应的PVC制品稍大或多浇口体系；模具温度控制在70-100℃。料筒温度一段为165-175℃、二段为175-185℃；喷嘴温度为175-185℃；模具温度为70-80℃；螺杆压缩比为2.5，注塑压力为15MPa，注塑时间6s。
CPVC树脂极易吸湿受潮，因此，加工CPVC制品的注塑机最好选用排气式注塑机。排气式注塑机的主要特征是采用排气式螺杆，而料筒上相对于螺杆减压段处设有排气孔，物料在进入料筒后，通过真空泵抽真空，在负压的作用下将物料中的水分及挥发物排出。
其中，法兰盘的材质和制备工艺与钻头相同。
将钻头、钻杆和法兰盘相互粘接即得到冻结管。
相对于现有技术，本发明所述的用于隧道钻孔的冻结管具有以下优势：
本发明所述的冻结管由法兰盘、钻杆、钻头组成，法兰盘与电钻连接为钻孔提供动力，冻结管在冷冻孔钻孔时随着钻头旋转。在实施钻孔、冻结工序后，由于冻结管的主要材质为PVC可直接进行后续掘进施工，盾构机刀盘在掘进过程中可将冻结管直接打碎不必拔管，减少了施工工序降低工程成本。同时，冷冻管的连接采用焊接工艺，相当于补强，在冻结过程中避免了冷冻管断裂漏液问题，降低了施工过程中因冷冻管断裂而出水出砂、土体涌入、覆土失稳、地表隆沉的风险。
该冻结管不仅拓展了PVC管道应用领域，而且也为隧道钻孔提供了便捷工艺。本发明的冻结管既可作为钻孔设备，同时可作为冷冻管通冻结盐水，对隧道起到支护作用。实施冻结后不用拔管即可进行盾构掘进施工，既减少了施工工序降低了工程成本，又避免了因拔管过程不顺利导致的风险。
附图说明
图1为用于隧道钻孔的冻结管的整体结构示意图；
图2为用于隧道钻孔的冻结管的俯视图；
图3为单向阀的剖视图；
图4为单向阀的整体结构示意图。
附图标记
1、钻头；11、齿；2、钻杆；3、法兰盘；31、通孔；4、通道；5、单向阀；51、阀座；52、阀体；53、阀盖；54、弹簧座；55、弹簧；56、进液口；57、出液口。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
如图1-4所示，一种用于隧道钻孔的冻结管，冻结管包括依次相互连接的钻头1、钻杆2和法兰盘3，钻头1和钻杆2均呈中空的管状，钻头1的端部设置有若干个的连续齿11，齿11的齿11形为矩形，齿11的齿11深为0.5-5cm，凸部宽度为0.5-5cm。法兰盘3套接于钻杆2一端的外部并于钻杆2固定连接。法兰盘3中开设有若干通孔31，用于与电钻连接，使冻结管整体与电钻联动进行钻孔操作。钻杆2的长度为1m～2m，钻杆2和钻头1的内径相同，均为50～200mm，钻头1的外径大于钻杆2的外径。钻杆2的可承受压力为1.6MPa。在盾构始端通过冻结管钻若干冻结孔，施工中冻结管每旋转进入0.8～1.5m后，在法兰盘3与钻杆2连接的某处将钻杆切断，将另一根钻杆热熔焊接到切口处，继续钻孔操作直至钻进需要的长度。钻孔操作完成后将电钻拆除，此时无需将冻结管拔出，将冻结管与冷冻机连接，冷冻机将低温冷媒介质(如-20℃--40℃的低温盐水)通入至冻结管内部，具体施工时，将每4个冻结孔串联为一组，两个流入低温冷媒介质，另外两个流出低温冷媒介质，形成循环，在盾构始端形成冻土帷幕。试验证明，上述材质的冻结管完全可以满足盾构冻结的需求。
为了冻结管在钻孔过程中顺利钻进，钻杆2钻进过程中始终通水对土体进行软化，为了防止水倒流，在钻杆2中靠近钻头1的一端安装有一单向阀5，该单向阀5沿流体流动方向依次包括阀座51、阀体52和阀盖53，阀体52为具有轴向通腔的圆柱体，阀体52侧壁设置有出液口57，通腔内安装有弹簧55，阀座51的中部开设有进液口56且与通腔连通，阀盖53与弹簧座54之间设置有弹簧55，弹簧座54与阀体52的内壁相配合并封堵住进液口56，阀座51与阀体52、阀体52与阀盖53均为螺纹连接。流体通过该单向阀5时，先进入进液口56，便产生了压力，将弹簧55座54和弹簧55向内压缩，压缩到一定距离后，进液口56便与通腔连通，流体向阀体52内流动之后便从出液口57流出实现单向导流。该单向阀5的外径与钻杆2的内径相配合或直接胶粘在钻杆2内部。向钻头持续通水，土体和水混合变成泥浆实现了土体的软化，在单向阀5的作用下泥浆无法沿钻杆回流，而是在钻头离心力的作用下沿着钻杆2和钻孔内壁之间的孔隙排出。
冻结完成后，无需将冻结管拔出，盾构机可直接进行掘进操作，掘进过程中冻结管和土体一起被打碎。
实施例1-3中钻杆中使用的钙锌稳定剂使用的是德国熊牌9398、皓海WZG-503ZS、志海7138G，乙烯三元共聚物使用的是杜邦公司生产的乙烯三元共聚物；钻头中使用的钙锌稳定剂使用的是志海6809、德国熊牌KA8656、日本ADK公司RUP-144，CPVC使用的是山东日科生产的CPVC和山东璞洁生产的CPVC，PVC使用的是中泰、北元和金泰生产的型号为SG-7。
实施例1
上述的冻结管中钻杆2通过如下重量份数的原料制备而得：高聚合度聚氯乙烯(平均聚合度大于2500)：100份；氯化聚乙烯：5份；纳米碳酸钙(粒径为10nm)：5份；钙锌稳定剂：3.5份；硬脂酸：0.5份；钛酸酯偶联剂：2.2份；乙烯-醋酸乙烯-羰基共聚物(E/VA/CO)：5份；甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物：3份。
所述钻头1由包括如下重量份数的原料制备而得：氯化聚氯乙烯：72份；聚氯乙烯：28份；甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物：6份；纳米碳酸钙(粒径为10nm)：3份；钙锌稳定剂：3份；褐煤酯蜡：0.3份；己二酸二辛酯：2份；甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物：3份；金红石型钛白粉：0.8份；超细云母粉：2份；卡博特炭黑：0.2份。
上述冻结管由如下步骤制备而得：其中，所述冻结管中钻杆2的制备方法包括如下步骤：
(1)原料混合：将PVC、稳定剂、加工助剂、抗冲改性剂、润滑剂、填充剂、偶联剂和耐寒剂，按照配方比例精确称量，加入高速混合机内，经物料与机械摩擦使物料升温至设定工艺温度110℃，然后经冷混机将物料将至45℃，即制得用于挤出生产的PVC熟料；
(2)挤出：将PVC熟料加入到挤出机料斗，调整给料速度，使挤出量与加料量能匹配，确保制品稳定挤出。由于锥形螺杆的特点，加料段具有较大的直径，对物料的传热面积和剪切速度比较大，有利于物料的塑化，计量段螺杆直径小，减少了传热面积和对熔体的剪切速度，是熔体能在较低的温度下挤出。螺杆在料筒内旋转时，将PVC熟料塑化后推向机头，从而达到压实、熔融、混炼均化，并实现排气、脱水目的；
(3)挤出模头：经压实、熔融、混炼均化的PVC，由后续物料经螺杆推向模头，挤出模具是管材成型的关键部件；
(4)冷却定型：真空系统、水循环系统保证PVC管材真空定型冷却；
(5)牵引：牵引机连续、自动地将已冷却变硬的PVC管材从机头处引出来，变频调速；
(6)切割：采用无屑切割机进行切割产品，保证产品端口质量，并实现无粉尘无噪音。由行程开关根据客户要求长度控制后，进行自动切割，并延时翻架，实行流水生产，切割机以定长开关信号为令。完成切割全过程，在切割过程中与PVC管材运行保持同步，切割过程中由电动和气动驱动完成。翻料架翻料动作由气缸通过气路控制实现，翻料架设有一个限位装置，当切割锯切断管材时，管材继续输送，经延时后，气缸进入工作，实现翻料动作，达到卸料目的，卸料后经延时数秒自动复位，等待下一个循环。
其中，挤出机的工艺参数见下表：
另外，钻头1的制备方法包括如下步骤：
(1)混料：将CPVC、PVC树脂在混合缸内先预混合2-3min，使两者充分混合均匀后，再将稳定剂和改性剂加入高速混合机中进行混合，当物料温度升至95-100℃后，加入抗冲改性剂、加工助剂、填充剂、颜料进一步混合至温度达到120-130℃，排料至低速冷混机中；
低速冷混合的目的是防止处在较高温度下(120-130℃)混合料在使用、贮存过程中产生降解，低速冷混合机的转速明显低于高速混合机，同时设备夹套中通水冷却，是物料达到40-45℃方可放料。
(2)挤出造粒：混合好的物料使用双螺杆造粒机进行造粒，制得用于注塑成型的粒子；
(3)注塑成型：将造粒料送入注塑机料筒，经螺杆塑化注塑成型后冷却顶出制品，修边整理，检验后包装入库。
由于CPVC加工时熔融粘度较高，易降解释放HCL，应注意注射时螺杆转速和注射速度应较低，以减少由于剪切力过大而引起的过热；注塑模具在设计时浇口应比相应的PVC制品稍大或多浇口体系；模具温度控制在70-100℃。料筒温度一段为165-175℃、二段为175-185℃；喷嘴温度为175-185℃；模具温度为70-80℃；螺杆压缩比为2.5，注塑压力为15MPa，注塑时间6s。
CPVC树脂极易吸湿受潮，因此，加工CPVC制品的注塑机最好选用排气式注塑机。排气式注塑机的主要特征是采用排气式螺杆，而料筒上相对于螺杆减压段处设有排气孔，物料在进入料筒后，通过真空泵抽真空，在负压的作用下将物料中的水分及挥发物排出。
其中，法兰盘3和单向阀5的材质和制备工艺与钻头1相同。
将钻头1和法兰盘3粘接在钻杆2的两端，并将单向阀5安装在钻杆2内靠近钻头1一端即得到冻结管。
实施例2
上述的冻结管的钻杆2通过如下重量份数的原料制备而得：高聚合度聚氯乙烯(平均聚合度大于2500)：100份；甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物：3份；纳米碳酸钙(粒径为30nm)：3份；钙锌稳定剂：4份；硬脂酸钙：0.2份；铝酸酯偶联剂：3份；乙烯-丙烯酸正丁酯-羰基共聚物(E/NBA/CO)：5份；甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物：3份。
所述钻头1由包括如下重量份数的原料制备而得：氯化聚氯乙烯：75份；聚氯乙烯：25份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物：7.5份；纳米碳酸钙(粒径为30nm)：6份；钙锌稳定剂：4.2份；石蜡：0.3份；2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯：4.5份；甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物：4.5份；金红石型钛白粉：0.5份；超细云母粉：3份；卡博特炭黑：0.3份。
钻杆2、钻头1、单向阀5和法兰盘3的制备工艺与实施例1相同。
实施例3
上述的冻结的钻杆2管通过如下重量份数的原料制备而得：高聚合度聚氯乙烯(平均聚合度大于2500)：100份；丁二烯与丙烯腈共聚物：10份；纳米碳酸钙(粒径为80nm)：7份；钙锌稳定剂：3.8份；聚乙烯蜡：1份；铝酸酯偶联剂：2份；乙烯-丙烯酸正丁酯-缩水甘油共聚物(E/NBA/GMA)：8份；甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物：5份。
所述钻头1由包括如下重量份数的原料制备而得：氯化聚氯乙烯：80份；聚氯乙烯：20份；甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物：10份；纳米碳酸钙(粒径为80nm)：7份；钙锌稳定剂：4.5份；脂肪酸酯蜡：0.8份；LHAT酸一二甘醇一二一2一乙基酸酯：5份；甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物：4.6份；超细云母粉：1.0份；卡博特炭黑：0.2份。
钻杆2、钻头1、单向阀5和法兰盘3的制备工艺与实施例1相同。
将实施例1-3得到的冻结管分别进行性能测试，测试结果见下表：
从上表的测试结果也已看出，本发明得到的冻结管焊接强度高、机械强度高、耐磨、耐低温性好，不仅能够满足盾构始发和接受端头井加固，还能代替现有的金属钻头钻孔，在钻孔结束后无需取出即可直接进行后续掘进施工，极大的减少了施工成本，提高了施工的安全系数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述冻结管包括依次相互连接的钻头、钻杆和法兰盘，所述钻头和钻杆均呈中空的管状，所述钻杆的内部靠近钻头的一端设置有单向阀，所述法兰盘套接于钻杆的外部并与钻杆固定连接，且边缘开设有若干用于与电钻连接的通孔；
所述冻结管的钻杆由包括如下重量份数的原料制备而得：高聚合度聚氯乙烯：100份；抗冲改性剂A：3-10份；填充剂：1-10份；稳定剂：2.5-4份；润滑剂A：0.1-1份；偶联剂：0-3份；耐寒剂：5-10份；加工助剂：1-6份；
所述钻头由包括如下重量份数的原料制备而得：氯化聚氯乙烯：70-80份；聚氯乙烯：20-30份；抗冲改性剂B：5-10份；填充剂：3-10份；稳定剂：3-5份；润滑剂B：0.2-0.8份；改性剂：2-5份；加工助剂：3-6份；耐磨剂：1-5份；颜料：0.2-1份；
所述法兰盘和单向阀的材质与钻头相同。
2.根据权利要求1所述的用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述钻头的端部设置有若干个的连续齿，所述齿的齿形为矩形，所述齿的齿深为0.5-5cm，齿的宽度为0.5-5cm。
3.根据权利要求1所述的用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述钻杆的长度为1m-2m，内径为50-200mm，所述钻头的外径大于钻杆的外径。
4.根据权利要求1所述的用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述高聚合度聚氯乙烯的其平均聚合度大于2500；所述抗冲改性剂A为氯化聚乙烯、乙烯—醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯酸酯抗冲改性剂、丁二烯与丙烯腈共聚物中一种或两种以上的混合物；所述抗冲改性剂B为丙烯酸酯类共聚物、氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中一种或两种以上的混合物；优选为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述润滑剂A为硬脂酸、硬脂酸正丁酯、多元醇酯、硬脂醇、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、金属皂中一种或两种以上的混合物；所述润滑剂B为褐煤酯蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、合成硬蜡、石蜡、硬脂酸、脂肪酸酯蜡、金属皂中一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述耐寒剂为乙烯三元共聚物；优选地，所述耐寒剂为乙烯-醋酸乙烯-羰基共聚物、乙烯-丙烯酸正丁酯-羰基共聚物、乙烯-丙烯酸正丁酯-缩水甘油共聚物中一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述改性剂为己二酸二辛酯、己二酸二异癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯、硬脂酸丁酯或LHAT酸一二甘醇一二一2一乙基酸酯中一种或两种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述加工助剂为甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物。
9.根据权利要求1所述的用于隧道钻孔的冻结管，其特征在于：所述的颜料为金红石型钛白粉或卡博特炭黑；所述填充剂为粒径为10-100nm的纳米碳酸钙；所述稳定剂为钙锌稳定剂；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和/或铝酸酯偶联剂；所述的耐磨剂为超细云母粉或针状硅灰石粉，耐磨剂的粒径为100-2500目。
CN201710562659.XA 2017-07-11 2017-07-11 一种用于隧道钻孔的冻结管 Active CN107191141B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710562659.XA CN107191141B (zh) 2017-07-11 2017-07-11 一种用于隧道钻孔的冻结管

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710562659.XA CN107191141B (zh) 2017-07-11 2017-07-11 一种用于隧道钻孔的冻结管

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107191141A CN107191141A (zh) 2017-09-22
CN107191141B true CN107191141B (zh) 2018-11-23

Family

ID=59882983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710562659.XA Active CN107191141B (zh) 2017-07-11 2017-07-11 一种用于隧道钻孔的冻结管

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107191141B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107905887B (zh) * 2017-11-08 2019-11-26 周哉云 汽车中冷器连接管的生产工艺
CN108412432A (zh) * 2018-03-11 2018-08-17 吕琳 一种新型井巷工程冻结钻杆
CN112831140A (zh) * 2021-01-29 2021-05-25 福建省民爆化工股份有限公司 一体化注塑材料制备及其使用方法
CN113279714B (zh) * 2021-06-15 2022-08-05 北京中煤矿山工程有限公司 地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置及钻杆拔除工艺
CN114017039B (zh) * 2021-11-11 2022-05-24 核工业井巷建设集团有限公司 软弱富水地层的钻爆掘进装置及钻爆掘进方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2446277Y (zh) * 2000-08-18 2001-09-05 天地科技股份有限公司 用于岩土钻进的泥浆单向循环专用阀
CN103088810A (zh) * 2013-02-06 2013-05-08 徐州市城市轨道交通有限责任公司 可排气冻结管
CN104653185A (zh) * 2015-01-27 2015-05-27 中国矿业大学 一种冻结段长可调的冻结器及其冻结方法
CN104863605A (zh) * 2015-04-20 2015-08-26 北京中煤矿山工程有限公司 一种富水含砂层中可切割障碍物的一次成孔的钻孔方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9896894B2 (en) * 2012-10-31 2018-02-20 Soletanche Freyssinet Drilling and grouting method and apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2446277Y (zh) * 2000-08-18 2001-09-05 天地科技股份有限公司 用于岩土钻进的泥浆单向循环专用阀
CN103088810A (zh) * 2013-02-06 2013-05-08 徐州市城市轨道交通有限责任公司 可排气冻结管
CN104653185A (zh) * 2015-01-27 2015-05-27 中国矿业大学 一种冻结段长可调的冻结器及其冻结方法
CN104863605A (zh) * 2015-04-20 2015-08-26 北京中煤矿山工程有限公司 一种富水含砂层中可切割障碍物的一次成孔的钻孔方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107191141A (zh) 2017-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107191141B (zh) 一种用于隧道钻孔的冻结管
CN104763343B (zh) 一种嵌固仿生喷嘴的多级扩孔钻具及其扩孔方法
CN101586441B (zh) 高压水射流煤层钻扩孔系统和方法
CN108547604B (zh) 一种钻冲压一体化装置与方法
CA3064815C (en) Self-carrying abrasive type hydraulic slotting drill bit
CN201460734U (zh) 高压水射流煤层钻扩孔系统
US2783972A (en) Installation for making bores in a stratum
CN212428863U (zh) 一种原状粉细砂层注浆的快速钻孔下管装置
CN207363665U (zh) 一种多功能隧道钻孔管道
CN110578504A (zh) 一种分区致裂协同定向热驱瓦斯抽采系统及其使用方法
CN206503562U (zh) 一种冲击回转挤密钻头
CN108668526A (zh) 一种气动土壤深松头及其工作方法
CN101250983A (zh) 可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头
CN101538987A (zh) 基于双泵互补自动合流工作方式的锚固钻机
CN104533297A (zh) 一种长螺旋钻机变径钻头
CN114622839A (zh) 深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具
CN1096838A (zh) 全方位地基改良体构筑施工法及其装置
CN104763348B (zh) 一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体式钻具及其钻扩孔方法
CN112855022A (zh) 一种定向长钻孔钻、冲一体化装置及其方法
CN105178912B (zh) 一种钻具用旁通阀
CN205591836U (zh) 风动回转反循环钻头
CN201180497Y (zh) 可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头
CN204476279U (zh) 一种嵌固仿生喷嘴的多级扩孔钻具
CN104563886A (zh) 一种长螺旋钻机分段钻头
CN201391225Y (zh) 基于双泵互补自动合流工作方式的锚固钻机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240924

Address after: No. 55 11th Street, Binhai New Area Development Zone, Tianjin, 300457

Patentee after: TIANJIN ZHONGCAI PROFILES Co.,Ltd.

Country or region after: China

Patentee after: ZHEJIANG ZHONGCAI PIPES SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: No. 55 11th Street, Binhai New Area Development Zone, Tianjin, 300457

Patentee before: TIANJIN ZHONGCAI PROFILES Co.,Ltd.

Country or region before: China