CN107939292B - 岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置及方法，纠偏装置包括：用以夹持钻杆的非闭合圆筒形套体，其由多个沿纵向铰接的刚性弧形管片单元构成，所述管片单元的首尾断开，每个所述弧形管片的内壁至少部分的设有弹性垫层；锁紧装置，用以在所述套体的首尾断开处连接相邻的所述管片单元，并在锁紧状态时实现所述套体对所述钻杆的紧密夹持；多个可沿纵向滚动的滚轮，所述滚轮通过支座沿所述套体的径向设于每个所述管片单元上，其外缘用以紧贴钻孔的内壁。该装置可以避免钻杆弯曲，确保钻孔顺直；避免钻杆与孔壁的摩擦，不影响钻孔作业排渣；安装、拆卸操作简便快捷。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程钻探领域，尤其涉及一种岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置及方法。
背景技术
在岩溶区城市(如泉城济南)地铁隧道建设过程中，常遇到灰岩段岩溶水治理难题，岩溶水治理是隧道安全高效掘进中极为关键的内容。在灰岩段岩溶区打钻孔进行预注浆突涌水通道进行封堵是常采用的岩溶水治理的方法。此外，隧道施工中也常需进行钻探、抽排水、埋设测试仪器等作业，多采用地质钻头(三心钻头)造孔，具有钻进快，易于出渣等优点。但在打10米以上的深长孔时，钻杆在自身重力和钻机顶推力作用下极易产生挠度弯曲，造成钻头钻进方向偏离设计孔位，影响成孔质量，同时会造成钻杆与钻孔内壁间剧烈挤压摩擦，引起钻进困难并损伤钻杆。如图5-图7所示，现有技术中，当钻孔为短钻孔时，钻杆可保证顺直；当钻孔较长时，一般在大于10米的情况下，钻杆在自身重力和钻机顶推力作用下产生弯曲；当钻孔为长钻孔，且在大于10米后继续钻进时，钻孔容易弯曲，偏离设计孔位线。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置及方法。
第一方面，本申请实施例提供了一种岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，包括：
用以夹持钻杆的非闭合圆筒形套体，其由多个沿纵向铰接的刚性弧形管片单元构成，所述管片单元的首尾断开，每个所述弧形管片的内壁至少部分的设有弹性垫层；
锁紧装置，用以在所述套体的首尾断开处连接相邻的所述管片单元，并在锁紧状态时实现所述套体对所述钻杆的紧密夹持；
多个可沿纵向滚动的滚轮，所述滚轮通过支座沿所述套体的径向设于每个所述管片单元上，其外缘用以紧贴钻孔的内壁。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
在本申请的某些实施例中，每个所述弧形管片的外壁至少部分的设有纵向肋板，可以进一步增强纠偏装置的刚度，起到更好的纠偏效果。
在本申请的某些实施例中，所述套体的内径略大于所述钻杆的外径、内径截面长度略小于所述钻杆的外径周长。套体采用这种尺寸结构，可以更方便的使用锁紧装置实现套体结构对钻杆的紧密夹持。所述套体的长度为8～15cm。
在本申请的某些实施例中，相邻的所述管片单元之间通过沿纵向贯通的铰接柱铰接，可以增加纠偏装置的整体刚度。
在本申请的某些实施例中，所述弹性垫层为橡胶垫片，所述橡胶垫片沿所述管片单元的纵向设置。
在本申请的某些实施例中，所述滚轮为万向轮，当发生挠度弯曲的趋势时，可以根据受力情况自动调整滚轮的滑向，进一步增强纠偏效果。
进一步的，所述支座包括位于两侧的支腿，所述支座的顶部设有螺栓预留孔，所述万向轮通过所述螺栓与所述支座固定连接。
在本申请的某些实施例中，所述肋板穿过所述支座，所述肋板沿所述管片单元的中间位置纵向设置。
在本申请的某些实施例中，所述锁紧装置为配合工作的折叠锁扣。
在本申请的某些实施例中，所述管片单元包括分别位于所述断开处两侧的第一管片单元和第二管片单元，所述锁紧装置包括第一锁扣片，所述第一锁扣片的一端在所述开口的边缘处与所述第一管片单元铰接，所述第一锁扣片的另一端与第二锁扣片的一端铰接，所述第二锁扣片的另一端设有锁扣孔，所述第二管片单元的对应位置设有与所述锁扣孔配合的挂钩，所述第一管片单元上设有限位卡，当所述锁扣孔穿过所处挂钩时，通过所述限位卡固定所述第一锁扣片和第二锁扣片的铰接端，从而实现所述套体对所述钻杆的紧密夹持。
第二方面，本申请实施例还提供了一种岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏方法，包括以下步骤：
将所述钻孔纠偏装置在钻杆的设定位置进行安装，确保所述套体紧密夹持所述钻杆，所述滚轮外缘可紧贴钻孔的内壁；
推动钻头向前推进设定距离；
续接钻杆，并在所述续接钻杆的杆体上安装所述钻孔纠偏装置；
重复上述步骤；
钻孔施工完毕后，逐节抽出钻杆，所述钻孔纠偏装置出露钻孔后，打开锁紧装置，拆下钻孔纠偏装置。
在本申请的某些实施例中，相邻所述钻孔纠偏装置的间距为3-5米。
本申请实施例所提供的岩溶地区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏方案，避免了传统纠偏方案中针对钻杆自身的设计进行纠偏的思维模式，采用在钻杆外侧增设纠偏装置的新思路，成本低廉，操作简单快捷。当钻杆在自身重力和钻机顶推力作用下将要产生挠度弯曲的趋势时，一方面滚轮可以为钻杆提供垂直钻杆轴线方向的法向支撑力，防止长钻杆产生挠度弯曲；另一方面套体结构采用弧形管片单元沿纵向铰接的方式，可以有效扩散滚轮通过支座传递到管片单元上的应力，避免应力集中对管片单元及钻杆所造成的损害，此外，配合滚轮与钻孔内壁的直接接触作用，可以避免钻杆与钻孔内壁间剧烈的挤压摩擦，从而进一步起到对钻杆的纠偏和保护作用。而锁紧装置的设置，使管片单元之间沿纵向铰接的结构方式来夹持钻杆得以实现。
设置弹性垫层，一方面在套体夹持钻杆时，可以大大提高对钻杆的摩擦力，使套体抱紧钻杆，另一方面在钻杆发生挠度弯曲的趋势时，弹性垫层的缓冲作用对钻杆和套体均能起到很好的保护效果。
本申请实施例所提供的岩溶地区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏方法，避免了传统纠偏方案中针对钻杆自身的设计进行纠偏的思维模式，采用在钻杆外侧增设纠偏装置的新思路，可以避免钻杆弯曲，确保钻孔顺直；可以避免钻杆与孔壁的摩擦，不影响钻孔作业排渣；并且安装、拆卸操作简便快捷。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明某实施例的整体结构图；
图2是本发明某实施例中滚轮及支座结构示意图；
图3是本发明某实施例的折叠锁扣结构图；
图4是本发明某实施例的安装位置示意图；
图5是现有技术中的短钻孔钻杆钻进示意图；
图6是现有技术中的中长钻孔钻杆钻进示意图；
图7是现有技术中的长钻孔偏离设计孔位线示意图
其中：1a-第一管片、1b-第二管片、1c-第三管片、2a-第一铰接柱、2b-第二铰接柱、3-支座、4-万向轮、5-螺栓、6-螺母、7-肋板、8-橡胶垫片、9-铰接环座、10-折叠锁扣、11a-第一挂钩、11b-第二挂钩、12-限位卡、13-折叠锁扣内片、14-折叠锁扣外片、15a-第一锁扣孔、15b-第二锁孔、16-钻杆、17-钻头、18-钻孔，19-纠偏装置安装点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本申请实施例提供的一种地质钻孔纠偏装置，适用于不易塌孔的硬岩及中硬岩钻孔作业，可避免钻杆弯曲，确保钻孔顺直，并避免钻杆与孔壁的摩擦。
纠偏装置包括套体结构，套体结构包括由钢材制作的第一管片1a、第二管片1b、第三管片1c，其中，第一管片1a、第二管片1b、第三管片1c长10～15cm、厚5～10mm，各管片呈管状圆弧形，由各管片围合而形成的套体结构的内径略大于需安装的钻杆16的外径。第一管片1a与第二管片1b间通过第二铰接柱2b铰接连接，第一管片1a和第三管片1c之间通过第一铰接柱2a铰接连接。第一管片1a、第二管片1b、第三管片1c的内壁黏贴橡胶垫片8。第一管片1a、第二管片1b、第三管片1c组装成的环套周长略小于钻杆的外周长，具体结构为，第二管片1b和第三管片1c之间断开，通过折叠锁扣10连接，连接后第二管片1b和第三管片1c之间仍然具有间隔。第二管片1b上设置铰接环座9，铰接环座9铰接连接折叠锁扣10。折叠锁扣10由折叠锁扣内片13、折叠锁扣外片14组成，折叠锁扣内片13、折叠锁扣外片14铰接连接。折叠锁扣外片14上设置第一锁扣孔15a、第二锁孔15b。第三管片1c上设置第一挂钩11a、第二挂钩11b，第二管片1b上设置限位卡12，限位卡12与第二管片1b铰接，当其朝向第三管片1c转动时，限位卡12的限位部能与处于锁紧状态的折叠锁扣10的外缘相配合，从而对折叠锁扣10进行限位。限位卡12由弹性和韧性较好的钢片制作，其位于锁紧状态折叠锁扣10的外缘。比如，限位卡12上设有朝向第三管片1c的钩体，折叠锁扣10的边缘设有与钩体相配合的凹槽，当折叠锁扣10处于锁紧状态时，限位卡12朝向第三管片1c转动，使其钩体能插入折叠锁扣10的凹槽中，从而实现折叠锁扣10的限位。这种折叠锁扣的设计方式，可以在保证套体结构对钻杆紧密夹持的同时，具有更好的受力性能，保证连接强度。
可以理解，第二管片1b和第三管片1c之间，还可以采用其他的连接方式，比如在两管片的相应位置设置螺栓过孔，二者通过螺栓固定连接；或者通过类似卡件等其他方式的连接件进行连接。
此外，组成套体结构的管片数量也不限于三个管片，也可以是四个等其他数量的管片。
分别在第一管片1a、第二管片1b、第三管片1c上设置钢质材料制作的支座3，支座3内侧设置钢质材料制作的肋板7。支座3顶部预留孔位，通过螺栓5和螺母6安装万向轮4。
使用时，将本装置套在钻杆16上，应避开每节钻杆的连接处，折叠锁扣10上的第一锁扣孔15a、第二锁孔15b分别钩在第一挂钩11a、第二挂钩11b上，之后用力按压折叠锁扣10，使其贴紧第二管片1b、第三管片1c，通过限位卡12自动锁定。橡胶垫片8具有一定的弹性，并提供很强的摩擦力，可通过折叠锁扣10的锁紧作用，牢牢抱紧钻杆16。折叠锁扣10锁紧后，万向轮4外缘紧贴钻孔18的内壁，万向轮4可随钻杆旋转推进，为钻杆提供垂直钻杆轴线方向的法向支撑力，防止长钻杆产生挠度弯曲。
钻进时，推动钻头17向前推进设定距离；续接钻杆，并在续接钻杆的杆体上安装钻孔纠偏装置。
随着钻杆的推进，每隔3～5m设置一个纠偏装置安装点19，即可有效限制长钻杆产生挠度弯曲，保证钻孔顺直。
钻孔施工完毕后，逐节抽出钻杆，所述钻孔纠偏装置出露钻孔后，打开锁紧装置，拆下钻孔纠偏装置。
拆卸时，用力反向推开限位卡12，使折叠锁扣10解锁，第一锁扣孔15a、第二锁孔15b分别与第一挂钩11a、第二挂钩11b分离，即可拆下本装置。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，其特征在于，包括：
用以夹持钻杆的非闭合圆筒形套体，其由多个沿纵向铰接的刚性弧形管片单元构成，所述管片单元的首尾断开，每个所述弧形管片的内壁至少部分的设有弹性垫层；
锁紧装置，用以在所述套体的首尾断开处连接相邻的所述管片单元，并在锁紧状态时实现所述套体对所述钻杆的紧密夹持；
多个可沿纵向滚动的滚轮，所述滚轮通过支座沿所述套体的径向设于每个所述管片单元上，所有所述滚轮的外缘均用以时刻紧贴钻孔的内壁。
2.根据权利要求1所述的岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，其特征在于：每个所述弧形管片的外壁至少部分的设有纵向肋板。
3.根据权利要求1所述的岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，其特征在于：所述套体的内径略大于所述钻杆的外径、内径截面长度略小于所述钻杆的外径周长。
4.根据权利要求1所述的岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，其特征在于：相邻的所述管片单元之间通过沿纵向贯通的铰接柱铰接。
5.根据权利要求1所述的岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，其特征在于：所述弹性垫层为橡胶垫片，所述橡胶垫片沿所述管片单元的纵向设置。
6.根据权利要求1所述的岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，其特征在于：所述滚轮为万向轮。
7.根据权利要求6所述的岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，其特征在于：所述支座包括位于两侧的支腿，所述支座的顶部设有螺栓预留孔，所述万向轮通过所述螺栓与所述支座固定连接。
8.根据权利要求1所述的岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置，其特征在于：所述管片单元包括分别位于所述断开处两侧的第一管片单元和第二管片单元，所述锁紧装置包括第一锁扣片，所述第一锁扣片的一端在所述首尾断开的边缘处与所述第一管片单元铰接，所述第一锁扣片的另一端与第二锁扣片的一端铰接，所述第二锁扣片的另一端设有锁扣孔，所述第二管片单元的对应位置设有与所述锁扣孔配合的挂钩，所述第一管片单元上设有限位卡，当所述锁扣孔穿过所处挂钩时，通过所述限位卡固定所述第一锁扣片和第二锁扣片的铰接端，从而实现所述套体对所述钻杆的紧密夹持。
9.利用权利要求1所述的岩溶区地铁隧道灰岩段注浆堵水钻孔纠偏装置的纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述钻孔纠偏装置在钻杆的设定位置进行安装，确保所述套体紧密夹持所述钻杆，所述滚轮外缘可紧贴钻孔的内壁；
推动钻头向前推进设定距离；
续接钻杆，并在所述续接钻杆的杆体上安装所述钻孔纠偏装置；
重复上述步骤；
钻孔施工完毕后，逐节抽出钻杆，所述钻孔纠偏装置出露钻孔后，打开锁紧装置，拆下钻孔纠偏装置。
10.根据权利要求9所述的纠偏方法，其特征在于：相邻的所述钻孔纠偏装置的间距为3-5米。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20200121 Termination date: 20201120 |
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