CN108825134A - 一种钻头导向系统及弧形长大管棚施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钻头导向系统，包括钢管，钢管一端具有与钢管的端面呈夹角的切口，且切口的断面处焊接有一导向板，导向板与钢管的侧壁平滑过渡连接，且导向板突出于钢管的端面；钢管内部固设有与钢管同轴的圆柱形的安装盒，且安装盒远离导向板的一端开口且胶粘有挡板，安装盒内固设有与安装盒同轴的导向传感器，导向传感器靠近挡板的一端连接有均穿过挡板的信号线和回拖线，且信号线的另一端与监控平台电连接。一种弧形长大管棚施工方法，以管棚的钢管作为钻杆钻孔并利用上述钻头导向系统控制钻孔角度，同时钻孔与铺管。本发明钻头导向系统及弧形长大管棚施工方法实现了弧形管棚一次性施作，缩短了作业时间，提高了管棚的施工效率和施工质量。

Description

一种钻头导向系统及弧形长大管棚施工方法

技术领域

本发明涉及地下建筑工程技术领域，特别是涉及一种钻头导向系统及弧形长大管棚施工方法。

背景技术

国内外的城市地下工程建设中，浅埋暗挖法被大量运用，如北京地铁西单车站、长安街地下过街通道、深圳丰盛町地下商业街等。随着我国基础设施建设规模的不断扩大，地下工程建设项目也越来越多，浅埋暗挖施工工法也面临着结构断面和线型越来越复杂、纵向长度越来越长、地质和环境条件越来越复杂等一系列的挑战。

我国在地下工程施工中总结了一套浅埋暗挖法施工的原则，即“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”，其中“管”指大管棚，大管棚超前支护对控制掌子面塌方和地面沉降等有显著效果。传统大管棚一次性打设距离较短，且仅能沿直线打设，而随着工程纵向长度的加长及平面、纵断面线型的变化，传统大管棚已无法一次性打设完成，须设置多个管棚工作室分段多次打设管棚，以达到大管棚全覆盖浅埋暗挖施工范围的要求。

传统长大管棚施工一般采用先成孔后顶管的施工工艺，在钻进的过程中，因钻杆长细比过大、钻头重、钻具摆动大、地层软硬不均等原因，钻孔往往会向下倾斜，造成顶管困难、降低管棚施工质量，管棚一次性施工距离短且只能沿直线打设；而单纯的采用跟管钻进施工工艺，无法控制长大管棚的打设方向，无法控制钻头的倾角和面向角，倾角是指钻孔当前点的切线与水平面之间的夹角，它反映了钻头前进方向相对水平面的倾斜程度；面向角为钻头的倾斜方向与某一参考方向间的夹角，它反映了下一步钻进的倾斜方向。面向角通常采用时钟盘面上的刻度来表示，如6点钟方向表示导向板朝下，12点钟方向表示导向板朝上；也很难保证管棚的打设精度；单纯的采用导向钻进施工工艺，在城市地下工程长管棚施工中又会遇到场地条件限制等诸多不利因素，影响导向跟踪信号传输。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻头导向系统及弧形长大管棚施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现将折线型分段打设的管棚调整为弧形一次性施做，缩短管棚支护的施工时间，提高钻孔成功率、管棚施工效率及质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钻头导向系统，包括钢管，所述钢管一端具有与所述钢管的端面呈夹角的切口，且所述切口的断面处焊接有一导向板，所述导向板与所述钢管的侧壁平滑过渡连接，且所述导向板突出于所述钢管的端面；所述钢管内部固设有与所述钢管同轴的圆柱形的安装盒，且所述安装盒远离所述导向板的一端开口且胶粘有挡板，所述安装盒内固设有与所述安装盒同轴的导向传感器，所述导向传感器靠近所述挡板的一端连接有均穿过所述挡板的信号线和回拖线，且所述信号线的另一端与监控平台电连接。

优选地，所述挡板通过热熔胶固定在所述安装盒的开口处。

优选地，所述导向传感器与所述热熔胶之间设置有塑料隔膜。

优选地，所述导向传感器与所述安装盒之间的间隙内填充有石棉。

优选地，所述钢管靠近所述导向板的一端的端面上设置有通孔。

优选地，所述挡板的材料为塑料。

优选地，所述监控平台具有检测电路和显示仪表，所述信号线与所述检测电路电连接，所述检测电路与所述显示仪表电连接，所述显示仪表能够显示钻头的倾角及面向角。

本发明还提供一种弧形长大管棚的施工方法，包括以下步骤：

(1)通过理论计算及三维数值模型仿真分析，对管棚的支护效果进行比较分析，确定管棚的直径、间距以及设置范围；

(2)根据管棚的设置范围，在管棚设置范围的顶部及两侧设置导向墙，并在导向墙中预埋直径大于管棚直径的导向管，确保导向管的位置和方向准确无误后将导向管与导向墙钢架焊为整体；

(3)将管棚作业地面做好“三通一平”，在管棚作业地面搭设碗扣式脚手架平台、铺设钢轨，并硬化地面和固定轨道，然后安装钻机；

(4)用钻机驱动钻头导向系统中的钢管转动，以钻头导向系统中的钢管为钻杆、钢管设置有导向板的一端为钻头进行钻孔，并利用钻头导向系统严格控制钻孔的角度，并及时对钻进角度超出允许偏差的管棚进行纠偏，使管棚按照预先设计的弧形路径打设；

(5)随钻孔深度的增加在钻头导向系统中的钢管的后端固连钢管并接长信号线和回拖线，相邻两个钢管采用丝扣连接，跟进钢管及接线，并使相邻钻孔中钢管的接缝错开；

(6)钻孔完成后，拖动回拖线，使得导向传感器顶开安装盒开口处的挡板，以将导向传感器回收；

(7)单孔打设验收合格后，向钢管内初次压注水泥浆，待周围钻孔施工完成后加大注浆压力进行二次注浆。

优选地，相邻钻孔中钢管的接缝错开的间距至少为1m。

本发明钻头导向系统及弧形长大管棚施工方法相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明钻头导向系统及弧形长大管棚施工方法实现了将折线型分段打设的管棚调整为弧形一次性施做，节约了管棚施工的工期与造价，提高了管棚的施工效率和质量及钻孔成功率。采用可调节方向的钻头和钻头导向系统能够精确控制钻孔角度，并直接将管棚的钢管作为钻杆，实现了钻孔和铺管工作的同步进行，简化了施工步骤，降低了施工作业量并提高了施工效率，同时也避免了钻孔与铺管不同步进行而可能造成塌孔的风险，提高了钻孔成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明钻头导向系统的结构示意图；

其中，1-钢管，2-导向板，3-安装盒，4-导向传感器，5-挡板，6-热熔胶，7-塑料薄膜，8-石棉，9-固定块，10-信号线，11-监控平台，12-回拖线，13-通孔。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明的目的是提供一种钻头导向系统及弧形长大管棚施工方法，以解决现有技术存在的问题，实现将折线型分段打设的管棚调整为弧形一次性施做，缩短管棚支护的施工时间，提高钻孔成功率、管棚施工效率及质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例钻头导向系统包括钢管1，钢管1左端具有与钢管1的端面呈夹角的切口，且切口的断面处焊接有一导向板2，导向板2与钢管1的侧壁平滑过渡连接，且导向板2突出于钢管1的端面，钢管1的左端与导向板2构成楔形钻头，通过调整导向板2左端的朝向能够调节钻头的钻孔方向，钢管1左端的端面设置有一个通孔13作为水眼，在钻孔过程中通过使高压液体通过通孔13能够冷却钻头，并冲刷钻头前方土体，便于钻头和钻杆旋转向前钻进。

钢管1内部通过固定块9固设有与钢管1同轴的圆柱形的安装盒3，安装盒3内固设有与安装盒3同轴的导向传感器4，导向传感器4与安装盒3之间的间隙内填充有石棉8，石棉8能够减小钢管1在钻进过程中产生的热量和振动对导向传感器4造成的影响。安装盒3的右端开口且通过热熔胶6粘接有挡板5，挡板5的材料为塑料，导向传感器4靠近挡板5的一端连接有均穿过挡板5的信号线10和回拖线12，且信号线10的另一端与监控平台11电连接，需要注意的是导向传感器4与回拖线12牢固粘结，需要保证导向传感器4与回拖线12之间的粘接力大于导向传感器4冲破挡板5所受到的阻力及导向传感器4与石棉8、热熔胶6间摩擦力之和的数倍，以确保导向传感器4能够在回拖线12的带动下被回收；本实施例中导向传感器4的右端还包裹有塑料薄膜7，以防止导向传感器4与热熔胶6粘接在一起，影响传感器的回拖。

本发明还提供一种弧形长大管棚的施工方法，包括以下步骤：

(1)通过理论计算及三维数值模型仿真分析，对管棚的支护效果进行比较分析，确定管棚的直径、间距以及设置范围；

(2)根据管棚的设置范围，在管棚设置范围的顶部及两侧设置导向墙，并在导向墙中预埋直径大于管棚直径的导向管，导向管的安装须精确测量定位，在确保导向管的位置和方向准确无误后将导向管与导向墙钢架焊为整体；

(3)将管棚作业地面做好“三通一平”，在管棚作业地面搭设碗扣式脚手架平台、铺设钢轨，并硬化地面和固定轨道，防止施工时钻机在土体上发生沉降和位移然后安装钻机，在钻机安装就位后随即对钻机进行设备性能检测和调试，并严格复核每个孔位的钻机位置、高度，保证在正式钻进施工时机械设备的正常运行及钻进的精度；

(4)用钻机驱动钻头导向系统中的钢管1转动，以钻头导向系统中的钢管1为钻杆、钢管1设置有导向板2的一端为钻头进行钻孔，并利用钻头导向系统严格控制钻孔的角度；需注意的是，钻进前应对钻机定位情况、导向管对中情况、冲洗液流通情况及导向仪等进行全面复检，且钻孔应间隔两个孔位跳打，钻进时应保持中低泵压、匀速中速钻进，并时刻通过监控平台11观察探头角度变化情况，同时通过利用管棚的钢管1的刚性和柔性及钻头导向系统精确、严格控制管棚打设时的角度，实现弧形长大管棚一次性施做；

(5)随钻孔深度的增加在钻头导向系统中的钢管1的后端丝扣连接其它钢管，以使得钻杆的整体长度适应钻孔的深度，并接长信号线10和回拖线12，并使相邻钻孔中钢管1的接缝错开至少1m；

(6)钻孔完成后，拖动回拖线12，使得导向传感器4顶开安装盒3开口处的挡板5，以将导向传感器4回收；

(7)单孔打设验收合格后，向钻孔的钢管内初次压注水泥浆，初次注浆压力不宜过大，以免先期浆液在地层中扩散凝固影响周围成孔，待周围钻孔施工完成后加大注浆压力进行二次注浆，至此弧形长大管棚的施工完成。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具存特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种钻头导向系统，其特征在于：包括钢管，所述钢管一端具有与所述钢管的端面呈夹角的切口，且所述切口的断面处焊接有一导向板，所述导向板与所述钢管的侧壁平滑过渡连接，且所述导向板突出于所述钢管的端面；所述钢管内部固设有与所述钢管同轴的圆柱形的安装盒，且所述安装盒远离所述导向板的一端开口且胶粘有挡板，所述安装盒内固设有与所述安装盒同轴的导向传感器，所述导向传感器靠近所述挡板的一端连接有均穿过所述挡板的信号线和回拖线，且所述信号线的另一端与监控平台电连接。

2.根据权利要求1所述的钻头导向系统，其特征在于：所述挡板通过热熔胶固定在所述安装盒的开口处。

3.根据权利要求2所述的钻头导向系统，其特征在于：所述导向传感器与所述热熔胶之间设置有塑料隔膜。

4.根据权利要求1所述的钻头导向系统，其特征在于：所述导向传感器与所述安装盒之间的间隙内填充有石棉。

5.根据权利要求1所述的钻头导向系统，其特征在于：所述钢管靠近所述导向板的一端的端面上设置有通孔。

6.根据权利要求1所述的钻头导向系统，其特征在于：所述挡板的材料为塑料。

7.根据权利要求1所述的钻头导向系统，其特征在于：所述监控平台具有检测电路和显示仪表，所述信号线与所述检测电路电连接，所述检测电路与所述显示仪表电连接，所述显示仪表能够显示钻头的倾角及面向角。

8.一种弧形长大管棚的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过理论计算及三维数值模型仿真分析，对管棚的支护效果进行比较分析，确定管棚的直径、间距以及设置范围；

(2)根据管棚的设置范围，在管棚设置范围的顶部及两侧设置导向墙，并在导向墙中预埋直径大于管棚直径的导向管，确保导向管的位置和方向准确无误后将导向管与导向墙钢架焊为整体；

(3)将管棚作业地面做好“三通一平”，在管棚作业地面搭设碗扣式脚手架平台、铺设钢轨，并硬化地面和固定轨道，然后安装钻机；

(4)用钻机驱动钻头导向系统中的钢管转动，以钻头导向系统中的钢管为钻杆、钢管设置有导向板的一端为钻头进行钻孔，利用钻头导向系统严格控制钻孔的角度，并及时对钻进角度超出允许偏差的管棚进行纠偏，使管棚按照预先设计的弧形路径打设；

(5)随钻孔深度的增加在钻头导向系统中的钢管的后端固连钢管并接长信号线和回拖线，相邻两个钢管采用丝扣连接，跟进钢管及接线，并使相邻钻孔中钢管的接缝错开；

(6)钻孔完成后，拖动回拖线，使得导向传感器顶开安装盒开口处的挡板，以将导向传感器回收；

(7)单孔打设验收合格后，向钢管内初次压注水泥浆，待周围钻孔施工完成后加大注浆压力进行二次注浆。

9.根据权利要求8所述的弧形长大管棚施工方法，其特征在于：相邻钻孔中钢管的接缝错开的间距至少为1m。