CN109667542A - 破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，跟管仅设置在破碎地层中，对于非连续的层状破碎地层，可采取多级跟管进行护壁，后一级跟管可通过通过前一级跟管内腔到达破碎地层；锚索下放后，拔管时，通过跟管两端的内外螺纹和挡片，可逐级首尾相连一次性拔出所有跟管，并同步注浆形成锚杆结构。所述施工方法包括常规钻头开孔钻进、套管加工及组装、换钻头跟管至稳定土层、常规钻头进行稳定地层钻孔、钻进至设计孔深及清孔、下放预应力锚索及拔管钻杆、三级跟管拔管及同步注浆、二级和一级跟管拔管及同步注浆、预应力锚索张拉并锁定。本发明可有效维持孔壁稳定，并且多级套管使用结束后可根据需要拔出，回收再利用。
Description
技术领域
本发明涉及边坡防护工程中的锚索施工，具体涉及一种破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法。
背景技术
预应力锚索在施工过程中，成孔质量直接关系到锚索的拉拔性能，尤其在破碎、松散地层等复杂地质条件下成孔，采用常规的钻进技术难以保证成孔的质量，易出现塌孔、卡钻、埋钻等施工问题，而跟管钻进则施工不便，因摩阻力较大而导致拔管困难，影响预应力锚索施工效率和拉拔承载力。
发明内容
本发明的目的在于针对现有锚索跟管钻进及拔管施工中存在的问题，提出了一种在破碎地层中的多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，在破碎地层中采用多个不同直径的跟管套管和配套钻具钻进成孔，在稳定地层中无套管成孔，由此在钻孔中形成不连续的多级跟管，灌注浆液时逐级采用钻杆和特制连接头连续拔出跟管。
本发明涉及破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，采用如下技术方案：
S1、常规钻头开孔钻进：采用常规冲击钻头进行裸钻，先造孔1.0m深左右，给后续跟管钻进提供定位和导向；
S2、套管加工及组装：在套管前节上设置孔洞，转轴上安装弹簧、挡片及楔形限位片后，将转轴焊接在套管前节上的孔洞内，在孔洞外侧填充防水材料进行防水处理，随后将套管标准节和套管尾节依次安装到套管前节上；
S3、换钻头跟管至稳定土层：开钻前，将钻具组装好放入带有管靴的套管内，让偏心钻头伸出管靴，张开偏心钻头进行钻进，在确认钻头到达孔底后应先回转，待正常后，进行破碎地层跟管钻进；
S4、常规钻头进行稳定地层钻孔：脱开中心钻具的回转动力，缓慢提升中心钻具至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反向回转，同时缓慢试提中心钻具，钻具取出后进行清孔和稳定地层常规钻孔；
S5、钻进至设计孔深及清孔：根据地层情况重复交替进行S3和S4，一级跟管采用最大直径套管和偏心钻头，二级跟管采用稍小直径的套管和相配套的偏心钻头，三级跟管采用小直径的套管和偏心钻头，钻孔结束后，拔出钻杆和钻具，并校核孔深和清孔；
S6、下放预应力锚索及拔管钻杆：将满足要求的预应力锚索、注浆管编束后随拔管钻杆一起下放至钻孔底部，注浆管头部距孔底为50~100mm；
S7、三级跟管拔管及同步注浆：预应力锚索下放完成后，拔管钻杆在三级跟管内部提升，直至拔管钻杆底端外螺纹触到三级跟管的内螺纹而无法继续提升；反向旋转拔管钻杆以旋进内螺纹上，直至由于挡片的阻挡而无法继续旋进为止；拔管钻杆和三级跟管形成了可靠连接后，采用拔管机提升拔管钻杆和三级跟管；拔管过程中同步注浆形成注浆体；
S8、二级、一级跟管拔管及同步注浆：继续提升拔管钻杆和跟管，按照S7所述方法相继拔出二级跟管和一级跟管，并同步注浆形成注浆体；
S9、预应力锚索张拉并锁定：注浆体达到规定强度后，对锚索进行分级张拉，每级按设计预应力的25%递增，每级稳定5min，最后一级超张拉110%并稳定20~30min，间隔6~10d后再进行补偿张拉，然后锁定，封闭锚头。
优选地，所述套管分为一级跟管、二级跟管、三级跟管等，由套管前节、套管标准节和套管尾节依次通过套管接口螺旋连接而成。
优选地，所述套管尾节的下端设有管靴，其外侧设有外螺纹，内侧设有加厚段。
优选地，所述套管前节的上端设有加厚段，其上设有内螺纹和环向3~4个凹陷段，凹陷段位于内螺纹的上部，大小略大于挡片。
优选地，所述挡片在自然状态下呈张开状态，在外螺纹旋进挤压下呈闭合状态，在较小直径跟管从上至下旋进通过时，管靴外侧的外螺纹将挡片挤压进凹陷段，较小直跟管可以通过上一级套管，在下一级跟管从下至上拔出时，上级跟管内壁挡片将下级跟管尾侧阻挡。
优选地，所述钻具由偏心钻头、中心钻头、导正器、合金齿和冲击器等构成，钻具中心设有排渣通道。
优选地，所述一级跟管、二级跟管和三级跟管直径依次减小，后一级跟管穿过前一级跟管达到破碎地层，随钻具跟管钻进，跟管级数依据实际地层情况确定，不限于三级。
优选地，所述拔管钻杆的底端外侧设有与三级跟管的内螺纹相匹配的外螺纹，预应力锚索位于拔管钻杆内腔。
本发明的有益效果是：
1、在遇不良地质情况下通过跟管钻进可形成稳定护壁，减少塌孔、卡钻等事故，提高施工质量和效率；
2、采用多级跟管钻进施工，在不良地层中跟管钻进，在稳定地层中无套筒钻进，不连续套管可减少拔除套管时的摩阻力，提高拔管效率，并且减少套管使用量；
3、在锚索下放和浆液灌注后拔出套管，套管可以循环使用，降低材料损耗和施工造价；
4、对于地质条件复杂、土层较多、施工要求高的情况下，可根据地质的实际情况选择多级跟管钻进，施工适用性强；
5、通过多级跟管钻进护壁及一次常压注浆、二次压力注浆，锚索体施工质量可靠，拉拔承载力较常规方法提高10~20%。
附图说明
图1是一级跟管钻进示意图；
图2是二级跟管钻进示意图；
图3是三级跟管钻进示意图；
图4锚索下放示意图；
图5是拔管注浆示意图；
图6是标准跟管节段示意图；
图7是下管状态跟管前节详图；
图8是拔管状态（自然状态）跟管前节详图；
图9是拔管钻杆与套管连接详图；
图10是套管尾节管靴示意图；
图11是挡片位置图；
图12是下管状态挡片详图；
图13是拔管状态（自然状态）挡片详图；
图14是挡片及弹簧详图；
图15是弹簧可转动转角示意图；
图16是偏心钻具工作及收拢状态图。
图中标注：1-边坡，2-套管，3-一级跟管，4-二级跟管，5-三级跟管，6-钻孔，7-破碎地层，8-稳定地层，9-套管前节，10-套管标准节，11-套管尾节，12-管靴，13-套管接口，14-内螺纹，15-外螺纹，16-加厚段，17-挡片，18-弹簧，19-限位片，20-孔洞，21-转轴，22-凹陷段，23-防水材料，24-弹簧转角，25-拔管钻杆，26-预应力锚索，27-锚索对中支架，28-注浆体，29-偏心钻头，30-中心钻头，31-导正器，32-合金齿，33-冲击器，34-钻杆，35-排渣通道。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将参考图1至图16，对本发明的实施例作详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
钻孔深度为20m，一级套管钻孔直径为15cm，长度为3m，二级套管直径为12cm，长度为5m，三级套管直径为9cm，长度为4m，不进行跟管距离约7m，杆体采用1860级钢绞线，单根钢绞线的连接强度大于200kN，并沿杆体轴线方向每2m设置一个隔离架，注浆材料采用水灰比0.45~0.50的纯水泥浆。钻具采用TY210，偏心钻头能够偏心3cm，如图16，并配备相应的拔管装置。
针对上述锚索在破碎地层中的多级分段非连续跟管钻进施工，本发明采用如下施工步骤（图1~图5）：
S1、常规钻头开孔钻进：采用常规冲击钻头进行裸钻，先造孔1.0m深左右，给后续跟管钻进提供定位和导向；
S2、套管加工及组装：在套管前节上设置孔洞，转轴上安装弹簧、挡片及楔形限位片后，将转轴焊接在套管前节上的孔洞内，在孔洞外侧填充防水材料进行防水处理，随后将套管标准节和套管尾节依次安装到套管前节上；
S3、换钻头跟管至稳定土层：开钻前，将钻具组装好放入带有管靴的套管内，让偏心钻头伸出管靴，张开偏心钻头进行钻进，在确认钻头到达孔底后应先回转，待正常后，进行破碎地层跟管钻进，如图1；
S4、常规钻头进行稳定地层钻孔：脱开中心钻具的回转动力，缓慢提升中心钻具至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反向回转，同时缓慢试提中心钻具，钻具取出后进行清孔和稳定地层常规钻孔；
S5、钻进至设计孔深及清孔：根据地层情况重复交替进行S3和S4，一级跟管采用最大直径套管和偏心钻头，二级跟管采用稍小直径的套管和相配套的偏心钻头，三级跟管采用小直径的套管和偏心钻头，钻孔结束后，拔出钻杆和钻具，并校核孔深和清孔，如图2和图3；
S6、下放预应力锚索及拔管钻杆：将满足要求的预应力锚索、注浆管编束后随拔管钻杆一起下放至钻孔底部，注浆管头部距孔底为50~100mm，如图4；
S7、三级跟管拔管及同步注浆：预应力锚索下放完成后，拔管钻杆在三级跟管内部提升，直至拔管钻杆底端外螺纹触到三级跟管的内螺纹而无法继续提升；反向旋转拔管钻杆以旋进内螺纹上，直至由于挡片的阻挡而无法继续旋进为止，如图9所示；拔管钻杆和三级跟管形成了可靠连接后，采用拔管机提升拔管钻杆和三级跟管；拔管过程中同步注浆形成注浆体；
S8、二级、一级跟管拔管及同步注浆：继续提升拔管钻杆和跟管，按照S7所述方法相继拔出二级跟管和一级跟管，并同步注浆形成注浆体，S7和S8如图5所示；
S9、预应力锚索张拉并锁定：注浆体达到规定强度后，对锚索进行分级张拉，每级按设计预应力的25%递增，每级稳定5min，最后一级超张拉110%并稳定20~30min，间隔6~10d后再进行补偿张拉，然后锁定，封闭锚头。
图6~图8，套管分为一级跟管、二级跟管、三级跟管等，由套管前节、套管标准节和套管尾节依次通过套管接口螺旋连接而成，每节长度为1m，对套管前节15cm长度进行加厚处理，加厚段上设置长10cm的内螺纹、4个直径1.5cm的孔洞和对应的凹陷段，凹陷段位于内螺纹的上部，大小略大于挡片，转轴上依次安装弹簧夹和挡片，挡片的截面尺寸为1×3cm，安装完毕后再将转轴焊接在套管前节的孔洞内，随后将孔洞壁外侧进行防水材料处理，在孔壁内侧焊接楔形限位片，图11~图15为挡片结构细部详图，在限位片和弹簧作用下，挡片可在10°范围内转动。
图10，套管尾节的下端设有长15cm的管靴，其外侧设有长10cm的外螺纹，内侧设有加厚段。
上述实施例仅用于解释说明本发明的技术构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，包括如下施工步骤：
S1、常规钻头开孔钻进：采用常规冲击钻头进行裸钻，先造孔1.0m深左右，给后续跟管钻进提供定位和导向；
S2、套管（2）加工及组装：在套管前节（9）上沿环向设置3~4个孔洞（20），转轴（21）上安装弹簧（18）、挡片（17）及楔形限位片（19）后，将转轴（21）焊接在套管前节（9）上的孔洞（20）内，在孔洞（20）外侧填充防水材料（23）进行防水处理，随后将套管标准节（10）和套管尾节（11）依次安装到套管前节（9）上；
S3、换钻头跟管至稳定土层（8）：开钻前，将钻具组装好放入带有管靴（12）的套管（2）内，让偏心钻头（29）伸出管靴（12），张开偏心钻头（29）进行钻进，在确认钻头到达孔底后应先回转，待正常后，进行破碎地层（7）跟管钻进；
S4、常规钻头进行稳定地层（8）钻孔：脱开中心钻头（30）的回转动力，缓慢提升中心钻头（30）至偏心钻头（29）后背与管靴（12）前端接触为止，用管子钳卡持钻杆（34），作反向回转，同时缓慢试提钻具，钻具取出后进行清孔和稳定地层（8）常规钻孔；
S5、钻进至设计孔深及清孔：根据地层情况重复交替进行S3和S4，一级跟管（3）采用最大直径套管和偏心钻头，二级跟管（4）采用稍小直径的套管和相配套的偏心钻头，三级跟管（5）采用小直径的套管和偏心钻头，钻孔结束后，拔出钻杆（34）和钻具，并校核孔深和清孔；
S6、下放预应力锚索（26）及拔管钻杆（25）：将满足要求的预应力锚索（26）、注浆管编束后随拔管钻杆（25）一起下放至钻孔底部，注浆管头部距孔底为50~100mm；
S7、三级跟管（5）拔管及同步注浆：预应力锚索（26）下放完成后，拔管钻杆（25）在三级跟管（5）内部提升，直至拔管钻杆（25）底端外螺纹触到三级跟管（5）的内螺纹（14）而无法继续提升；反向旋转拔管钻杆（25）以旋进内螺纹（14）上，直至由于挡片（17）的阻挡而无法继续旋进为止；拔管钻杆（25）和三级跟管（5）形成了可靠连接后，采用拔管机提升拔管钻杆（25）和三级跟管（5）；拔管过程中同步注浆形成注浆体（28）；
S8、二级、一级跟管拔管及同步注浆：继续提升拔管钻杆和套管，按照S7所述方法相继拔出二级跟管（4）和一级跟管（3），并同步注浆形成注浆体（28）；
S9、预应力锚索（26）张拉并锁定：注浆体（28）达到规定强度后，对锚索进行分级张拉，每级按设计预应力的25%递增，每级稳定5min，最后一级超张拉110%并稳定20~30min，间隔6~10d后再进行补偿张拉，然后锁定，封闭锚头。
2.根据权利要求1所述的破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，所述S2中，套管（2）分为一级跟管（3）、二级跟管（4）、三级跟管（5）等，由套管前节（9）、套管标准节（10）和套管尾节（11）依次通过套管接口（13）螺旋连接而成。
3.根据权利要求1所述的破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，所述S2中，套管尾节（11）的下端设有管靴（12），其外侧设有外螺纹（15），内侧设有加厚段（16）。
4.根据权利要求1所述的破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，所述S2中，套管前节（9）的上端设有加厚段（16），其上设有内螺纹（14）和环向3~4个凹陷段（22），凹陷段（22）位于内螺纹（14）的上部。
5.根据权利要求1所述的破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，所述S2中，由于弹簧（18）和限位片（19）的作用，挡片（17）在自然状态下呈张开状态，在外螺纹（15）旋进挤压下呈闭合状态。
6.根据权利要求1所述的破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，所述S3中，钻具由偏心钻头（29）、中心钻头（30）、导正器（31）、合金齿（32）和冲击器（33）等构成，钻具中心设有排渣通道（35）。
7.根据权利要求1所述的破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，所述S5中，一级跟管（3）、二级跟管（4）和三级跟管（5）直径依次减小，后一级跟管穿过前一级跟管达到破碎地层，随钻具跟管钻进，跟管级数依据实际地层情况确定，不限于三级。
8.根据权利要求1所述的破碎地层中多级分段非连续跟管钻进锚索施工方法，其特征在于，所述S6中，拔管钻杆（25）的底端外侧设有与三级跟管（5）的内螺纹（14）相匹配的外螺纹（15），预应力锚索（26）位于拔管钻杆（25）内腔。
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