CN109667542B - 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 (1)
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、换钻头跟管至稳定地层(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所述步骤相继拔出二级跟管(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。
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