CN110761337A - 基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,包括:S1根据场地及设计需求确定水平防渗层的参数,根据防渗层的参数确定多个导向孔的参数;S2根据导向孔轨迹参数,利用水平定向钻机和导向系统进行定向钻进;S3当导向孔钻至完成后,利用注浆泵通过钻杆以预设时间向孔底注入水泥浆,向导向孔内注入水泥浆的同时以预设速度回拉钻杆,以使水泥浆达到预设长度,水泥浆硬化后形成水平桩;S4根据导向孔的参数进行下一个水平桩施工;S5重复步骤S2至步骤S4,多个水平桩并列设置,以形成无间隔的连续水平防渗层。本发明提出的技术方案的有益效果是:实现在不开挖上层构筑物及上覆岩土体的前提下,在地下一定深度筑成无间隔的连续水平防渗层。
Description
技术领域
本发明涉及建筑建造施工技术领域,尤其涉及一种基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法。
背景技术
随着城市基础设施的建设发展,地下水位变化引起地表构筑物、管线、道路、地铁隧道变形、下沉、开裂的现象与日俱增,为了解决地下水位变化诱发的一系列工程地质问题,防止由此导致的地表构筑物、管线、道路、地铁隧道损坏,做好防渗工程极其必要。目前防渗工程中垂直防渗墙、垂直防渗帷幕的施工方法已发展成熟,而水平防渗层仍采用开挖修筑的施工方法,即地下水平防渗层在构筑物修筑前随地基工程一起修筑,或直接开挖上层构筑物及岩土体后修筑水平防渗层。由此带来城市交通问题的同时还耗费了大量的时间成本、经济成本,甚至面临某些构筑物尚在运营期间无法拆除的困境。如何在避免开挖的前提下筑造质量合格的水平防渗层,从而控制地下水在垂直方向的渗透,是今后城市基础设施建设必然面对的问题。
目前关于地下防渗工程的专利多针对垂直防渗墙及多个防渗墙组成防渗帷幕的施工方法,以此研发的工艺技术较多,如中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司研发“一种混凝土防渗墙”专利号:CN207484405U;福建永强岩土股份有限公司研发“全钢模现浇超薄混凝土地下防渗墙及其施工方法”专利号:CN106812133A;中国水利水电第九工程局有限公司研发“一种高压旋喷防渗帷幕的施工方法”专利号:CN108612119A;上海市建工设计研究院有限公司研发“一种组合式防渗止水帷幕结构及其施工方法”专利号:CN104032763A。水平防渗层的相关专利极少,有兰州有色冶金设计研究院有限公司研发“一种解除湿陷性黄土地基湿陷性的防渗帷幕与水平隔渗层结构及方法”专利号:CN107313468A;贵阳铝镁设计研究院研发“赤泥堆场水平防渗层与排水竖井的连接方法及构造”专利号:CN1924203。可以看到关于垂直防渗墙、防渗帷幕的专利很多,而垂直防渗墙、防渗帷幕只能起到阻隔水横向迁移的防渗作用,想要实现阻隔水的竖向迁移就需要筑造水平防渗层,水平防渗层的相关专利侧重于其结构、连接方式等,其具体施工方法鲜有创新,大量工程实践中仍采用开挖修筑的施工方法。
发明内容
有鉴于此,本发明的实施例提供了一种基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,旨在实现在不开挖上层构筑物及上覆岩土体的前提下,在地下一定深度筑成无间隔的连续水平防渗层。
本发明的实施例提供一种基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,包括以下步骤:
S1根据场地的工程地质勘察报告及设计需求确定水平防渗层的参数,根据所述防渗层的参数确定多个导向孔的参数,所述多个导向孔呈并列设置,所述导向孔的参数包括所述导向孔轨迹参数、导向孔布置参数以及导向孔施工顺序参数;
S2根据所述导向孔轨迹参数,利用水平定向钻机和导向系统进行定向钻进;
S3当所述导向孔钻至完成后,利用注浆泵通过钻杆以预设时间向孔底注入水泥浆,然后向所述导向孔内注入水泥浆的同时以预设速度回拉钻杆,以使所述水泥浆达到预设长度,所述水泥浆硬化后形成水平桩;
S4根据所述导向孔轨迹参数、导向孔布置参数以及导向孔施工顺序参数进行下一个水平桩施工;
S5重复步骤S2至步骤S4,多个所述水平桩并列设置,以形成无间隔的连续水平防渗层。
进一步地,所述注浆泵的注浆压力为30~40MPa。
进一步地,所述预设时间为20~30min。
进一步地,所述预设速度为20cm/min以内。
进一步地,所述注浆泵采用高压旋喷法向所述导向孔注入水泥浆,以使所述钻杆旋转喷浆。
进一步地,所述导向孔轨迹包括造斜段和水平段,根据所述钻杆的弯曲特性确定所述造斜段的曲率半径,根据所述防渗层面积确定所述水平段的长度。
进一步地,步骤S2之后,还包括:
S21根据所述水平定向钻机和所述导向系统钻进得到所述导向孔的实际轨迹,绘制导向孔实际轨迹图,并与所述导向孔轨迹参数比对,及时检测和调整所述导向孔的钻进轨迹以符合设计要求。
进一步地,采用随钻测量法测量所述导向孔的随钻测量数据,根据所述随钻测量数据绘制所述导向孔实际轨迹图。
进一步地,所述随钻测量数据包括钻杆钻进的长度、水平距离、侧向偏移、垂深、倾角、方位角。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是:通过采用水平定向钻技术在地下并排布置多个导向孔,向导向孔内注入水泥形成水平桩,多个水平桩并排连接,可实现在不开挖上层构筑物及上覆岩土体的前提下在地下一定深度筑成无间隔的连续水平防渗层;本施工方法具有精度高、施工速度快、成本低、环境扰动小、施工效率高等特点,可节约大量时间成本和经济成本,同时避免了开挖过程中引发的市政交通、群众影响等社会问题。
附图说明
图1是本发明提供的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法一实施例的示意图;
图2是利用图1中施工方法形成的水平防渗层正视图;
图3是利用图1中施工方法形成的水平防渗层右视图;
图4是利用图1中施工方法形成的水平防渗层俯视图;
图5是图1中施工方法的流程示意图;
图中:水平定向钻机1、钻杆2、水平定向钻造斜段3、水平定向钻水平段4、上层构筑物5、混凝土基面6、地下岩土层7、水平防渗层8。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1至图5,本发明的实施例提供一种基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,包括以下步骤:
S1根据场地的工程地质勘察报告及设计需求确定水平防渗层的参数,根据所述防渗层的参数确定多个导向孔的参数,所述多个导向孔呈并列设置。
其中,所述防渗层的参数包括防渗层的面积、深度以及路线。所述导向孔的参数包括所述导向孔轨迹参数、导向孔布置参数以及导向孔施工顺序参数,确定多个导向孔的参数时应考虑地下已埋设管线、地下已有构筑物等。
具体地,所述导向孔轨迹包括造斜段和水平段,导向孔轨迹参数包括造斜段的长度、位置、曲率半径等,水平段的长度、深度、位置等。其中,可根据所述钻杆的弯曲特性确定所述造斜段曲率半径,根据所述防渗层面积确定水平段长度。
所述导向孔布置参数包括相邻导向孔之间的间距,所述导向孔施工顺序设计参数包括各导向孔前后施工次序、注浆后待硬化的间隔施工时间,施工过程中严格按设计方案执行,防止塌孔及地面沉降。
S2利用水平定向钻机和导向系统按所述导向孔轨迹参数进行定向钻进(请参见图1)。
可理解的是,首先,可根据地层条件、防渗层深度等,进行钻机钻头等钻进设备选型、导向设备选择及水平定向钻进工艺参数设计,具体为:
a、不同地层的导向孔典型钻具组合:
软土层无线导向:斜掌钻头+探棒仓+钻杆柱;
软土层有线导向:钻头+弯接头+定向接头+无磁钻铤+钻杆柱;
中硬土层无线导向:铣齿牙轮钻头+弯接头+探棒仓+钻杆柱;
岩石层无线导向:镶齿牙轮钻头+弯螺杆钻具+探棒仓+钻杆柱;
岩石层有线导向:钻头+弯螺杆钻具+定向接头+无磁钻铤+钻杆柱。
b、水平定向钻进工艺参数设计:
钻压:根据导向情况、钻头直径、地层可钻性等确定,软地层以控制钻速为主;
转速:根据导向情况、地层条件、钻头直径等确定,直线钻进时,钻头外刃线速度控制在1~3m/s;
泵量:根据钻具组合、地层条件、钻头直径等确定,如采用孔底动力钻具,泵量还需满足孔底动力钻具的要求。
其次,所述导向系统包括导向钻头和导向仪两部分,导向钻头可实现钻头在岩土体中的导向功能,导向仪通过放置于钻杆中的传感器测量导向钻头在导向孔中的位置,由于导向系统为现有技术,在此不做具体描述。所述导向仪包括有线式和无线式,具体根据地层条件、施工深度、现场信号干扰强度等进行选择。
具体地,在钻导向孔之前,检查水平定向钻机和导向系统是否正常,导向系统的导向钻头及钻杆是否损坏或缺少;平整工作场地及设置泥浆池,场地面积应满足钻机施工要求,泥浆池面积根据泥浆返回量确定。根据前期设计的路线及导向孔布置方案进行测量放线,钻机定位,连接钻杆和导向钻头,调整钻机角度方位。
本实施例中,请参见图5,还包括步骤S21,根据所述水平定向钻机和所述导向系统钻进得到所述导向孔的实际轨迹,绘制导向孔实际轨迹图,并与所述导向孔轨迹参数比对,及时检测和调整所述导向孔的钻进轨迹以符合设计要求。
具体地,在钻进过程中,每钻进预设距离后获取一次钻杆的测量数据,控制测量点间隔(即上述预设距离)为2~3m,测量数据包括钻杆钻进的长度、水平距离、侧向偏移、垂深、倾角以及方位角等,根据测量数据绘制导向孔的实际轨迹图,并与导向孔的设计轨迹(即上述导向孔轨迹参数)比对;若比对结果满足偏差要求,则可继续钻进,若不满足偏差要求,需及时调整导向孔的钻进轨迹以符合设计要求。
具体地,采用随钻测量法测量所述导向孔的随钻测量数据,根据所述随钻测量数据绘制所述导向孔实际轨迹图。所述随钻测量数据包括钻杆钻进的长度、水平距离、侧向偏移、垂深、倾角、方位角等。
S3当所述导向孔按所述设计轨迹钻至完成后,利用注浆泵通过钻杆以预设时间向孔底注入水泥浆,然后向所述导向孔内注入水泥浆的同时以预设速度回拉钻杆以使所述水泥浆达到预设长度,所述水泥浆硬化后形成水平桩(请参见图2)。
具体地,为保证导向孔轨迹端部喷浆质量,所述预设时间为20~30min,所述注浆泵的注浆压力为30~40MPa。为保证水泥浆充分填满导向孔,所述预设速度为20cm/min以内。本实施例中,所述预设时间为15min,所述注浆泵的注浆压力为35MPa,所述预设速度为15cm/min。所述注浆泵通过所述钻杆向所述导向孔注入水泥浆时,所述钻杆旋转喷浆,如此设置,可同时利用高压切割周围岩土体,使其与水泥浆混合,最终硬化形成水平旋喷桩。
S4根据步骤S1的所述多个导向孔设计轨迹进行下一个水平桩施工;S5重复步骤S2至步骤S4,多个所述水平桩形成无间隔的连续水平防渗层(请参见图3和图4)。
本发明提供的技术方案,通过采用水平定向钻技术在地下并排布置多个导向孔,结合高压旋喷法注入水泥形成水平桩,多个水平桩并排连接,可实现在不开挖上层构筑物及上覆岩土体的前提下在地下一定深度筑成无间隔的连续水平防渗层;在钻进过程中采用导向系统跟踪监测导向孔的角度和方位变化,能及时纠偏,可保证导向孔的实际轨迹满足设计要求;本施工方法具有精度高、施工速度快、成本低、环境扰动小、施工效率高等特点,可节约大量时间成本和经济成本,同时避免了开挖过程中引发的市政交通、群众影响等社会问题。
在本文中,所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的,只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解,所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下,本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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)
1.一种基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1根据场地的工程地质勘察报告及设计需求确定水平防渗层的参数,根据所述防渗层的参数确定多个导向孔的参数,所述多个导向孔呈并列设置,所述导向孔的参数包括所述导向孔轨迹参数、导向孔布置参数以及导向孔施工顺序参数;
S2根据所述导向孔轨迹参数,利用水平定向钻机和导向系统进行定向钻进;
S3当所述导向孔钻至完成后,利用注浆泵通过钻杆以预设时间向孔底注入水泥浆,然后向所述导向孔内注入水泥浆的同时以预设速度回拉钻杆,以使所述水泥浆达到预设长度,所述水泥浆硬化后形成水平桩;
S4根据所述导向孔轨迹参数、导向孔布置参数以及导向孔施工顺序参数进行下一个水平桩施工;
S5重复步骤S2至步骤S4,多个所述水平桩并列设置,以形成无间隔的连续水平防渗层。
2.如权利要求1所述的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,所述注浆泵的注浆压力为30~40MPa。
3.如权利要求1所述的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,所述预设时间为20~30min。
4.如权利要求1所述的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,所述预设速度为20cm/min以内。
5.如权利要求1至4任一所述的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,所述注浆泵采用高压旋喷法向所述导向孔注入水泥浆,以使所述钻杆旋转喷浆。
6.如权利要求1所述的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,所述导向孔轨迹包括造斜段和水平段,根据所述钻杆的弯曲特性确定所述造斜段的曲率半径,根据所述防渗层面积确定所述水平段的长度。
7.如权利要求1所述的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,步骤S2之后,还包括:
S21根据所述水平定向钻机和所述导向系统钻进得到所述导向孔的实际轨迹,绘制导向孔实际轨迹图,并与所述导向孔轨迹参数比对,及时检测和调整所述导向孔的钻进轨迹以符合设计要求。
8.如权利要求7所述的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,采用随钻测量法测量所述导向孔的随钻测量数据,根据所述随钻测量数据绘制所述导向孔实际轨迹图。
9.如权利要求8所述的基于水平定向钻技术的地下水平防渗层施工方法,其特征在于,所述随钻测量数据包括钻杆钻进的长度、水平距离、侧向偏移、垂深、倾角、方位角。
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