CN111927311A - 一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法 - Google Patents
一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111927311A CN111927311A CN202010503725.8A CN202010503725A CN111927311A CN 111927311 A CN111927311 A CN 111927311A CN 202010503725 A CN202010503725 A CN 202010503725A CN 111927311 A CN111927311 A CN 111927311A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microwave
- hole
- pile
- rock
- radiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 38
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims description 19
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003094 perturbing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B12/00—Accessories for drilling tools
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/14—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
- E21B7/15—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling of electrically generated heat
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Piles And Underground Anchors (AREA)
Abstract
本发明公布了一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，属于桩基工程领域。该方法在岩石层人工挖孔桩开挖的过程中，利用大功率微波的介电加热效应，通过微波表面辐射或微波内部辐射岩石的方式，使岩石发生破裂，极大程度低弱化岩石的强度，从而达到高效、扰动小、安全经济地成孔的目的。本发明解决了岩石层人工挖孔桩成孔难度大、效率低的问题，有效提高岩石层人工挖孔桩成孔的效率以及质量，极大地缩短了施工成本和施工工期。
Description
技术领域
本发明属于岩石成孔技术领域，具体涉及一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法。
背景技术
受限于地形地貌、现场作业条件、区域经济发展情况等因素，现阶段许多地区的房建工程基础桩、桥梁工程桩基仍采用人工挖孔桩。人工挖孔灌注桩具有成桩质量好、单桩承载力高、机械机具简单、无环境污染、对施工现场周围原有建筑物扰动小等优点。然而，在面对微风化或者中风化的坚硬、较坚硬岩石层时，就会出现成孔难度大、成孔效率低、成孔成本高等问题。
目前遇到坚硬岩石层时最常采用的施工方法是钻孔爆破法。钻爆法破岩存在以下缺点和不足：
（1）爆破器材（炸药、雷管和导爆索等）的管控十分严格，许多地区严禁使用，爆破作业需持证上岗；
（2）爆破作业会产生振动、飞石和盲炮，施工过程中有较大风险；
（3）爆破会产生炮烟，增加桩孔内通风要求和时间；
（4）因为桩径较小（通常0.8m-2m），爆破夹制作用大，需在狭窄空间内钻凿大量掏槽眼、辅助眼和周边眼等炮孔，凿岩作业难度高，劳动强度大，且产生的粉尘对工人身体有害；
（5）爆破过程可能对护壁造成损伤，尤其会影响上部软弱土层的孔壁稳定性，造成塌孔。
因此，在坚硬岩石层中人工挖孔时，寻求一种高效、安全、经济的岩石破碎方法十分必要。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，有效提高了坚硬岩石层人工挖孔桩成孔的效率以及质量，改善了缩短施工成本和施工工期。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，包括如下步骤：
步骤一：依次通过电缆和波导法兰连接大功率微波电源1、微波发生器（带有环形器）、阻抗匹配器、柔性波导以及微波辐射天线，微波电源、微波发生器以及阻抗匹配器固定于移动平台车之上（对于深度较大的挖孔桩，可以通过桩孔口的垂直提升设备将微波发生器以及阻抗匹配器下放至挖孔桩开挖面）；
步骤二：清理、平整施工场地，进行桩位放样，定出桩位的中心点，在桩孔顶端设置好混凝土护圈，并进行挖孔桩施工；
步骤三：遇到坚硬岩石层时，若岩石对微波敏感性较好，可在挖孔桩开挖面设置好辐射点，并利用微波辐射天线对该辐射点进行逐点表面辐射，通过致裂岩石弱化岩石强度；
步骤四：若岩石对微波敏感性一般，可利用钻机对挖孔桩开挖面进行不同位置的钻孔，施工预钻孔，并利用微波辐射天线置入预钻孔内，进行微波内部辐射，从而使岩石从内部发生破裂；
步骤五：待微波预裂完成，利用钢楔、风镐等工具，将强度弱化后的岩石进行剔除、破碎，并利用垂直提升设备出渣；
步骤六：视地层情况对挖孔桩孔壁进行支护，并调节柔性波导的高度，使之能紧贴挖孔桩开挖面，并重复步骤三至六，从而高效、扰动小、安全经济的实现人工挖孔桩的成孔。
进一步的，所述微波发生器的频率为2.45GHz或915MHz，功率应大于15kW。
进一步的，所述微波辐射天线为微波缩径聚焦天线，其内部应填充高介电常数、低介电损耗的电介质，从而可以极大地提高到达挖孔桩开挖面的微波功率密度，从而大幅度地提高微波辐射的效率，同时缩短辐射时间。
进一步的，与微波辐射天线连接的天线为柔性的、可伸缩的波导，随着挖孔桩深度的增加，能保证微波缩径聚焦天线始终紧贴着开挖面。
进一步的，微波辐射方式包括岩石表面辐射和内部辐射两种。
进一步的，在采用钻孔内部照射时，使用气腿式凿岩机进行预钻孔时，天线的外径应略小于钻孔内径。
进一步的，在使用内部辐射的方式时，需要在预钻孔的顶部放置金属屏蔽板，减少微波的泄露并获得更好的辐射效果。
进一步的，在挖孔桩的顶面采用孔径小于0.2mm的柔性金属网进行屏蔽处理，防止微波泄露对于人体和设备的危害。
本发明的有益效果是：
该方法在岩石层人工挖孔桩开挖的过程中，利用大功率微波的介电加热效应，通过表面辐射或者内部辐射岩石的方式，使岩石发生热破裂，极大程度的弱化岩石强度，提高岩石的可挖掘性，从而达到快速成孔的目的。本发明解决了岩石层人工挖孔桩成孔难度大、效率低的问题，有效提高了岩石层人工挖孔桩成孔的效率以及质量，极大地缩短了施工成本和施工工期。且本发明相对于钻爆法开挖来说，对施工现场周围原有建筑物扰动小，施工难度较低，是一种高效、扰动小、安全经济的人工挖孔桩成孔方法。
附图说明
图1 岩石层人工挖孔桩微波表面照射成孔施工；
图2 岩石层人工挖孔桩微波内部辐射成孔施工。
附图标记列表：
1、大功率微波电源，2、微波发生器，3、阻抗匹配器，4柔性波导，5、微波辐射天线，6、移动台车，7、人工挖孔桩，8、岩石层，9、柔性金属网，10、挖孔桩开挖面，11、预钻孔，12、金属屏蔽板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图所示，本发明所述的一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，包括如下步骤：
步骤一：依次连接大功率微波电源1、微波发生器2、阻抗匹配器3、柔性波导4以及微波辐射天线5（微波缩径聚焦天线），微波电源1、微波发生器2以及阻抗匹配器3固定于移动平台车6之上（对于深度较大的挖孔桩，可以通过桩孔口的垂直提升设备将微波发生器2以及阻抗匹配器3下放至挖孔桩开挖面10）；
步骤二：清理、平整施工场地，进行桩位放样，定出桩位的中心点，在桩孔顶端设置好混凝土护圈，并进行挖孔桩7施工；
步骤三：遇到坚硬岩石层8时，若岩石对微波敏感性较好，可在挖孔桩开挖面10设置好辐射点，并利用微波聚焦缩径天线5对预设辐射点进行逐点表面辐射，通过致裂岩石弱化岩石强度；
步骤四：若岩石对微波敏感性一般，可利用钻机对挖孔桩开挖面10进行不同位置的钻孔，施工预钻孔11，并利用微波缩径聚焦天线5置入预钻孔11内，进行微波内部辐射，从而使岩石从内部发生破裂；
步骤五：待微波预裂完成，利用钢楔、风镐等工具，将强度弱化后的岩石进行剔除、破碎，并利用垂直提升设备出渣；
步骤六：视地层情况对挖孔桩孔壁进行支护，并调节柔性波导4的高度，使之能紧贴挖孔桩开挖面10，并重复步骤三至六，从而高效、扰动小、安全经济的实现人工挖孔桩的成孔；
需要注意的是在施工的过程中，挖孔桩的顶面始终需要采用直径小于0.2mm的柔性金属网进行屏蔽处理，并同时利用微波泄露检测仪检测空气中的微波功率密度，防止微波泄露对于人体和设备的危害；若使用内部辐射的方式，需要在预钻孔的顶部放置金属屏蔽板，减少微波的泄露并获得更好的辐射效果。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (8)
1.一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：依次通过电缆和波导法兰连接大功率微波电源（1）、带有环形器的微波发生器（2）、阻抗匹配器（3）、柔性波导（4）以及微波辐射天线（5），所述微波电源（1）、微波发生器（2）以及阻抗匹配器（3）固定于移动平台车（6）之上；
步骤二：清理、平整施工场地，进行桩位放样，定出桩位的中心点，在桩孔顶端设置好混凝土护圈，并进行挖孔桩（7）施工；
步骤三：遇到坚硬岩石层（8）时，若岩石对微波敏感性较好，在挖孔桩开挖面（10）设置好辐射点，并利用微波辐射天线（5）对预设辐射点进行逐点表面辐射，通过致裂岩石弱化岩石强度；
步骤四：若岩石对微波敏感性一般，利用钻机对挖孔桩开挖面（10）进行不同位置的钻孔，并利用微波辐射天线（5）置入预钻孔（11）内，进行微波内部辐射，从而使岩石从内部发生破裂；
步骤五：待微波预裂完成，利用工具，将强度弱化后的岩石进行剔除、破碎，并利用垂直提升设备出渣；
步骤六：视地层情况对挖孔桩（7）孔壁进行支护，并调节柔性波导（4）的高度，使之能紧贴挖孔桩开挖面（10），并重复步骤三至六，从而实现人工挖孔桩的成孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，其特征在于：对于深度大的挖孔桩（7），通过桩孔口的垂直提升设备将微波发生器（2）以及阻抗匹配器（3）下放至挖孔桩开挖面（10），然后开始工作。
3.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，其特征在于：所述微波发生器（2）的频率为2.45GHz或915MHz，功率大于15kW。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，其特征在于：所述微波辐射天线（5）为微波缩径聚焦天线，其内部填充高介电常数、低介电损耗的电介质。
5.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，其特征在于：与微波辐射天线（5）连接的天线为柔性的、可伸缩的波导（4），随着挖孔桩深度的增加，微波辐射天线（5）始终紧贴着开挖面。
6.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，其特征在于：微波辐射方式包括岩石表面辐射和内部辐射两种。
7.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，其特征在于：在使用内部辐射的方式时，在预钻孔（11）的顶部放置金属屏蔽板（12），减少微波的泄露并获得更好的辐射效果。
8.根据权利要求1所述的一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法，其特征在于：在挖孔桩（7）的顶面采用孔径小于0.2mm的柔性金属网（9）进行屏蔽处理，防止微波泄露对于人体和设备的危害。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010503725.8A CN111927311A (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010503725.8A CN111927311A (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111927311A true CN111927311A (zh) | 2020-11-13 |
Family
ID=73316524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010503725.8A Pending CN111927311A (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111927311A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117738665A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 太原理工大学 | 一种辅助开采矿岩的分级加载微波聚焦辐射装置和方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1547398C (ru) * | 1988-06-07 | 1994-08-30 | Бойченко Александр Павлович | Способ термогазодинамического бурения шпуров |
| CN101737044A (zh) * | 2009-12-01 | 2010-06-16 | 郑州大学 | 一种高耐磨采煤机截齿及其生产工艺 |
| CN110805442A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-18 | 中国矿业大学 | 一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置及方法 |
| CN111163545A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-15 | 东南大学 | 一种用于硬岩隧道开挖的金属透镜天线微波辐射装置 |
-
2020
- 2020-06-05 CN CN202010503725.8A patent/CN111927311A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1547398C (ru) * | 1988-06-07 | 1994-08-30 | Бойченко Александр Павлович | Способ термогазодинамического бурения шпуров |
| CN101737044A (zh) * | 2009-12-01 | 2010-06-16 | 郑州大学 | 一种高耐磨采煤机截齿及其生产工艺 |
| CN110805442A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-18 | 中国矿业大学 | 一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置及方法 |
| CN111163545A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-15 | 东南大学 | 一种用于硬岩隧道开挖的金属透镜天线微波辐射装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 蔡炎标等: "山区陡峭地形桥梁基础人工挖孔桩施工", 《公路交通科技(应用技术版)》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117738665A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 太原理工大学 | 一种辅助开采矿岩的分级加载微波聚焦辐射装置和方法 |
| CN117738665B (zh) * | 2024-02-21 | 2024-04-23 | 太原理工大学 | 一种辅助开采矿岩的分级加载微波聚焦辐射装置和方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Study on the raising technique using one blast based on the combination of long-hole presplitting and vertical crater retreat multiple-deck shots | |
| CN107478113B (zh) | 一种特高压输电线路桩井一次成型爆破方法 | |
| CN106014421B (zh) | 一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法 | |
| CN101713624A (zh) | 地下隐蔽岩体地面钻孔爆破破碎方法 | |
| KR100780916B1 (ko) | 다자유면을 이용한 저공해 암반 굴착공법 | |
| CN112901179B (zh) | 一种隧道内基于创造临空面的二氧化碳气动破岩方法 | |
| CN110397026A (zh) | 一种临近既有线桥梁桩基的施工方法及施工结构 | |
| CN111442701A (zh) | 一种复杂地质条件下狭小深基坑精细化爆破施工方法 | |
| CN111927311A (zh) | 一种基于微波致裂硬岩技术的人工挖孔桩成孔施工方法 | |
| CN109208594B (zh) | 钢护筒下沉遇孤石的处理方法、钢护筒结构及钻孔桩 | |
| KR102131823B1 (ko) | 코어장비를 이용한 무진동 굴착 방법 | |
| JP6971170B2 (ja) | 地下構造物の構築方法 | |
| KR20160076885A (ko) | 암반 절취시 도저 굴착을 위한 취약화 발파 방법 | |
| KR101066296B1 (ko) | 천공 리드를 이용한 무진동 암반파쇄공법 | |
| KR101185154B1 (ko) | 대괴 발생을 방지하기 위한 발파공법 | |
| CN110553557A (zh) | 一种石质路堑爆破施工方法 | |
| CN210507418U (zh) | 一种临近既有线桥梁桩基的施工结构 | |
| CN210163888U (zh) | 一种大直径嵌岩桩快速施工结构 | |
| CN114198015A (zh) | 一种硬质岩桩的潜孔锤-旋挖联合成孔方法 | |
| CN208934599U (zh) | 一种大截面矩形锚固桩旋挖钻机矩形冲切钻头 | |
| CN112324441A (zh) | 全回转钻机清除地下盾构管片的施工方法 | |
| CN114909962B (zh) | 一种用于隧道接近施工时减震控爆的施工方法 | |
| JP7179678B2 (ja) | 地下構造物の構築方法 | |
| CN117072180A (zh) | 山岭隧道挖掘方法 | |
| CN112432567B (zh) | 一种聚能电爆破孤石方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201113 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |