CN111927346B - 河道底部定向钻机及其施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻机以及利用该钻机进行河道底部定向施工的施工工法，该钻机机架上固定设有两个放置架，放置架的端部固定设有连接块，两个连接块相对的一侧均固定设有限位块，两个限位块分别限位在第一放置板两侧开设的限位槽内，第一放置板靠近非开挖铺管钻机的一侧开设有开槽，位于开槽的底部固定设有电动滑台，电动滑台的滑台上固定设有顶升机构。本发明通过设有的第一放置板可以预放置钻杆，在钻机需要安装钻杆时，电动滑台将钻杆运送至非开挖铺管钻机上，自动化实现运送钻杆的功能，解决现有技术中需要人员手工拿起并安装在非开挖铺管钻机上的缺陷；通过设有的第二放置板还可以预放置钻杆，一定程度上提高工作效率。

Description

河道底部定向钻机及其施工工法

技术领域

本发明属于河道施工设备的设计与改进以及施工工艺的设计与改进技术领域，具体公开一种河道底部水平定向钻机及其施工工法。

背景技术

随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国地下管线的需求量也在逐年增加。穿河管线是市政给水排水管线设计中的一大难点。其困难之处在于管线的过河方式涉及与城市景观、桥梁设计、河(航)道管理部门以及管线管理单位等多方的沟通协调。但是目前，河道底部水平定向钻施工工法所采用的非开挖铺管钻机，其预备钻杆都是放置在非开挖铺管钻机旁，在非开挖铺管钻机上的钻杆钻入后需要接入下一根钻杆，但多数都是人工手动拿起钻杆并接入非开挖铺管钻机上，费时费力。因此我们对此做出改进，提出一种非开挖铺管钻机及利用该钻机在河道底部定向钻施工工法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种定向钻机以及利用该钻机在河道底部进行定向钻施工，该施工工法对现有的设备进行深度改进，并且采用地下定位系统，通过导向、分级扩孔的方法，确保钻机按预定的轨迹完成导向孔，从而达到准确铺管的目的。导向孔的施工主要依据设计轨迹，采用导向钻头内的探头盒发射一定频率的电磁波传到地表。地面接收器收到信号，使用它可以随时测出钻头地下位置、深度、顶角、钻具面向角等基本参数。随时调整钻进参数，确保钻机按预定的轨迹完成导向孔，从而达到准确铺管的目的。

本发明的技术方案：一、一种河道底部定向钻机，包括钻机，所述钻机的机架上固定设有两个放置架，所述放置架的端部固定设有连接块，两个连接块相对的一侧均固定设有限位块，两个限位块分别限位在第一放置板两侧开设的限位槽内，第一放置板靠近钻机的一侧开设有开槽，位于开槽的底部固定设有电动滑台，电动滑台的滑台上固定设有顶升机构，第一放置板的另一侧通过铰链铰接有第二放置板，第一放置板的顶端和第二放置板的顶端分别开设有若干个第一弧形槽和若干个第二弧形槽，钻机的机架上且位于放置架的底部通过U形件连接有液压伸缩杆，所述液压伸缩杆的伸缩端与第一放置板的底端且靠近第二放置板的部位通过U形件连接。

一种优选技术方案，所述顶升机构由基座以及限位于基座顶部的顶升块组成，所述基座固定在电动滑台的滑台上，所述顶升块顶端的中部开设有第三弧形槽，所述顶升块由设置在其底部的伸缩机构驱动。

一种优选技术方案，所述伸缩机构由弹簧和电磁铁组成，所述弹簧的顶部固定在顶升块上，所述弹簧的底部固定在电磁铁的顶部，所述电磁铁的底部固定在基座内。

一种优选技术方案，所述顶升机构具体设置有两个。

一种优选技术方案，所述第三弧形槽、第一弧形槽以及第二弧形槽三者相同。

一种优选技术方案，所述第二放置板的底端且远离第一放置板通过铰链铰接有支架，且该铰链的开合范围为0-90度。

二、一种采用上述钻机进行河道底部定向钻施工工法，该施工工法包括下述步骤：测量放线、地下管线探测、钻孔曲线设计、基坑开挖、钻机就位、试钻、钻导向孔、反向扩孔、反向拖拉管材、管头分离、现场泥浆配置及钻机移位。

本发明的有益效果是：(一)通过设有的第一放置板可以预放置钻杆，在钻机需要安装钻杆时，电动滑台将钻杆运送至非开挖铺管钻机上，自动化实现运送钻杆的功能，解决现有技术中需要人员手工拿起并安装在非开挖铺管钻机上的缺陷；通过设有的第二放置板还可以预放置钻杆，一定程度上提高工作效率；通过将第二放置板折叠在第一放置板上，第一弧形槽与第而弧形槽相配合对钻杆进行限位，在液压伸缩杆收缩时使得第一放置板垂直于地面，不仅实现了非开挖铺管钻机可以携带一定量钻杆的功能，便于下次的使用；还能有效节利用垂直空间，节省水平空间便于整体的运输。

(二)该施工工法的技术效果：环境影响小；施工安全可靠；对地层结构破坏小；施工周期短；施工不受季节限制；社会效益与经济效益显著。

附图说明

在附图中：图1是本发明钻机的结构示意图；图2是本发明钻机的放置架侧视结构示意图；图3是本发明钻机的分拆结构示意图；图4是本发明钻机的放置架与第一放置板的分拆结构示意图；图5是本发明钻机的放置架结构示意图；图6是本发明钻机的第一放置板与电动滑台的分拆结构示意图；图7是本发明钻机的基座剖面结构示意图；图8是本发明钻机的第一放置板与第二放置板的分拆结构示意图；图9为本发明施工工法的工艺流程图；图中：1、钻机；2、放置架；3、第一放置板；4、第二放置板；5、电动滑台；6、支架；7、液压伸缩杆；8、连接块；9、开槽；10、第一弧形槽；11、限位槽；12、限位块；13、基座；14、顶升块；15、弹簧；16、电磁铁；17、第二弧形槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：一种河道底部定向钻机，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，包括钻机1，钻机1的机架上固定设有两个放置架2，放置架2的端部固定设有连接块8，两个连接块8相对的一侧均固定设有限位块12，两个限位块12分别限位在第一放置板3两侧开设的限位槽11内，第一放置板3靠近钻机1的一侧开设有开槽9，位于开槽9的底部固定设有电动滑台5，电动滑台5的滑台上固定设有顶升机构，第一放置板3的另一侧通过铰链铰接有第二放置板4，第一放置板3的顶端和第二放置板4的顶端分别开设有若干个第一弧形槽10和若干个第二弧形槽17，钻机1的机架上且位于放置架2的底部通过U形件连接有液压伸缩杆7，液压伸缩杆7的伸缩端与第一放置板3的底端且靠近第二放置板4的部位通过U形件连接。

其中，顶升机构由基座13以及限位于基座13顶部的顶升块14组成，基座13固定在电动滑台5的滑台上，顶升块14顶端的中部开设有第三弧形槽，顶升块14由设置在其底部的伸缩机构驱动，伸缩机构可以控制顶升块14收进或顶出基座13内。

其中，伸缩机构由弹簧15和电磁铁16组成，弹簧15的顶部固定在顶升块14上，弹簧15的底部固定在电磁铁16的顶部，电磁铁16的底部固定在基座13内，电磁铁16受电时可以吸附顶升块14，进而实现将顶升块14收进基座13内；电磁铁16断电时可以弹簧15可以顶起顶升块14，实现托举钻杆。

其中，顶升机构具体设置有两个，在顶升机构顶起钻杆时，设置的两个顶升机构可以很好的稳住钻杆。

其中，第三弧形槽、第一弧形槽10以及第二弧形槽17三者相同，均可以放置钻杆。

其中，第二放置板4的底端且远离第一放置板3通过铰链铰接有支架6，且该铰链的开合范围为0-90度，第二放置板4水平放置时支架6插在地上起到对第二放置板4的支撑作用。

钻机1工作时首先将钻杆分别放置进第一弧形槽10以及第二弧形槽17内，当钻机1时将钻杆钻入后需要加装下一个钻杆时，电动滑台5将顶升机构移动至最靠近钻机1的钻杆底部，然后顶升机构将该钻杆顶起，电动滑台5再将该钻杆移动至钻机1上，方便人员对钻杆进行安装；钻机1工作完毕后，将多余的钻杆放置在第一弧形槽10内，然后将第二放置板4转动至第一放置板3上，并将第二放置板4和第一放置板3相互锁合(具体锁合结构可以为设置在第二放置板4和第一放置板3上的连接耳，然后将两个连接耳用锁进行锁合)，然后再控制液压伸缩杆7的伸缩端缩回，此时配合限位块12与限位槽11，可以实现将第一放置板3拉直垂直地面的状态，此时不仅实现了钻机1可以携带一定量钻杆的功能，便于下次的使用；还能有效节利用垂直空间，节省水平空间便于整体的运输；

采用上述的取用钻杆功能与存放钻杆功能的配合，结构设计巧妙，实现了第二放置板4和第一放置板3的多功能，创造性强。

实施例2，一种采用上述钻机进行河道底部定向钻施工工法，该施工工法包括下述步骤：测量放线、地下管线探测、钻孔曲线设计、基坑开挖、钻机就位、试钻、钻导向孔、反向扩孔、反向拖拉管材、管头分离、现场泥浆配置及钻机移位。

该河道底部水平定向钻施工的具体工艺原理

(一)工作原理

采用地下定位系统，通过导向、分级扩孔的方法，确保钻机按预定的轨迹完成导向孔，从而达到准确铺管的目的。导向孔的施工主要依据设计轨迹，采用导向钻头内的探头盒发射一定频率的电磁波传到地表。地面接收器收到信号，使用它可以随时测出钻头地下位置、深度、顶角、钻具面向角等基本参数。随时调整钻进参数，确保钻机按预定的轨迹完成导向孔，从而达到准确铺管的目的。

实践中该施工工艺的具体操作要点

(一)测量放线

按设计轴线，结合坐标定位与相对定位法，将管道轴线标示在路面上。

(二)地下管线的探测

在施工范围内通过现场调查、查阅资料、探测等手段调查清楚地下管线的分布情况。

(三)钻孔曲线：

(1)钻孔曲线设计：1)满足规范要求的最小曲率半径；2)满足穿越公路和河流安全规范要求；3)选择最佳主力穿越层位。综合考虑入土角、出土角、曲率半径等因素，根据本工程综合考虑以上因素，确定导向轨迹；4)定向钻孔轨迹线段由造斜直线段、曲线段、水平直线段(与管道排水坡度一致)等组成，为保证水平直线段精度要求，造斜段水平距离可计算确定。5)入土造斜段与管道直线段之间及管道直线段与出土造斜段之间，至少应有一根钻杆长度达到管道直线段坡度要求；6)入土角不宜超过10°，出土角按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定，一般不宜超过20°；7)相邻两节钻杆允许转向角根据土质条件，钻杆长度、材料等因素确定，土质越软，а角越小，а角的取值一般在1.5°～3.0°。

(2)按照图纸要求对回拖力井下计算，并且将最大拖拉长度控制在表1的范围内。2)定向钻孔拖拉法施工，最大拖拉长度宜控制在表1范围内：

表1最大拖拉长度控制表

(四)基坑开挖

在拉管施工机械的前部，开挖一个可供临时储存泥浆的基坑。

(五)钻机就位及试运转

将钻机及附属配套设备安放在预定位置，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。

(六)钻导向孔

(1)导向孔施工步骤：

1)探头装入探头盒；2)导向钻头连接钻杆；3)转动钻杆测试探头发射是否正常；4)回转钻进2m左右；5)开始按照造斜轨迹进行钻进；6)完成直孔段钻进；7)按照造斜轨迹进行钻进；8)导向孔完成。

(2)导向孔施工应注意事项：在导向孔钻进过程中，返出泥浆每一小时取样一次，地质勘探报告相比较，看是否需要调整泥浆性能。严格按图纸设计要求进行控向，导向孔是以后各级预扩孔和回拖管道的基础。严格按设计曲线钻进。

(七)反向扩孔

导向孔钻进至接收坑，经测量检验，偏差在允许范围内时，卸下矛式钻头换装鱼尾式或三叉式扩孔钻头，开动回拉钻机扩孔。扩孔时匀速回拉，同时注水机要连续注适量水，通过钻具搅拌孔内泥土造泥浆，用以保护成孔孔壁，保保持围岩稳定，同时起到润滑作用。

(八)管道回拖

管道连接强度检验合格后，即可进入拉管施工。首先用现场制作的“管封套”将管头密封，然后在管头后端接上回扩头，管后接上分动器进行接管，将管子回接到工作井后，卸下回扩头、分动器、取出剩余钻杆，堵上封堵头。成功扩孔到预定孔径后便可回拉敷设管道，在回拉前要进行管道的接连，即用电熔法将PE管连接成与成孔长度相当的管道之后，将管道与扩孔器相连，经回拉将管道牵引进孔洞内。

(九)现场泥浆配置及处理

(1)泥浆材料用量

根据一般土质情况，确定泥浆配制方案，实施泥浆开钻，开钻前配制好优质泥浆。

1)将施工用水存入水罐，在水中加入纯碱，加速粘土颗粒分散,提高水的PH值；

2)按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂。

(2)泥浆在各个施工阶段的配制方法

1)钻导向孔阶段泥浆基本配方是：7～8％预水化膨润土+0.2～0.4％增添剂+0.3％降滤失剂+0.2％固体润滑剂。

2)预扩孔阶段泥浆基本配方为：7～8％预水化钠基膨润土+0.2～0.4％提粘剂+0.2％降滤失剂+0.2～0.3％泥浆流变剂。

3)扩孔回拖阶段泥浆基本配方如下：7～8％预水化钠基膨润土+0.2～0.3％提粘剂+0.3％降滤失剂+0.4～0.6％的润滑剂(RT～988)+0.2～0.3％泥浆流变剂。

(3)泥浆排放

施工时废浆的排放必须符合文明施工要求，采用泥浆排放车，随时处理施工中产生的泥浆。

Claims (1)

1.一种河道底部定向钻机，包括钻机（1），其特征在于，所述钻机（1）的机架上固定设有两个放置架（2），放置架（2）的端部固定设有连接块（8），两个连接块（8）相对的一侧均固定设有限位块（12），两个限位块（12）分别限位在第一放置板（3）两侧开设的限位槽（11）内，所述第一放置板（3）靠近钻机（1）的一侧开设有开槽（9），位于开槽（9）的底部固定设有电动滑台（5），电动滑台（5）上固定设有顶升机构，所述第一放置板（3）的另一侧通过铰链铰接有第二放置板（4），所述第一放置板（3）的顶端和第二放置板（4）的顶端分别开设有若干个第一弧形槽（10）和若干个第二弧形槽（17），所述钻机（1）的机架上且位于放置架（2）的底部通过U形件连接有液压伸缩杆（7），所述液压伸缩杆（7）的伸缩端与第一放置板（3）的底端且靠近第二放置板（4）的部位通过U形件连接；所述顶升机构由基座（13）以及限位于基座（13）顶部的顶升块（14）组成，所述基座（13）固定在电动滑台（5）的滑台上，所述顶升块（14）顶端的中部开设有第三弧形槽，所述顶升块（14）由设置在其底部的伸缩机构驱动；所述伸缩机构由弹簧（15）和电磁铁（16）组成，所述弹簧（15）的顶部固定在顶升块（14）上，所述弹簧（15）的底部固定在电磁铁（16）的顶部，所述电磁铁（16）的底部固定在基座（13）内；所述顶升机构具体设置有两个；所述第三弧形槽、第一弧形槽（10）以及第二弧形槽（17）三者相同；所述第二放置板（4）的底端且远离第一放置板（3）通过铰链铰接有支架（6），且该铰链的开合范围为0-90度。

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