CN113107368B - 一种全套管地质勘察施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全套管地质勘察施工工法，包括如下步骤：1)施工准备；2)全套管钻机组装就位；3)钢套管安装；4)钻机驱动钻进；5)冲抓钻取土；6)地层分析；7)顶拔、拆卸护套管；8)回填混凝土。本发明属于地质勘查技术领域，具体是一种全套管地质勘察施工工法，全套管全回转钻机是集全液压动力和传动、机电液联合控制于一体的新型钻机，具有全回转套管装置，压入套管和挖掘同时进行，冲抓斗依靠吊机的大小与吊钩配合来完成对土层的冲挖作业，施工设备占用场地小，设备体积小，适用于各种施工环境，施工过程中不采用膨润土或化学泥浆护壁，对地下水无污染，施工现场整洁，不影响周围居民及企业的正常工作和生活，满足高环保要求。

Description

一种全套管地质勘察施工工法

技术领域

本发明属于地质勘查技术领域，具体是指一种全套管地质勘察施工工法。

背景技术

随着城市化建设速度的加快，在全国规划修建的盾构隧道越来越多，科学合理的进行刀盘刀具、螺旋机选择一直是困扰盾构制造与设计的一项难题，尤其是施工线路长，工程地质情况复杂的工程，常常在盾构隧道施工过程中存在因地层内存在较大砾石导致盾构机刀盘磨损严重被迫换刀、出渣不顺畅、螺旋机被卡死等众多难题。究其原因，主要是传统地质补勘存在施工周期长、钻探孔径小、取芯率差等劣势，已不能准确反映地质地层情况，更不能作为盾构机设计制造及掘进参数确定的有效依据。为保证超盾构机在复杂砂卵石地层且砂卵石粒径变化大的情况下掘进工作，因此盾构掘进施工前对地质勘查工作，尤其特殊地段地层了解多少已成盾构掘进施工的关键工序之一，也是影响盾构掘进安全质量事故的环节，直接关系到盾构隧道能否顺利施工和及时贯通。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种全套管地质勘察施工工法，全套管全回转钻机是集全液压动力和传动、机电液联合控制于一体的新型钻机，具有全回转套管装置，压入套管和挖掘同时进行，冲抓斗依靠吊机的大小与吊钩配合来完成对土层的冲挖作业。作业时，冲抓斗沿套管内壁自由下落，下落速度快，冲击力强，硬质地层可直接冲挖，且作业效率高；斗刃呈圆弧形，且斗体重，可实现水下冲挖；内置滑轮组，抓紧力随起吊力的增加而成倍增加，施工设备占用场地小，设备体积小，适用于各种施工环境，施工过程中不采用膨润土或化学泥浆护壁，对地下水无污染，施工现场整洁，不影响周围居民及企业的正常工作和生活，满足高环保要求；在挖掘过程中可以很直观地判别土壤及岩性特征，准确的进行地质情况描述，可有效揭露卵石直径及其形状，挖掘深度深，根据地质情况，开挖深度可达70m。

本发明采取的技术方案如下：本发明一种全套管地质勘察施工工法，包括如下步骤：

1)施工准备

①测量放线：开工前，提前分析盾构掘进过程中本条线路内地层中砂卵石较多且地质情况比较复杂进行选点，并对现场实际情况进行踏勘，并根据所选择的勘查施工地点，准确放线的施工地点保证场地条件满足施工要求；

②机械、材料准备：进行必要的机具检修，事先联系确定好吊机及全套管搓管机，将全套管搓管机运至补勘施工地点前进行精细的检查、维修，保证进场施工的全套管搓管机工作状态良好；

③技术准备：对施工人员进行技术交底、技术培训以及安全教育；

④场地条件：设备机械进场前应对施工现场需要补勘施工地点进行场地平整，保证全套管钻机施工过程稳定；钻探施工前应进行探槽施工，确保地下无施工管线；

⑤施工围挡及安全标识设置：为了避免渣土在冲抓过程中出现安全事故，在补勘作业开始前应划定安全警戒区域，区域内禁止人员行走和逗留，必要时可采用围挡的形式划定警戒区域，悬挂禁止通行、佩戴安全帽、高空坠物等提示标识；

⑥探槽：在围挡围蔽的同时，对将要施工勘查点进行人工开挖探槽，探槽形式为十字形3m×3m，宽100cm倒T型凹槽，深度开挖至原状土，确定无任何管线后，进行下一步施工；

2)全套管钻机组装就位

①钢套管检查：采用全钢套管施工，钢套管壁厚一般为50mm，钢套管成孔至设计标高以下300mm，在成孔套管使用前，应进行套管顺直度的检查和校正；首先检查和校正单节套管的顺直度，然后检查按桩长配置的全长套管的顺直度，并对各节套管编号，做好标记，按序拼装；

②全套管钻机就位：设备施工现场安装时，应该根据场地情况，合理安排泵站和搓管机的位置，一般要求两者直线距离不大于10米；地面要求符合施工安装要求；泵站摆放位置处，要求通风良好，防雨防汛、防火良好，泵站两米范围内不得摆放各种杂物；连接泵站和搓管机的油管和电缆，应该顺畅，不得交叉缠绕；严禁车辆等碾压；不得上压各种物料；现场安装的各液压油口接头，安装前仔细检查各表面无损伤，擦拭干净后，方可安装，拆下的接头，必须仔细擦拭干净后包扎好，防止污染；吊装就位前，需将孔位点做好定位标记，并画好机组就位的中心线，按线吊装放置设备，确保搓管桩机底盘孔中心与定位标记同心、准确；机组吊装就位后，仔细做好机组各设备的连接安装工作，确保各设备连接安装可靠，启动发动机；

3)钢套管安装

①套管对中：吊装首节带切削靴的套管时，需将搓管机钳口平行提升，举升缸同步提升到较高位置约500毫米，同时调整调节缸；钳口圆要同心于底盘圆或与定位标记同心；钳口打开，吊车将首节套管垂直置于搓管机钳口内，缩紧夹紧缸，将套管夹紧；然后，操作举升缸缓步下压，紧跟调整调节缸前后回缩和调整举升缸左右升降；使首节套管垂直精度达到施工技术标准后再进行下压搓管动作；第一个行程完成后，再进行下一个行程动作，松开钳口、提升钳口、同时伸出调节缸、钳口夹紧，举升缸左右调节，调节缸前后调整护套管的垂直度，调整垂直度一般要求在压进1米到1.5米完成；

②套管对接：套管钻进时，当首节套管钻进到钳口部位上剩下1.2米时，应进行接套管作业；接套管时，先将第一节吊环解下再将第二节套管吊运到钳口上方，第二节套管长度依据地层、进尺、场地大小等具体现场情况确定，一般旋挖钻机配套时为3米，2米作为调配，配套履带吊使用时为6米；将套管待接的两个接头清理干净不得有杂物存留，螺扣部分涂抹黄油，检查密封圈到位无损坏，将接头对中插入，将螺栓依次对角上紧，不得有松动现象，否则螺栓丝扣会损坏；去掉吊装索具，清理现场工具和其它物件，继续进行钻进；

4)钻机驱动钻进

在搓管桩机设备的滑箱耳端与旋挖机或者履带吊车前杠连接，以履带底盘为固定重力点，把成型尺寸的钢管夹持在搓管机钳口中，以液压站为动力源，驱动搓管桩机上的每个液压缸来控制行程和角度，在施工时360度全回转套管机需边旋转边成孔，因本工程地下水位较高，在全套管灌注桩施工时防止出现流沙管涌现象，尽可能将钢套管钻深超过钢套管内的土体面，根据施工的实际情况，发生流沙的可采用加水进行稳压；采用360全回转套管机施工中边旋转钢套管边用抓斗清除钢套管内的卵石等土体，旋转沉入并取土至设计标高300mm以下后停止沉入，移除全回转套管机改用旋挖钻机成孔至设计标高；

5)冲抓钻取土

搓管钻进过程中，采用冲击钻改装的抓斗对钢套管内的渣土冲抓到地面，并根据吊绳测得的掘进地层深度按照渣土分类摆放到旁边的平台上，并做好记录进行分析；

6)地层分析

根据由冲击抓斗取出的土样，对地层进行分段，尤其砂卵石土样，现场测定其卵石的大小及其形状，并做好记录，留存影响资料；记录的内容主要为：卵石的埋深、卵石的大小、卵石的数量、不同直径区间的占比；

7)顶拔、拆卸护套管

将搓管机钳口张开置于套管最下端，底盘底面完全接触于硬地面，钳口夹紧套管，先开动搓管左右推动动作，再开启举升机构，将整套套管向上摆动顶起，注意控制套管顶起速度，预防出现其他问题；当举升缸的一个行程完成后，举升缸停止，搓管油缸停止，钳口松开并下降到底部后重新夹紧，搓管油缸工作，使套筒摆动，举升缸向上运动，将套管向上顶出，依此顺序，直至套管顶拔到接口处；

8)回填混凝土

当施工完成采用商品混凝土C15用罐车进行回填。

进一步地，步骤4)所述的钻机驱动钻进采用不同的挖掘方式，对于软弱土层N≤5，应使套管超前下沉，超出孔内开挖面1～1.5m，使落锤抓斗仅在套管内挖土，以便于控制孔壁质量和开挖方向；对于一般土层N＝6～30，开挖时使套管超前下沉300mm；对于坚实砂土、大卵石层，应超前下挖200～300mm，以便于套管下沉。

采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本方案一种全套管地质勘察施工工法，全套管全回转钻机是集全液压动力和传动、机电液联合控制于一体的新型钻机，具有全回转套管装置，压入套管和挖掘同时进行，冲抓斗依靠吊机的大小与吊钩配合来完成对土层的冲挖作业。作业时，冲抓斗沿套管内壁自由下落，下落速度快，冲击力强，硬质地层可直接冲挖，且作业效率高；斗刃呈圆弧形，且斗体重，可实现水下冲挖；内置滑轮组，抓紧力随起吊力的增加而成倍增加，施工设备占用场地小，设备体积小，适用于各种施工环境，施工过程中不采用膨润土或化学泥浆护壁，对地下水无污染，施工现场整洁，不影响周围居民及企业的正常工作和生活，满足高环保要求；在挖掘过程中可以很直观地判别土壤及岩性特征，准确的进行地质情况描述，可有效揭露卵石直径及其形状，挖掘深度深，根据地质情况，开挖深度可达70m。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明全套管地质勘察施工工法，包括如下步骤：

1)施工准备

①测量放线：开工前，提前分析盾构掘进过程中本条线路内地层中砂卵石较多且地质情况比较复杂进行选点，并对现场实际情况进行踏勘，并根据所选择的勘查施工地点，准确放线的施工地点保证场地条件满足施工要求；

②机械、材料准备：进行必要的机具检修，事先联系确定好吊机及全套管搓管机，将全套管搓管机运至补勘施工地点前进行精细的检查、维修，保证进场施工的全套管搓管机工作状态良好；

③技术准备：对施工人员进行技术交底、技术培训以及安全教育；

④场地条件：设备机械进场前应对施工现场需要补勘施工地点进行场地平整，保证全套管钻机施工过程稳定；钻探施工前应进行探槽施工，确保地下无施工管线；

⑤施工围挡及安全标识设置：为了避免渣土在冲抓过程中出现安全事故，在补勘作业开始前应划定安全警戒区域，区域内禁止人员行走和逗留，必要时可采用围挡的形式划定警戒区域，悬挂禁止通行、佩戴安全帽、高空坠物等提示标识；

⑥探槽：在围挡围蔽的同时，对将要施工勘查点进行人工开挖探槽，探槽形式为十字形3m×3m，宽100cm倒T型凹槽，深度开挖至原状土，确定无任何管线后，进行下一步施工；

2)全套管钻机组装就位

①钢套管检查：采用全钢套管施工，钢套管壁厚一般为50mm，钢套管成孔至设计标高以下300mm，在成孔套管使用前，应进行套管顺直度的检查和校正；首先检查和校正单节套管的顺直度，然后检查按桩长配置的全长套管的顺直度，并对各节套管编号，做好标记，按序拼装；

②全套管钻机就位：设备施工现场安装时，应该根据场地情况，合理安排泵站和搓管机的位置，一般要求两者直线距离不大于10米；地面要求符合施工安装要求；泵站摆放位置处，要求通风良好，防雨防汛、防火良好，泵站两米范围内不得摆放各种杂物；连接泵站和搓管机的油管和电缆，应该顺畅，不得交叉缠绕；严禁车辆等碾压；不得上压各种物料；现场安装的各液压油口接头，安装前仔细检查各表面无损伤，擦拭干净后，方可安装，拆下的接头，必须仔细擦拭干净后包扎好，防止污染；吊装就位前，需将孔位点做好定位标记，并画好机组就位的中心线，按线吊装放置设备，确保搓管桩机底盘孔中心与定位标记同心、准确；机组吊装就位后，仔细做好机组各设备的连接安装工作，确保各设备连接安装可靠，启动发动机；

3)钢套管安装

①套管对中：吊装首节带切削靴的套管时，需将搓管机钳口平行提升，举升缸同步提升到较高位置约500毫米，同时调整调节缸；钳口圆要同心于底盘圆或与定位标记同心；钳口打开，吊车将首节套管垂直置于搓管机钳口内，缩紧夹紧缸，将套管夹紧；然后，操作举升缸缓步下压，紧跟调整调节缸前后回缩和调整举升缸左右升降；使首节套管垂直精度达到施工技术标准后再进行下压搓管动作；第一个行程完成后，再进行下一个行程动作，松开钳口、提升钳口、同时伸出调节缸、钳口夹紧，举升缸左右调节，调节缸前后调整护套管的垂直度，调整垂直度一般要求在压进1米到1.5米完成；

②套管对接：套管钻进时，当首节套管钻进到钳口部位上剩下1.2米时，应进行接套管作业；接套管时，先将第一节吊环解下再将第二节套管吊运到钳口上方，第二节套管长度依据地层、进尺、场地大小等具体现场情况确定，一般旋挖钻机配套时为3米，2米作为调配，配套履带吊使用时为6米；将套管待接的两个接头清理干净不得有杂物存留，螺扣部分涂抹黄油，检查密封圈到位无损坏，将接头对中插入，将螺栓依次对角上紧，不得有松动现象，否则螺栓丝扣会损坏；去掉吊装索具，清理现场工具和其它物件，继续进行钻进；

4)钻机驱动钻进

在搓管桩机设备的滑箱耳端与旋挖机或者履带吊车前杠连接，以履带底盘为固定重力点，把成型尺寸的钢管夹持在搓管机钳口中，以液压站为动力源，驱动搓管桩机上的每个液压缸来控制行程和角度，在施工时360度全回转套管机需边旋转边成孔，因本工程地下水位较高，在全套管灌注桩施工时防止出现流沙管涌现象，尽可能将钢套管钻深超过钢套管内的土体面，根据施工的实际情况，发生流沙的可采用加水进行稳压；采用360全回转套管机施工中边旋转钢套管边用抓斗清除钢套管内的卵石等土体，旋转沉入并取土至设计标高300mm以下后停止沉入，移除全回转套管机改用旋挖钻机成孔至设计标高；

5)冲抓钻取土

搓管钻进过程中，采用冲击钻改装的抓斗对钢套管内的渣土冲抓到地面，并根据吊绳测得的掘进地层深度按照渣土分类摆放到旁边的平台上，并做好记录进行分析；

6)地层分析

根据由冲击抓斗取出的土样，对地层进行分段，尤其砂卵石土样，现场测定其卵石的大小及其形状，并做好记录，留存影响资料；记录的内容主要为：卵石的埋深、卵石的大小、卵石的数量、不同直径区间的占比；

7)顶拔、拆卸护套管

将搓管机钳口张开置于套管最下端，底盘底面完全接触于硬地面，钳口夹紧套管，先开动搓管左右推动动作，再开启举升机构，将整套套管向上摆动顶起，注意控制套管顶起速度，预防出现其他问题；当举升缸的一个行程完成后，举升缸停止，搓管油缸停止，钳口松开并下降到底部后重新夹紧，搓管油缸工作，使套筒摆动，举升缸向上运动，将套管向上顶出，依此顺序，直至套管顶拔到接口处；

8)回填混凝土

当施工完成采用商品混凝土C15用罐车进行回填。

进一步地，步骤4)所述的钻机驱动钻进采用不同的挖掘方式，对于软弱土层N≤5，应使套管超前下沉，超出孔内开挖面1～1.5m，使落锤抓斗仅在套管内挖土，以便于控制孔壁质量和开挖方向；对于一般土层N＝6～30，开挖时使套管超前下沉300mm；对于坚实砂土、大卵石层，应超前下挖200～300mm，以便于套管下沉。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，只是本发明的实施方式之一，并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种全套管地质勘察施工工法，其特征在于： 包括如下步骤：

1）施工准备

①测量放线：开工前，提前分析盾构掘进过程中本条线路内地层中砂卵石较多且地质情况比较复杂进行选点，并对现场实际情况进行踏勘，并根据所选择的勘查施工地点，准确放线的施工地点保证场地条件满足施工要求；

②机械、材料准备：进行必要的机具检修，事先联系确定好吊机及全套管搓管机，将全套管搓管机运至补勘施工地点前进行精细的检查、维修，保证进场施工的全套管搓管机工作状态良好；

③技术准备：对施工人员进行技术交底、技术培训以及安全教育；

④场地条件：设备机械进场前应对施工现场需要补勘施工地点进行场地平整，保证全套管钻机施工过程稳定；钻探施工前应进行探槽施工，确保地下无施工管线；

⑤施工围挡及安全标识设置：为了避免渣土在冲抓过程中出现安全事故，在补勘作业开始前应划定安全警戒区域，区域内禁止人员行走和逗留，必要时可采用围挡的形式划定警戒区域，悬挂禁止通行、佩戴安全帽、高空坠物提示标识；

⑥探槽：在围挡围蔽的同时，对将要施工勘查点进行人工开挖探槽，探槽形式为十字形3m×3m，宽100cm倒T型凹槽，深度开挖至原状土，确定无任何管线后，进行下一步施工；

2）全套管钻机组装就位

①钢套管检查：采用全钢套管施工，钢套管壁厚一般为50mm，钢套管成孔至设计标高以下300mm，在成孔套管使用前，应进行套管顺直度的检查和校正；首先检查和校正单节套管的顺直度，然后检查按桩长配置的全长套管的顺直度，并对各节套管编号，做好标记，按序拼装；

②全套管钻机就位：设备施工现场安装时，应该根据场地情况，合理安排泵站和搓管机的位置，一般要求两者直线距离不大于10米；地面要求符合施工安装要求；泵站摆放位置处，要求通风良好，防雨防汛、防火良好，泵站两米范围内不得摆放各种杂物；连接泵站和搓管机的油管和电缆，应该顺畅，不得交叉缠绕；严禁车辆碾压；不得上压各种物料；现场安装的各液压油口接头，安装前仔细检查各表面无损伤，擦拭干净后，方可安装，拆下的接头，必须仔细擦拭干净后包扎好，防止污染；吊装就位前，需将孔位点做好定位标记，并画好机组就位的中心线，按线吊装放置设备，确保搓管桩机底盘孔中心与定位标记同心、准确；机组吊装就位后，仔细做好机组各设备的连接安装工作，确保各设备连接安装可靠，启动发动机；

3）钢套管安装

①套管对中：吊装首节带切削靴的套管时，需将搓管机钳口平行提升，举升缸同步提升到较高位置500毫米，同时调整调节缸；钳口圆要同心于底盘圆或与定位标记同心；钳口打开，吊车将首节套管垂直置于搓管机钳口内，缩紧夹紧缸，将套管夹紧；然后，操作举升缸缓步下压，紧跟调整调节缸前后回缩和调整举升缸左右升降；使首节套管垂直精度达到施工技术标准后再进行下压搓管动作；第一个行程完成后，再进行下一个行程动作，松开钳口、提升钳口、同时伸出调节缸、钳口夹紧，举升缸左右调节，调节缸前后调整护套管的垂直度，调整垂直度一般要求在压进1米到1.5米完成；

②套管对接：套管钻进时，当首节套管钻进到钳口部位上剩下1.2米时，应进行接套管作业；接套管时，先将第一节吊环解下再将第二节套管吊运到钳口上方，第二节套管长度依据地层、进尺、场地大小具体现场情况确定，一般旋挖钻机配套时为3米，2米作为调配，配套履带吊使用时为6米；将套管待接的两个接头清理干净不得有杂物存留，螺扣部分涂抹黄油，检查密封圈到位无损坏，将接头对中插入，将螺栓依次对角上紧，不得有松动现象，否则螺栓丝扣会损坏；去掉吊装索具，清理现场工具和其它物件，继续进行钻进；

4）钻机驱动钻进

在搓管桩机设备的滑箱耳端与旋挖机或者履带吊车前杠连接，以履带底盘为固定重力点，把成型尺寸的钢管夹持在搓管机钳口中，以液压站为动力源，驱动搓管桩机上的每个液压缸来控制行程和角度，在施工时360度全回转套管机需边旋转边成孔，因本工程地下水位较高，在全套管灌注桩施工时防止出现流沙管涌现象，尽可能将钢套管钻深超过钢套管内的土体面，根据施工的实际情况，发生流沙的可采用加水进行稳压；采用360全回转套管机施工中边旋转钢套管边用抓斗清除钢套管内的卵石土体，旋转沉入并取土至设计标高300mm以下后停止沉入，移除全回转套管机改用旋挖钻机成孔至设计标高；

5）冲抓钻取土

搓管钻进过程中，采用冲击钻改装的抓斗对钢套管内的渣土冲抓到地面，并根据吊绳测得的掘进地层深度按照渣土分类摆放到旁边的平台上，并做好记录进行分析；

6）地层分析

根据由冲击抓斗取出的土样，对地层进行分段，砂卵石土样，现场测定其卵石的大小及其形状，并做好记录，留存影响资料；记录的内容主要为：卵石的埋深、卵石的大小、卵石的数量、不同直径区间的占比；

7）顶拔、拆卸护套管

将搓管机钳口张开置于套管最下端，底盘底面完全接触于硬地面，钳口夹紧套管，先开动搓管左右推动动作，再开启举升机构，将整套套管向上摆动顶起，注意控制套管顶起速度，预防出现其他问题；当举升缸的一个行程完成后，举升缸停止，搓管油缸停止，钳口松开并下降到底部后重新夹紧，搓管油缸工作，使套筒摆动，举升缸向上运动，将套管向上顶出，依此顺序，直至套管顶拔到接口处；

8）回填混凝土

当施工完成采用商品混凝土C15用罐车进行回填。

2.根据权利要求1所述的一种全套管地质勘察施工工法，其特征在于：步骤4）所述的钻机驱动钻进采用不同的挖掘方式，对于软弱土层N≤5，应使套管超前下沉，超出孔内开挖面1～1.5m，使落锤抓斗仅在套管内挖土，以便于控制孔壁质量和开挖方向；对于一般土层N＝6～30，开挖时使套管超前下沉300mm；对于坚实砂土、大卵石层，应超前下挖200～300mm，以便于套管下沉。