CN114382072B - 高喷钻头、高喷钻机、防渗墙施工方法及防渗墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防渗墙施工技术领域，尤其涉及高喷钻头、高喷钻机、防渗墙施工方法及防渗墙，所述高喷钻头的一侧至少开设有两个以上喷嘴，所述钻头的最宽处宽度(钻孔直径)略大于螺旋钻杆的直径。本申请高喷钻头的直径较大，喷浆时多个喷嘴皆朝前序钻孔方向单向喷射，因此，相对传统的高喷工艺，在孔距一定时，大大缩减了单孔喷射地层的范围，可加快喷杆提升速度，大大降低喷浆工序的耗时，提高工效。同时，由于所喷射的地层范围较小，且已被提前钻松(地层应力和破坏变形空间被提前释放)，避免了地层切割不彻底的情况，可形成厚度可控、连续完整性可控的防渗墙。

Description

高喷钻头、高喷钻机、防渗墙施工方法及防渗墙

技术领域

本发明涉及防渗墙施工技术领域，尤其涉及高喷钻头、高喷钻机、防渗墙施工方法及防渗墙。

背景技术

高喷法是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。

现有的高喷技术，无论是引孔式的，还是钻喷一体式的，施工质量保证度和工效都不高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供高喷钻头、高喷钻机、防渗墙施工方法及防渗墙，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明实施例提供一种高喷钻头，所述高喷钻头一侧至少开设有两个以上的喷嘴。

优选的，所述钻头的直径≥200mm。

优选的，所述高喷钻头还包括钻身，所述钻头设置在所述钻身一端，所述钻头包括主钻头、第一副钻头和第二副钻头，所述第一副钻头和所述第二副钻头关于所述主钻头对称分布，所述第一副钻头的杆部一侧开设有第一喷嘴，所述第二副钻头一侧开设有第二喷嘴，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴位于所述钻身的同侧。

优选的，所述主钻头的长度分别大于所述第一副钻头的长度和所述第二副钻头的长度。

优选的，各个所述喷嘴安装位置不在同一高程上。

优选的，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴的朝向均与所述钻头的轴线垂直。

本发明实施例还提供一种高喷钻机，所述高喷钻机包括如权利要求1-6任一项所述高喷钻头和螺旋机构，所述高喷钻头设置在所述螺旋机构的末端。

本发明实施例还提供一种防渗墙施工方法，所述施工方法基于权利要求7所述的高喷钻机，包括以下步骤：

S1：采用高喷钻机在设计孔位钻出钻孔；

S2：调整钻杆，使喷嘴朝向前序钻孔方向，钻杆暂停转动，从钻头一侧的喷嘴喷射出高压水泥浆液，然后提升喷杆，使水泥浆液破碎地层后与地层物料充分混合；

S3：喷至设计高程后，喷嘴停止喷射，提出钻头，高喷钻机移动到下一个孔位；

持续重复上述步骤即可完成防渗墙的全部墙体的施工。

本发明实施例还提供一种防渗墙，所述防渗墙利用如权利要求8所述的防渗墙施工方法建成。

本发明实施例中上述的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请高喷钻头的直径大，因此在需要钻出的钻孔孔距一定时，大大缩减了单孔喷射范围，可加快喷杆提升速度，大大降低喷浆工序的耗时，提高工效，另一方面，本申请的喷嘴设置在钻头同侧，可形成强大的集束射流，且仅朝前序钻孔方向，单向喷射，因此，切割能力强，喷射效率高。

2、本申请的钻头钻出的钻孔直径大，有条件将喷嘴与钻身侧壁之间的距离增大，可增大高压流体起射时的“助跑”长度，提高了切割土体的效率；另一方面，即使遇到粗颗粒土体，由于钻孔时已预留破碎变形的空间，高压流体可将粗颗粒掀动，不会完全挡住喷嘴，可避免局部漏喷的质量缺陷，保证防渗墙体连续完整。

3、现有技术(无论是旋喷、摆喷还是定喷)，一旦遇到漂石地层，往往钻不动，难以形成钻孔，即使形成钻孔，在喷射时遇到漂石，因无退让空间，容易挡住喷嘴，难以形成连续完整的防渗墙。而本申请中，由于钻孔时已预留足够的退让空间，哪怕遇漂石地层，高压流体亦可将其掀动，不会完全挡住喷嘴，可避免局部漏喷的质量缺陷，因此，本申请的钻头可适应于漂石地层施工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的高喷钻机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的钻头的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的钻头安装在钻身上的安装结构示意图；

图4为本发明实施例提供喷嘴的分布示意图；

图5为本发明实施例提供现有技术的防渗墙施工方法的部分过程示意图；

图6为本发明实施例提供的防渗墙施工方法的部分过程示意图；

图7为本发明实施例提供的防渗墙施工方法的另一部分过程示意图；

其中，图中各附图标记：

1、钻身，101、钻渣通道，2、钻头，21、杆部，22、头部，201、主钻头，202、第一副钻头，203、第二副钻头，2021、第一喷嘴，2031、第二喷嘴，3、螺旋机构。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例中提供的高喷钻头、高喷钻机、防渗墙施工方法及防渗墙，属于防渗墙施工技术领域，应用场景可以为：堤坝防渗墙的施工。可以理解的是，现有技术中，高喷法是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术，但是，无论是引孔式的，还是钻喷一体式的，进行防渗墙施工的质量保证度和工效都不高。

基于此，如何提供一种种质量保证度高和工效高的防渗墙施工技术为了亟需解决的技术问题。

以下结合附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述。

参考图2-3，本发明实施例提供了一种高喷钻头，所述高喷钻头包括钻身1和钻头2，所述钻头2一侧至少开设有两个以上的喷嘴。

在一些实施例中，所述钻头2包括主钻头201、第一副钻头202和第二副钻头203，所述第一副钻头202和所述第二副钻头203关于所述主钻头201对称分布，所述第一副钻头202的杆部21一侧开设有第一喷嘴2021，所述第二副钻头203一侧开设有第二喷嘴2031，所述第一喷嘴2021和所述第二喷嘴2031位于所述钻身1的同侧。

在一些实施例中，所述钻身1的直径≥200mm。

需要说明的是，参考图5，图5为现有技术的防渗墙施工方法的部分过程示意图，其中可以看出，现有技术是先钻出一个小直径钻孔，然后通过喷杆两侧对开的2个喷嘴喷射土层，此时喷杆呈旋转状态，喷出的灌浆液将待切割区域的土体进行切割，被切割的土体与灌浆液凝结，按图5的施工路径，切割出若干个土体与灌浆液混合的近似圆形区域，且各个圆形区域互相交集进而形成防渗墙的墙体；而在本实施例中，参考图6和图7，图7为本发明实施例提供的防渗墙施工方法的另一部分过程示意图，可以看出，通过本申请高喷钻头的直径大，因此在需要钻出的钻孔孔距一定时，大大缩减了单孔喷射范围，可加快喷杆提升速度，大大降低喷浆工序的耗时，提高工效，另一方面，本申请的喷嘴设置在钻头2同侧，可形成强大的集束射流，且仅朝前序钻孔方向，单向喷射，因此，切割能力强，喷射效率高。

具体的，由于高喷钻头钻出的钻孔直径大，有条件将喷嘴与钻孔侧壁之间的距离增大，可增大高压流体起射时的“助跑”长度，提高切割土体的效率；另一方面，即使遇到粗颗粒土体，由于钻孔时已预留破坏变形的空间，高压流体可将粗颗粒掀动，不会完全挡住喷嘴，避免局部漏喷的质量缺陷，保证防渗墙体连续完整性。

进一步的，现有技术(无论是旋喷、摆喷还是定喷)，一旦遇到漂石地层，往往钻不动，难以形成钻孔，即使形成钻孔，在喷射时遇到漂石，因无退让空间(喷射空间)，容易被挡住喷嘴，难以形成防渗墙。而本申请中，由于钻孔时已预留足够的退让空间(喷射空间)，哪怕遇漂石地层，高压流体(高压切割液)亦可将其掀动，不会完全挡住喷嘴，可避免局部漏喷的质量缺陷，因此，本申请的高喷钻头可适应于漂石地层施工。

在一些实施例中，可通过设置同侧喷嘴之间在水平方向的间距来控制墙体厚度，以此来实现不同厚度防渗墙的施工要求。

在一些实施例中，所述主钻头201的长度分别大于所述第一副钻头202的长度和所述第二副钻头203的长度(参考图3)，利于钻孔。

在一些实施例中，所述第二喷嘴2031与所述第一喷嘴2021安装位置不在同一高程，可以二次补充切割，使得相邻钻孔顺利连通，进而使得防渗墙连续完整性可控。

在一些实施例中，所述钻身1侧壁上设置有钻渣通道101，易于高喷钻头的钻动。

本发明实施例还提供一种高喷钻机，所述高喷钻机包括所述高喷钻头和螺旋机构3，所述高喷钻头设置在所述螺旋机构3的末端。

示例性的，所述高喷钻机为长螺旋钻机钻孔，钻出的钻孔孔径大(可达300mm以上)，螺旋机构3的螺旋翼片返渣，效率高，即使遇到粗颗粒卵石(甚至漂石)，也不需要磨碎，卵石可顺着螺旋翼片往上返，无须浪费能量和时间来破碎粗颗粒(或挤压孔壁)，成孔速度快。

本发明实施例还提供一种防渗墙施工方法，所述施工方法基于所述的高喷钻机，包括以下步骤：

S1：采用高喷钻机在设计孔位钻出钻孔；

S2：钻头1钻至设定深度后，调整钻杆，使喷嘴朝向前序钻孔方向，钻杆暂停转动，从钻头1一侧的喷嘴喷射出高压流体，然后提升喷杆，使水泥浆液破碎地层后与地层物料充分混合；；

S3：切割液对上述钻孔与前一钻孔之间的土体进行切割，使得上述钻孔与前一钻孔连通，被切割后的土体与喷射出的灌浆液凝结在一起形成防渗墙的部分墙体；

S4：喷至设计高程后，喷嘴停止喷射，提出钻头，高喷钻机移动到下一个孔位；

持续重复上述步骤即可完成防渗墙的全部墙体的施工。

具体的，本实施的防渗墙施工方法具体步骤包括步骤准备工作、长螺旋钻机就位、水泥浆液配制、钻孔和喷浆以及固结成墙；

其中，施工前的准备工作主要有：通路、通电、通水、场地平整、测量放样、导槽开挖、设备安装和调试、现场施工试验；

钻孔包括：采用长螺旋钻机进行大口径钻孔作业(具体直径根据设计墙厚确定)，开钻前应将钻机调节水平，钻进过程中应随时检查钻机水平状况，以保证垂直度(孔斜不大于孔深的1％)，做好记录。钻孔过程中可喷气喷水(或浆液)，钻头(喷头)钻至设计深度后，做好喷浆前的准备工作；

钻孔包括：采用长螺旋钻机进行大口径钻孔作业(具体直径根据设计墙厚确定)，开钻前应将钻机调节水平，钻进过程中应随时检查钻机水平状况，以保证垂直度(孔斜不大于孔深的1％)，做好记录。钻孔过程中可喷气喷水(或浆液)，钻头(喷头)钻至设计深度后，做好喷浆前的准备工作；

喷浆包括：通过螺旋机构上部的标记确定喷嘴朝向，旋转螺旋机构，使喷嘴的喷射方向对准前一个钻孔的方向，同时启动高压泥浆泵、空压机等配套设备，将各项工艺参数调整到预计要求，然后开始喷射，待孔口正常返浆返气后，按施工试验或类比经验所确定的提升速度提升高喷钻头(此时钻杆不旋转)；

在钻孔或提升过程中，随时检查浆液比重，随时注意孔口冒浆冒气现象，以判断喷射灌浆液效果。如孔口不返浆，则须停止提升高喷钻头，采取充砂或掺加速凝剂等措施，保证返浆以确保防渗墙体的连续性；

此外，喷射过程中应随时检查设备运行状况，做好各环节配合，避免中断，如中断，应视中断时间长短具体采取补救措施。

固结成墙包括：待高喷钻头提到设计高度后，喷射灌浆结束，然后移机至下一钻孔位，如此循环，喷射过的地层与水泥浆液凝结在一起，最终固化成连续完整的防渗墙。

本发明实施例还提供一种防渗墙，所述防渗墙利用所述的防渗墙施工方法制成。

在一个实施例中，以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高喷钻头，其特征在于，所述高喷钻头一侧至少开设有两个以上的喷嘴；

所述高喷钻头还包括钻身，所述钻头设置在所述钻身一端，所述钻头包括主钻头、第一副钻头和第二副钻头，所述第一副钻头和所述第二副钻头关于所述主钻头对称分布，所述第一副钻头的杆部一侧开设有第一喷嘴，所述第二副钻头一侧开设有第二喷嘴，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴位于所述钻身的同侧。

2.根据权利要求1所述的一种高喷钻头，其特征在于，所述钻头的直径≥200mm。

3.根据权利要求1所述的一种高喷钻头，其特征在于，所述主钻头的长度分别大于所述第一副钻头的长度和所述第二副钻头的长度。

4.根据权利要求1所述的一种高喷钻头，其特征在于，各个所述喷嘴安装位置不在同一高程上。

5.根据权利要求1所述的一种高喷钻头，其特征在于，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴的朝向均与所述钻头的轴线垂直。

6.一种高喷钻机，其特征在于，所述高喷钻机包括如权利要求1-5任一项所述高喷钻头和螺旋机构，所述高喷钻头设置在所述螺旋机构的末端。

7.一种防渗墙施工方法，所述施工方法基于权利要求6所述的高喷钻机，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采用高喷钻机在设计孔位钻出钻孔；

S2：调整钻杆，使喷嘴朝向前序钻孔方向，钻杆暂停转动，从钻头一侧的喷嘴喷射出高压水泥浆液，然后提升喷杆，使水泥浆液破碎地层后与地层物料充分混合；

S3：喷至设计高程后，喷嘴停止喷射，提出钻头，高喷钻机移动到下一个孔位；

持续重复上述步骤即可完成防渗墙的全部墙体的施工。

8.一种防渗墙，其特征在于，所述防渗墙利用如权利要求7所述的防渗墙施工方法建成。