CN115234169A - 铁路架空支点桩钻孔设备及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铁路架空支点桩钻孔设备及施工方法，属于铁路架空支点桩施工技术领域，包括用于钻孔的钻机组件、用于支撑钻孔内壁的预制混凝土管节、用于起吊预制混凝土管节的提升机构以及泥浆循环系统；所述钻机组件包括防水电机箱，所述防水电机箱内设有防水电机，所述防水电机的输出轴向下伸出且带动处于防水电机箱下方的钻头，所述钻头的顶端侧面设有可伸缩钻齿，所述防水电机箱可拆的固定于底层预制混凝土管节的下端；本发明降低铁路架空支点桩的施工难度，且可以有效避免塌孔和地表塌陷，提高安全性，解决了地下水位高、水量大、粉砂、流泥等地质条件下铁路架空支点桩的成孔问题。

Description

铁路架空支点桩钻孔设备及施工方法

技术领域

本发明涉及铁路架空支点桩施工技术领域，具体涉及一种铁路架空支点桩钻孔设备及施工方法。

背景技术

由于架空支点桩与铁路股道距离近，为了保证施工不侵入铁路设备建筑限界，按照铁路管理单位和设计文件要求，目前铁路架空支点桩均采用人工挖孔桩。此技术方案的缺点在于针对地下水位高、水量丰富或对抽降地下水有限制（如邻近高铁200m范围内不允许抽取地下水）的粉砂、淤泥质地层，人工挖孔桩工艺实施难度大或无法实施，且易造成塌孔、地表塌陷而导致行车和人身伤亡事故。造成塌孔、地表塌陷的原因在于，人工挖孔桩施工需要保持孔内无水作业，这就需要不断抽排孔内积水，随着挖孔深度不断增加，挖孔桩外侧自然水位与孔底作业面的高度差会逐渐增大，使孔、内外侧形成较大的压力差，而粉砂、淤泥地质在水的作用下具有较强的流动性，会从孔底四周向孔内反涌，会导致无法下挖、无法施做护壁等困难，不但增加施工难度，更重要的是不断将反涌的沙、土清除，造成护壁挖出土体大量流失，从而导致桩孔、土体塌陷，如图9。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种铁路架空支点桩钻孔设备及施工方法，降低铁路架空支点桩的施工难度，且可以有效避免塌孔和地表塌陷，提高安全性，解决了地下水位高、水量大、粉砂、流泥等地质条件下铁路架空支点桩的成孔问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铁路架空支点桩钻孔设备，包括用于钻孔的钻机组件、用于支撑钻孔内壁的预制混凝土管节、用于起吊预制混凝土管节的提升机构以及泥浆循环系统；

所述钻机组件包括防水电机箱，所述防水电机箱内设有防水电机，所述防水电机的输出轴向下伸出且带动处于防水电机箱下方的钻头，所述钻头的顶端侧面设有可伸缩钻齿，所述防水电机箱可拆的固定于底层预制混凝土管节的下端。

进一步的，所述防水电机箱的侧壁上设有支撑横架，处于底层预制混凝土管节的下端设有L型承托架，所述L型承托架与防水电机箱相对的侧壁上设有用于卡放支撑横架的U型架，所述防水电机箱的顶部与钻机提拉绳的一端连接，所述钻机提拉绳的自由端处于钻孔外。

进一步的，所述U型架上设有竖向的限位销孔，所述支撑横架的端部设有与限位销孔对应的通孔，所述支撑横架卡放入U型架内后通过销钉限位，所述销钉与提拉钢丝绳的一端连接，所述提拉钢丝绳的自由端处于钻孔外。

采用上述技术方案，钻机组件与底层预制混凝土管节之间方便拆卸安装。

进一步的，所述可伸缩钻齿包括钻齿，所述钻齿的一端与钻头铰接，所述钻头上设有处于钻齿上方的限位块，所述钻齿与钻头之间设有限位拉簧，所述限位拉簧的一端固定于钻头上，所述限位拉簧的另一端固定于钻齿上。

采用上述技术方案，可伸缩钻齿可伸缩性设计，当钻机组件处于孔内正常钻孔作业时，钻齿处于伸开状态，当作业结束后，需要将钻机组件向上提拉出时，钻齿的自由端碰触预制混凝土管节的内壁，然后钻齿的自由端摆动实现一定程度的回缩，即可实现将钻机组件从钻孔内提拉出。

进一步的，所述泥浆循环系统包括出浆管道和进浆软管，所述进浆软管固定于钻孔端口，所述出浆管道包括n节可拆卸连接的管节，处于最低端的管节固定于支撑横架上。

进一步的，所述提升机构包括支垫于钻孔端口周向的钻架平台，所述钻架平台固定设有卷扬机、吊臂支架；

处于底层预制混凝土管节的下端钢承口上固定设有滑轮。

采用上述技术方案，通过滑轮的作用，方便通过卷扬机控制底层预制混凝土管节的下沉速度，同时可以辅助调节并调节预制混凝土管节对钻机的压重，防止压力过大造成卡钻。

进一步的，所述钻架平台的内侧设有限位滚轮。

采用上述技术方案，限位滚轮为分居于四个不同方向上的四个，辅助导向预制混凝土管节下移，避免下移过程中倾斜。

一种铁路架空支点桩钻孔设备的施工方法，包括如下步骤，

S1、在铁路路肩上确定桩位，人工开挖桩孔且深度至，其中h≥2.0m；

S2、在孔口处固定搭建提升机构，并在铁路路基外开挖泥浆坑，制备泥浆备用；

S3、将钻机组件固定于首节即底层预制混凝土管节的底端，同时设置泥浆循环系统；

S4、通过提升机构将S3中的预制混凝土管节吊入孔内，通过泥浆循环系统向孔内注入泥浆，并开始钻机组件进行钻孔，通过钻机组件向下钻进时，通过泥浆循环系统边抽出钻渣边向孔内补充泥浆；

S5、当首节预制混凝土管节下沉至顶端距离孔口处1m处时，停止钻进，重新吊入一个新的预制混凝土管节，同时接长泥浆循环系统中的出浆管道，并恢复钻进工作，循环操作，直至钻进至预设孔深；

S6、拆出固定于底层预制混凝土管节上的钻机组件，并向孔底泵入混凝土进行封底；

封底厚度控制在1m左右。封底的原因是由于铁路路肩上无法采用起重机械将成型的钢筋笼吊入孔内，必须采用人工在孔内绑扎成型，这就必须在排出孔内泥浆后方能作业。为了防止排出泥浆后孔底压力失衡泥沙反涌，从而导致桩孔四周土体流失造成铁路路基塌陷影响行车安全，需要采用混凝土进行封底；

S7、封底混凝土凝固后，抽出孔内残留的泥浆，并在孔内自下而上绑扎钢筋笼；

S8、在钢筋笼内泵注混凝土，混凝土完成后即完成支点桩的施工。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、通过本发明的设备进行施工，降低铁路架空支点桩的施工难度，利用孔内泥浆平衡孔内土体的压力，从而避免塌孔和地表塌陷导致出现铁路行车安全事故，提高安全性。

2、通过本发明的设备进行施工，利用机械代替人工，提高施工效率，降低了人工成本，同时避免人工作业时，由于不断将反涌的沙、土清除，造成护壁挖出土体大量流失，从而导致桩孔、土体塌陷，避免发生人工挖孔施工高发的因塌孔造成的人身伤亡事故，解决了地下水位高、水量大、粉砂、流泥等地质条件下铁路架空支点桩的成孔问题。

3、通过本发明的设备进行施工，能够实现在不侵入铁路建筑限界的条件下实施机械钻孔施工，不需要抽降地下水，避免了对铁路路基和周围重要建筑设施的影响，保证了既有铁路设备及建筑设施的安全。

4.本发明铁路架空支点桩钻孔设备中的钻机组件与底层预制混凝土管节之间方便拆卸安装，且钻头的顶端侧面设有可伸缩钻齿，既能满足钻进施工要求，又不干涉施工后钻机组件从钻孔内拆出。

附图说明

图1为本发明铁路架空支点桩钻孔设备正视图；

图2为本发明中钻头的正视图；

图3为本发明中L型承托架与U型架连接后的正视图；

图4为本发明中L型承托架与U型架连接后的侧视图；

图5为本发明中钻孔端口处提升机构的俯视图；

图6为本发明中限位滚轮的俯视图；

图7为实施例中施工状态的示意图之一；

图8为实施例中施工状态的示意图之二；

图9为现有技术的示意图。

1、钻机组件；11、防水电机箱；111、支撑横架；112、钻机提拉绳；12、钻头；121、限位块；13、可伸缩钻齿；131、钻齿；132、限位拉簧；

2、预制混凝土管节；21、L型承托架；22、U型架；221、限位销孔；23、销钉；24、提拉钢丝绳；

3、提升机构；31、钻架平台；32、卷扬机；33、吊臂支架；34、滑轮；35、限位滚轮；

4、泥浆循环系统；41、出浆管道；42、进浆软管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-8，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-8所示：一种铁路架空支点桩钻孔设备，包括用于钻孔的钻机组件1、用于支撑钻孔内壁的预制混凝土管节2、用于起吊预制混凝土管节2的提升机构3以及泥浆循环系统4；

所述钻机组件1包括防水电机箱11，所述防水电机箱11内设有防水电机，所述防水电机的输出轴向下伸出且带动处于防水电机箱11下方的钻头12，所述钻头12的顶端侧面设有可伸缩钻齿13，所述防水电机箱11可拆的固定于底层预制混凝土管节2的下端。

其中，所述防水电机箱11的侧壁上设有支撑横架111，处于底层预制混凝土管节2的下端设有L型承托架21，所述L型承托架21与防水电机箱11相对的侧壁上设有用于卡放支撑横架111的U型架22，所述防水电机箱11的顶部与钻机提拉绳112的一端连接，所述钻机提拉绳112的自由端处于钻孔外。

预制混凝土管节2，用于支承孔壁，防止塌孔而影响铁路行车，每节预制混凝土管节2长度选用1m，壁厚为10cm, 每节预制混凝土管节2重量约1.0t，采用钢承插口，随钻进不断接长下沉。

其中，所述U型架22上设有竖向的限位销孔221，所述支撑横架111的端部设有与限位销孔221对应的通孔，所述支撑横架111卡放入U型架22内后通过销钉23限位，所述销钉23与提拉钢丝绳24的一端连接，所述提拉钢丝绳24的自由端处于钻孔外。

防水电机箱11固定于底层预制混凝土管节2的下端时，固定方便，且需要将钻机组件1拆出时，仅需钻孔外简单操作，即通过外力的作用向上拉动提拉钢丝绳24，即可实现将销钉23拔出。

防水电机箱11带动钻头12转动时，转动方向为由U型架22的开口端到密封端，即支撑横架111卡放在U型架22内，有指向U型架22密封端的力，当需要将钻机组件1拆卸出时，拔出销钉23后，反向旋转钻头12，使得支撑横架111从U型架22内脱离，然后即可通过钻机提拉绳112将钻机组件1从钻孔内提拉出。

其中，所述可伸缩钻齿13包括钻齿131，所述钻齿131的一端与钻头12铰接，所述钻头12上设有处于钻齿131上方的限位块121，所述钻齿131与钻头12之间设有限位拉簧132，所述限位拉簧132的一端固定于钻头12上，所述限位拉簧132的另一端固定于钻齿131上。

其中，可伸缩钻齿13可以对称设置的两个，两个钻齿131的自由端间的间距与预制混凝土管节2端面的外环直径相同。

可伸缩钻齿13可伸缩性设计，当钻机组件1处于孔内正常钻孔作业时，钻齿131处于伸开状态，当作业结束后，需要将钻机组件1向上提拉出时，钻齿131的自由端碰触预制混凝土管节2的内壁，然后钻齿131的自由端摆动实现一定程度的回缩，即可实现将钻机组件1从钻孔内提拉出。

其中，所述泥浆循环系统4包括出浆管道41和进浆软管42，所述进浆软管42固定于钻孔端口，所述出浆管道41包括n节可拆卸连接的管节，处于最低端的管节固定于支撑横架111上。

包括出浆管道41和进浆软管42各自对外连接有一个泥浆泵。处于最低端的管节固定于支撑横架111上，随钻机下沉可连续接长，每节出浆管道41长1m，上端连接泥浆泵，从孔底将钻渣和泥浆抽出。进浆软管42为软管，固定在孔口，利用泥浆泵向孔内补充泥浆，保证孔内泥浆始终处于平衡状态。

其中，所述提升机构3包括支垫于钻孔端口周向的钻架平台31，所述钻架平台31固定设有卷扬机32、吊臂支架33；

其中，卷扬机32与吊臂支架33配合实现吊装，且卷扬机32与吊臂支架33均为现有设备。

处于底层预制混凝土管节2的下端钢承口上固定设有滑轮34。

卷扬机32有两组，通过滑轮34的作用，方便通过不同于吊装的卷扬机32控制底层预制混凝土管节2的下沉速度，同时可以辅助调节并调节预制混凝土管节2对钻机的压重，防止压力过大造成卡钻。

钻架平台31用直径不小于100mm的钢管（或型钢）焊接加工而成，置于铁路路肩上并支垫稳固。当路肩宽度不足无法满足钻架平台安放要求时，可在铁路路基边坡上用片石或混凝土修筑平台，加宽桩位处路肩。

其中，所述钻架平台31的内侧设有限位滚轮35。

限位滚轮35为分居于四个不同方向上的四个，辅助导向预制混凝土管节2下移，避免下移过程中倾斜。

一种铁路架空支点桩钻孔设备的施工方法，包括如下步骤，

S1、在铁路路肩上确定桩位，对铁路道床进行临时支挡，人工开挖桩孔且深度至h，其中h为2.0m；

S2、在孔口处固定搭建提升机构3，并在铁路路基外开挖泥浆坑，制备泥浆备用；

S3、将钻机组件1固定于首节即底层预制混凝土管节2的底端，同时设置泥浆循环系统4；

S4、通过提升机构3将S3中的预制混凝土管节2吊入孔内，通过泥浆循环系统4向孔内注入泥浆，并开始钻机组件1进行钻孔，通过钻机组件1向下钻进时，通过泥浆循环系统4边抽出钻渣边向孔内补充泥浆；

S5、当首节预制混凝土管节2下沉至顶端距离孔口处1m处时，停止钻进，重新吊入一个新的预制混凝土管节2，同时接长泥浆循环系统4中的出浆管道41，并恢复钻进工作，循环操作，直至钻进至预设孔深；

S6、拆出固定于底层预制混凝土管节2上的钻机组件1，并向孔底泵入混凝土进行封底；

封底厚度控制在1m左右。封底的原因是由于铁路路肩上无法采用起重机械将成型的钢筋笼吊入孔内，必须采用人工在孔内绑扎成型，这就必须在排出孔内泥浆后方能作业。为了防止排出泥浆后孔底压力失衡泥沙反涌，从而导致桩孔四周土体流失造成铁路路基塌陷影响行车安全，需要采用混凝土进行封底。

S7、封底混凝土凝固后，抽出孔内残留的泥浆，并在孔内自下而上绑扎钢筋笼；

S8、在钢筋笼内泵注混凝土，混凝土完成后即完成支点桩的施工。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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，除非另有明确的限定，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。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.铁路架空支点桩钻孔设备，其特征在于：包括用于钻孔的钻机组件（1）、用于支撑钻孔内壁的预制混凝土管节（2）、用于起吊预制混凝土管节（2）的提升机构（3）以及泥浆循环系统（4）；

所述钻机组件（1）包括防水电机箱（11），所述防水电机箱（11）内设有防水电机，所述防水电机的输出轴向下伸出且带动处于防水电机箱（11）下方的钻头（12），所述钻头（12）的顶端侧面设有可伸缩钻齿（13），所述防水电机箱（11）可拆的固定于底层预制混凝土管节（2）的下端。

2.如权利要求1所述的铁路架空支点桩钻孔设备，其特征在于：所述防水电机箱（11）的侧壁上设有支撑横架（111），处于底层预制混凝土管节（2）的下端设有L型承托架（21），所述L型承托架（21）与防水电机箱（11）相对的侧壁上设有用于卡放支撑横架（111）的U型架（22），所述防水电机箱（11）的顶部与钻机提拉绳（112）的一端连接，所述钻机提拉绳（112）的自由端处于钻孔外。

3.如权利要求2所述的铁路架空支点桩钻孔设备，其特征在于：所述U型架（22）上设有竖向的限位销孔（221），所述支撑横架（111）的端部设有与限位销孔（221）对应的通孔，所述支撑横架（111）卡放入U型架（22）内后通过销钉（23）限位，所述销钉（23）与提拉钢丝绳（24）的一端连接，所述提拉钢丝绳（24）的自由端处于钻孔外。

4.如权利要求1所述的铁路架空支点桩钻孔设备，其特征在于：所述可伸缩钻齿（13）包括钻齿（131），所述钻齿（131）的一端与钻头（12）铰接，所述钻头（12）上设有处于钻齿（131）上方的限位块（121），所述钻齿（131）与钻头（12）之间设有限位拉簧（132），所述限位拉簧（132）的一端固定于钻头（12）上，所述限位拉簧（132）的另一端固定于钻齿（131）上。

5.如权利要求2所述的铁路架空支点桩钻孔设备，其特征在于：所述泥浆循环系统（4）包括出浆管道（41）和进浆软管（42），所述进浆软管（42）固定于钻孔端口，所述出浆管道（41）包括n节可拆卸连接的管节，处于最低端的管节固定于支撑横架（111）上。

6.如权利要求1所述的铁路架空支点桩钻孔设备，其特征在于：所述提升机构（3）包括支垫于钻孔端口周向的钻架平台（31），所述钻架平台（31）固定设有卷扬机（32）、吊臂支架（33）；

处于底层预制混凝土管节（2）的下端钢承口上固定设有滑轮（34）。

7.如权利要求6所述的铁路架空支点桩钻孔设备，其特征在于：所述钻架平台（31）的内侧设有限位滚轮（35）。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的铁路架空支点桩钻孔设备的施工方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1、在铁路路肩上确定桩位，人工开挖桩孔且深度至h，其中h≥2.0m；

S2、在孔口处固定搭建提升机构（3），并在铁路路基外开挖泥浆坑，制备泥浆备用；

S3、将钻机组件（1）固定于首节即底层预制混凝土管节（2）的底端，同时设置泥浆循环系统（4）；

S4、通过提升机构（3）将S3中的预制混凝土管节（2）吊入孔内，通过泥浆循环系统（4）向孔内注入泥浆，并开始钻机组件（1）进行钻孔，通过钻机组件（1）向下钻进时，通过泥浆循环系统（4）边抽出钻渣边向孔内补充泥浆；

S5、当首节预制混凝土管节（2）下沉至顶端距离孔口处1m处时，停止钻进，重新吊入一个新的预制混凝土管节（2），同时接长泥浆循环系统（4）中的出浆管道（41），并恢复钻进工作，循环操作，直至钻进至预设孔深；

S6、拆出固定于底层预制混凝土管节（2）上的钻机组件（1），并向孔底泵入混凝土进行封底；

S7、封底混凝土凝固后，抽出孔内残留的泥浆，并在孔内自下而上绑扎钢筋笼；

S8、在钢筋笼内泵注混凝土，混凝土完成后即完成支点桩的施工。

Images