CN115306300B - 一种水平长距离清障装置及全方位高压喷射注浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平长距离清障装置及全方位高压喷射注浆的方法，包括水平钻机、主动转杆、套管、金刚石钻头、钢管；所述主动转杆一端与水平钻机驱动轴连接，另一端与套管末端连接；所述金刚石钻头安装于套管的前端，通过水平钻机驱动，依次带动主动转杆、套管以及金刚石钻头转动；所述套管内插接有岩芯管，所述岩芯管的前端与金刚石钻头连接；所述钢管垂直安装在待钻孔的墙体上，钢管上设置有一组孔口防喷阀；所述主动转杆、套管以及金刚石钻头组成的钻孔组件，能够沿着钢管内部向前转动。钻进过程中，障碍物芯样被挤压至岩芯管内，当芯样充满岩芯管后，用取芯工具将岩芯管取出。

Description

一种水平长距离清障装置及全方位高压喷射注浆的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是一种用于全方位高压喷射注浆的水平长距离清障装置及方法。

背景技术

随着我国城市轨道交通的发展，所遇到下穿工程也日益增多，工程上常要求在原有地铁站下方加固地基土，以便新建线路的盾构可在新加固的土层中顺利施工，包括在盾构姿态控制良好的情况下进行切割清障工作和盾构刀盘换刀等工作。原有地铁站下方的地基加固常采用全方位高压喷射注浆工法，然而，其设备面临着主动钻杆扭矩不足，其自带的钻杆多为多孔管，刚度不足的问题。因此，若施工轴线遇到地下连续墙这样具有钢筋混凝土的障碍物时，特别是在涉及穿越三道地下连续墙的情况下，该设备难以进行清障和全方位高压喷射注浆施工。

现有的国家发明，如发明CN201811442180.3，是将全方位高压喷射注浆施工和水平冻结法相结合，更好地加固土体。发明CN201710083634.1，提供了一种为全方位高压喷射注浆施工，破除始发处地连墙的方法。上述发明均提升了全方位高压喷射注浆施工的效率，但仍具有以下缺点：1)不能清除掉全方位高压喷射注浆施工轴线上，多道钢筋混凝土的障碍物。2)只是从加固的角度提升全方位高压喷射注浆施工的效率，未能从给予施工一个良好的作业环境的角度，提升全方位高压喷射注浆的施工效率。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于全方位高压喷射注浆的水平长距离清障装置及方法，以进一步提升全方位高压喷射注浆施工效率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种水平长距离清障装置，包括水平钻机、主动转杆、套管、金刚石钻头、钢管；

所述主动转杆一端与水平钻机驱动轴连接，另一端与套管末端连接；所述金刚石钻头安装于套管的前端，通过水平钻机驱动，依次带动主动转杆、套管以及金刚石钻头转动；

所述套管内插接有岩芯管，所述岩芯管的前端位于金刚石钻头中心；

所述钢管垂直安装在待钻孔的墙体上，钢管上设置有一组孔口防喷阀；所述主动转杆、套管以及金刚石钻头组成的钻孔组件，能够沿着钢管内部向前转动。

具体地，所述的孔口防喷阀至少包括两个，分别设置在钢管的两端部。

具体地，所述岩芯管上设有弹卡钳，所述套管内壁上设有对应的弹卡室，所述岩芯管通过弹卡钳与弹卡室之间的弹簧卡销配合，实现岩芯管在套管内的锁定。

进一步地，清障装置还包括打捞器和绳索；所述绳索连接在打捞器上；所述岩芯管的后端设有与所述打捞器相配合的打捞矛头，打捞器与岩芯管后端打捞矛头能够锁定，通过拉动绳索将打捞器连带岩芯管从套管内取出。

进一步地，本发明还要求保护一种全方位高压喷射注浆的方法，包括如下步骤：

(1)采用上述装置进行钻孔并清除钻孔内障碍物；

(2)在步骤(1)的钻孔内采用注浆管填充膨润土泥浆，形成无障碍注浆通道；

(3)依次对步骤(2)中的无障碍注浆通道进行水平全方位高压喷射注浆作业。

具体地，步骤(1)中，钻孔并清除钻孔内障碍物具体包括如下步骤：

S1.1：引孔准备：

将孔口防喷阀用钢管串接后安装至地连墙上；组装水平钻机设备，将主动钻杆与套管连接，套管端头安装金刚石钻头；孔口防喷阀的安装高度与套管高度一致；

S1.2：引孔施工：

将孔口防喷阀全部打开，主动钻杆将套管钻入钢管内；然后在套管内插接岩芯管，并将岩芯管前端与金刚石钻头连接；随后水平钻机沿着计划轴线进行引孔施工，钻进切割前方障碍物；

S1.3：清除障碍物

钻进过程中，障碍物芯样被挤压至岩芯管内，当芯样充满岩芯管后，抽回主动钻杆，换上绳索取芯工具，用取芯工具将岩芯管取出，清除掉管内障碍物芯样；重复上述引孔和取芯操作，当套管达到指定孔深，所有障碍物均取出后，撤出钻机，并关闭孔口防喷阀，防止水土流出。

具体地，步骤(2)中，采用注浆管填充膨润土泥浆具体包括如下步骤：

S2.1：打开孔口防喷阀，将注浆管插入套管之中，注浆管出浆管口伸入至金刚石钻头前方，注浆管入浆管口需伸入钢管外端的孔口防喷阀前方；

S2.2：随后钻机通过主动钻杆将套管抽回，关闭钢管外端的孔口防喷阀，土体中只留下注浆管；

S2.3：将制备好膨润土泥浆通过注浆管送入指定深度，待原孔位空隙被泥浆填充完毕后，回抽注浆管，边回抽边注浆；

S2.4：重复以上操作，直到所有空隙均被膨润土浆液填满后，停止注浆，撤出注浆管并拆除外端防喷阀，关闭且保留钢管最前端的孔口防喷阀；此时沿计划轴线形成预留好的无障碍注浆通道。

优选地，孔口防喷阀包括第一道阀门和第二道阀门；所述第一道阀门位于钢管靠近墙体的前端；所述第二道阀门位于钢管靠近钻机的后端。

进一步地，步骤S2.1中，注浆管入浆管口需伸入至第二道阀门前方；

步骤S2.2中，待套管抽回，关闭第二道阀门；

步骤S2.4中，撤出注浆管并拆除第二道阀门，关闭且保留第一道阀门。

进一步地，重复步骤(1)、步骤(2)，在土体中形成多条无障碍注浆通道。

具体地，步骤(3)中，全方位高压喷射注浆钻机设备进入现场后，对每一条无障碍注浆通道内进行水平高压喷射注浆作业。

有益效果：

本发明提供的清障装置和施工方法，在保护原有土体环境的基础上，实现了长距离下的钢筋混凝土清障作业，为后续全方位高压喷射注浆施工预留无障碍通道，给予全方位高压喷射注浆施工一个良好的作业环境，使得存在钢筋混凝土障碍物的地基环境中进行水平全方位高压喷射注浆加固成为可能，从而提高了全方位高压喷射注浆施工的效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明清障装置的整体结构示意图。

图2是本发明清障施工步骤示意图。

图3是本发明注浆施工步骤示意图。

图4是本发明形成的无障碍注浆通道示意图。

其中，各附图标记分别代表：

1车站；2水平钻机；3主动转杆；4套管；5金刚石钻头；6钢管；7第一道地连墙；8孔口防喷阀；9第一道阀门；10第二道阀门；11岩芯管；12计划轴线；13土体；14障碍物芯样；15绳索；16打捞器；17第三道地连墙；18注浆管；19出浆管口；20入浆管口；21膨润土浆液；22无障碍注浆通道。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

如图1所示，本发明水平长距离清障装置包括水平钻机2、主动转杆3、套管4、金刚石钻头5、钢管6。

其中，主动转杆3一端与水平钻机2驱动轴连接，另一端与套管4末端连接；所述金刚石钻头5安装于套管4的前端，通过水平钻机2驱动，依次带动主动转杆3、套管4以及金刚石钻头5转动。

套管4内插接有岩芯管11，所述岩芯管11的前端位于金刚石钻头5中心，这样钻头前进时，切削下来的石块等芯样会挤入岩芯管11内。

钢管6垂直安装在待钻孔的墙体上，钢管6上设置有一组孔口防喷阀8；所述主动转杆3、套管4以及金刚石钻头5组成的钻孔组件，能够沿着钢管6内部向前转动。

孔口防喷阀8至少包括两个，即第一道阀门9和第二道阀门10；所述第一道阀门9位于钢管6靠近墙体的前端；所述第二道阀门10位于钢管6靠近钻机的后端。

岩芯管11上设有弹卡钳，所述套管4内壁上设有对应的弹卡室，所述岩芯管11通过弹卡钳与弹卡室之间的弹簧卡销配合，实现岩芯管11在套管4内的锁定。当岩芯管11遇到上部拉力，弹卡钳收缩，实现与套管4的分离。

配合岩芯管11还设有绳索取芯工具，包括打捞器16和绳索15；所述绳索15连接在打捞器16上；所述岩芯管11的后端设有与所述打捞器16相配合的打捞矛头，打捞器16与岩芯管11后端打捞矛头能够锁定，通过拉动绳索15将打捞器16连带岩芯管11从套管4内取出。需要取土时，将打捞器16推送至岩芯管11端部，此时会有轻微的撞击声，代表绳索端部打捞器16和岩芯管11端部打捞矛头锁定在一起。随后拉动绳索15迫使岩芯管11弹卡钳收缩，此时套管4和岩芯管11分离。将岩芯管11的芯样取出后，将岩芯管11重新推送至套管4弹卡室，弹簧卡销将两者锁定，继续钻进取芯。

结合图1，采用上述清障装置进行全方位高压喷射注浆的方法，包括如下步骤：

(1)采用上述装置进行钻孔并清除钻孔内障碍物，具体包括：

S1.1：引孔准备：

在车站1内组装水平钻机设备，将孔口防喷阀8用钢管6串接后安装至地连墙上，靠近第一道地连墙7的孔口防喷阀称为第一道阀门9，另外一个孔口防喷阀称为第二道阀门10。组装水平钻机设备，将主动钻杆3与套管4连接，套管4端头安装金刚石钻头5；两个孔口防喷阀8的安装高度与套管4高度一致，且直径需略大于外管直径。

S1.2：引孔施工：

将两道孔口防喷阀8全部打开，钻机将套管对准阀门口，主动钻杆3将套管4钻入钢管6内的第二道阀门10，以此作为钻机作业的起始位置。然后在套管4内插接岩芯管11，并将岩芯管11前端与金刚石钻头5连接；随后水平钻机2沿着计划轴线12进行引孔施工，钻进切割前方障碍物。

S1.3：清除障碍物

钻进过程中，障碍物芯样14(包含地下土体和钢筋混凝土)被挤压至岩芯管11内，当芯样充满岩芯管11后，抽回主动钻杆3，换上绳索取芯工具，用打捞器16将岩芯管11固定，通过绳索15将岩芯管11取出，清除掉管内障碍物芯样14；重复上述引孔和取芯操作，当套管4达到指定孔深，所有障碍物均取出后，撤出钻机，并关闭第二道阀门10，防止水土流出。

(2)在步骤(1)的钻孔内采用注浆管18填充膨润土泥浆，形成无障碍注浆通道22，具体包括：

S2.1：打开第二道阀门10，将注浆管插入套管4之中，注浆管18出浆管口19伸入至金刚石钻头5前方，注浆管18入浆管口20需伸入钢管6第二道阀门10前方；

S2.2：随后钻机通过主动钻杆3将套管4抽回，关闭钢管6外端的第二道阀门10，土体中只留下注浆管18；

S2.3：将制备好膨润土泥浆通过注浆管18送入指定深度，待原孔位空隙被泥浆填充完毕后，回抽注浆管18，边回抽边注浆；

S2.4：重复以上操作，直到所有空隙均被膨润土浆液21填满后，停止注浆，撤出注浆管18并拆除第二道阀门10，关闭且保留钢管6最前端的第一道阀门9；此时沿计划轴线12形成预留好的无障碍注浆通道22。

重复步骤(1)、步骤(2)引孔、清障、注浆施工，对其它点位进行水平清障预引孔工作，直至完成所有点位的清障处理，在土体13中形成多条无障碍注浆通道22。

(3)依次对步骤(2)中的无障碍注浆通道22进行水平全方位高压喷射注浆作业：全方位高压喷射注浆钻机设备进入现场后，对每一条无障碍注浆通道22内进行水平高压喷射注浆作业，直至完成所有点位。

本发明提供了一种水平长距离清障装置及全方位高压喷射注浆的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种水平长距离清障装置，其特征在于，包括水平钻机（2）、主动钻杆（3）、套管（4）、金刚石钻头（5）、钢管（6）、打捞器（16）和绳索（15）；

所述主动钻杆（3）一端与水平钻机（2）驱动轴连接，另一端与套管（4）末端连接；所述金刚石钻头（5）安装于套管（4）的前端，通过水平钻机（2）驱动，依次带动主动钻杆（3）、套管（4）以及金刚石钻头（5）转动；

所述套管（4）内插接有岩芯管（11），所述岩芯管（11）的前端位于金刚石钻头（5）中心；

所述钢管（6）垂直安装在待钻孔的墙体上，钢管（6）上设置有一组孔口防喷阀（8）；所述主动钻杆（3）、套管（4）以及金刚石钻头（5）组成的钻孔组件，能够沿着钢管（6）内部向前转动；

所述的孔口防喷阀（8）至少包括两个，分别设置在钢管（6）的两端部；

所述岩芯管（11）上设有弹卡钳，所述套管（4）内壁上设有对应的弹卡室，所述岩芯管（11）通过弹卡钳与弹卡室之间的弹簧卡销配合，实现岩芯管（11）在套管（4）内的锁定；

所述绳索（15）连接在打捞器（16）上；所述岩芯管（11）的后端设有与所述打捞器（16）相配合的打捞矛头，打捞器（16）与岩芯管（11）后端打捞矛头能够锁定，通过拉动绳索（15）将打捞器（16）连带岩芯管（11）从套管（4）内取出。

2.一种全方位高压喷射注浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）采用权利要求1所述装置进行钻孔并清除钻孔内障碍物；

（2）在步骤（1）的钻孔内采用注浆管（18）填充膨润土泥浆，形成无障碍注浆通道（22）；

（3）依次对步骤（2）中的无障碍注浆通道（22）进行水平全方位高压喷射注浆作业。

3.根据权利要求2所述的全方位高压喷射注浆的方法，其特征在于，步骤（1）中，钻孔并清除钻孔内障碍物具体包括如下步骤：

S1.1：引孔准备：

将孔口防喷阀（8）用钢管（6）串接后安装至地连墙上；组装水平钻机设备，将主动钻杆（3）与套管（4）连接，套管（4）端头安装金刚石钻头（5）；孔口防喷阀（8）的安装高度与套管（4）高度一致；

S1.2：引孔施工：

将孔口防喷阀（8）全部打开，主动钻杆（3）将套管（4）钻入钢管（6）内；然后在套管（4）内插接岩芯管（11），并将岩芯管（11）前端与金刚石钻头（5）连接；随后水平钻机（2）沿着计划轴线（12）进行引孔施工，钻进切割前方障碍物；

S1.3：清除障碍物

钻进过程中，障碍物芯样被挤压至岩芯管（11）内，当芯样充满岩芯管（11）后，抽回主动钻杆（3），换上绳索取芯工具，用取芯工具将岩芯管（11）取出，清除掉管内障碍物芯样；重复上述引孔和取芯操作，当套管（4）达到指定孔深，所有障碍物均取出后，撤出钻机，并关闭孔口防喷阀（8），防止水土流出。

4.根据权利要求2所述的全方位高压喷射注浆的方法，其特征在于，步骤（2）中，采用注浆管填充膨润土泥浆具体包括如下步骤：

S2.1：打开孔口防喷阀（8），将注浆管插入套管（4）之中，注浆管（18）出浆管口（19）伸入至金刚石钻头（5）前方，注浆管（18）入浆管口（20）需伸入钢管（6）外端的孔口防喷阀前方；

S2.2：随后钻机通过主动钻杆（3）将套管（4）抽回，关闭钢管（6）外端的孔口防喷阀，土体中只留下注浆管（18）；

S2.3：将制备好膨润土泥浆通过注浆管（18）送入指定深度，待原孔位空隙被泥浆填充完毕后，回抽注浆管（18），边回抽边注浆；

S2.4：重复以上操作，直到所有空隙均被膨润土浆液（21）填满后，停止注浆，撤出注浆管（18）并拆除外端防喷阀，关闭且保留钢管（6）最前端的孔口防喷阀；此时沿计划轴线（12）形成预留好的无障碍注浆通道（22）。

5.根据权利要求4所述的全方位高压喷射注浆的方法，其特征在于，孔口防喷阀（8）包括第一道阀门（9）和第二道阀门（10）；所述第一道阀门（9）位于钢管（6）靠近墙体的前端；所述第二道阀门（10）位于钢管（6）靠近钻机的后端；

步骤S2.1中，注浆管入浆管口需伸入至第二道阀门（10）前方；

步骤S2.2中，待套管（4）抽回，关闭第二道阀门（10）；

步骤S2.4中，撤出注浆管并拆除第二道阀门（10），关闭且保留第一道阀门（9）。

6.根据权利要求2所述的全方位高压喷射注浆的方法，其特征在于，重复步骤（1）、步骤（2），在土体中形成多条无障碍注浆通道（22）。

7.根据权利要求6所述的全方位高压喷射注浆的方法，其特征在于，步骤（3）中，全方位高压喷射注浆钻机设备进入现场后，对每一条无障碍通道内进行水平高压喷射注浆作业。

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