專利名稱：導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋噴施工用的鉆頭及其旋噴施工方法。
背景技術(shù)：
水平旋噴是近年來出現(xiàn)的一種新型巖土加固技術(shù)，是由垂直旋噴發(fā)展而來，水平 旋噴就是在地層中水平鉆進(jìn)成孔，或小角度的俯、仰和外斜鉆進(jìn)，注漿管呈近水平狀，噴嘴 由里向外進(jìn)行旋噴、注漿。水平旋噴所形成的水平固結(jié)體，可以很好的加強(qiáng)構(gòu)造物的剛度， 支護(hù)上方土體，并且具有一定的防滲隔水的性能，具有較廣闊的運用前景。但以往水平旋噴
在進(jìn)行鉆孔施工時，需要先成孔然后再進(jìn)行旋噴，且鉆孔深度只有十幾米，所以造成了生產(chǎn) 成本高、效率低的缺點。 此外，水平旋噴作為隧道前方土體改造或超前支護(hù)方法因工藝技術(shù)局限，樁徑相 對較小，樁長較短，一般樁長都在18米以內(nèi)，在樁長較大時難以實現(xiàn)相鄰樁體的咬合。而且 因樁長較短，需要多個循環(huán)施工，造成了生產(chǎn)成本高、效率低的缺點，這在機(jī)械化程度較低 情況下，對水平旋噴的廣泛應(yīng)用是個很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭及其施工方法，要解決傳統(tǒng)水 平旋噴施工生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低、監(jiān)控導(dǎo)向難的技術(shù)問題；并解決鉆頭的導(dǎo)向鉆進(jìn)、自 動糾偏和保證隧道或其它地下工程安全施工的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭，包括鉆頭主體和固定連接在鉆頭主體頭部的楔子 板，在鉆頭主體內(nèi)、沿軸向布置有高壓水通道和高壓漿通道，高壓水通道側(cè)向開有噴水嘴， 高壓漿通道側(cè)向開有噴漿嘴，其特征在于 所述鉆頭主體側(cè)壁上還開有一凹槽，凹槽內(nèi)鑲固有探棒，該探棒帶有無線發(fā)射器， 并且該無線發(fā)射器發(fā)射的信號由無線數(shù)據(jù)采集儀采集，無線數(shù)據(jù)采集儀又通過高頻無線發(fā) 射模塊、天線與顯示器信號連接，無線數(shù)據(jù)采集儀也通過GPRS與INTERNET連接，實現(xiàn)施工 遠(yuǎn)程監(jiān)控。 —種應(yīng)用上述導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的施工方法，其特征在于步驟如下
步驟一、鉆機(jī)就位、開孔并安裝孔口管，即用開孔鉆頭開孔，然后再安裝孔口管和 密封裝置，并加固； 步驟二、將導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭與鉆桿連接，將鉆桿與水平定向鉆機(jī)動力頭 連接，將泥漿桶通過泥漿泵與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接，調(diào)整鉆機(jī)對好孔位；
步驟三、水平旋噴樁預(yù)導(dǎo)孔施工，即開啟泥漿泵，將在泥漿桶中的泥漿傳輸至導(dǎo)向 水平旋噴施工的鉆頭中的高壓漿通道和噴漿嘴并噴出，同時開始鉆進(jìn)，同時探棒不斷向顯 示器傳輸鉆頭方向和姿態(tài)及孔內(nèi)壓力，機(jī)手根據(jù)顯示器顯示的信息，不斷調(diào)整導(dǎo)向水平旋 噴施工的鉆頭方向，保證鉆進(jìn)方向與設(shè)計軌跡吻合，直至鉆至設(shè)計深度；
步驟四、將泥漿桶與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器斷開，將儲漿桶通過水泥漿 泵與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接，將清水桶通過高壓水泵與水平定向鉆機(jī)動力頭 上的送水器連接； 步驟五、開始后退鉆桿，同時雙重管旋噴，即開啟水泥漿泵和高壓水泵，將在儲漿 桶內(nèi)的水泥漿液傳輸至導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭中的高壓漿通道和噴漿嘴并噴出，將清水 桶中的水輸至導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的高壓水通道和噴水嘴并噴出，形成高壓水切割土 體并與切割后的土體混合形成旋噴樁； 步驟六、當(dāng)噴水嘴距離掌子面0. 5 3米時，關(guān)閉高壓水泵，停止噴水，當(dāng)噴漿嘴距
離掌子面0. 5 3米時，關(guān)閉水泥漿泵，停止噴漿； 步驟七、鉆桿全部退出，然后立即封孔，單根旋噴樁施工結(jié)束。
優(yōu)選的技術(shù)方案所述探棒外表面套有膠管，膠管通過管箍與探棒緊固連接。 所述探棒中排列有電池倉、探棒CPU、無線發(fā)射器、探測鉆頭溫度的溫度傳感器、探
測鉆頭旋轉(zhuǎn)位置的工具角傳感器，探測鉆頭傾角的傾角傳感器和探測鉆頭周邊壓力的壓力
傳感器，電池倉內(nèi)的電池與探棒CPU的供電接口、工具角傳感器、溫度傳感器、傾角傳感器
和壓力傳感器連接，溫度傳感器、工具角傳感器、傾角傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù)線分別與
探棒CPU的數(shù)據(jù)輸入端子連接，探棒CPU的數(shù)據(jù)輸出端子又與無線發(fā)射器連接，無線發(fā)射器
將探棒CPU處理過的信號發(fā)送給無線數(shù)據(jù)采集儀。 所述無線數(shù)據(jù)采集儀包括電池、無線接收模塊、高頻無線發(fā)射模塊、GPRS和中央處 理單元，其中無線接收模塊通過接收無線發(fā)射器發(fā)出的信號，并將信號傳給中央處理單元，
中央處理單元將信號處理后又傳給高頻無線發(fā)射模塊，高頻無線發(fā)射模塊通過天線將信號 發(fā)送給顯示器，中央處理單元將信號處理后打包也傳送給GPRS，通過INTERNET在任何地方 可監(jiān)控施工現(xiàn)設(shè)工作情況。 所述無線數(shù)據(jù)采集儀還通過高頻無線發(fā)射或GPRS與操作臺信號連接，將中央處 理單元處理過的信號上傳至操作臺。 所述鉆桿可為雙重管鉆具，所述水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器可為高壓水龍 頭。 上述步驟五中，當(dāng)水泥漿泵和高壓水泵的壓力表指示低于設(shè)計壓力前，導(dǎo)向水平 旋噴施工的鉆頭原地旋轉(zhuǎn)，待水泥漿泵和高壓水泵的壓力表指示達(dá)到設(shè)計壓力后，開始后 退鉆桿。 上述步驟五中，當(dāng)水泥漿泵和高壓水泵的壓力表指示達(dá)到設(shè)計壓力后，鉆桿勻速 旋轉(zhuǎn)，并且勻速后退。 上述探棒可分為三段，一段內(nèi)作為電池倉，其端部連接電池倉蓋，電池倉內(nèi)的電池 通過電路與電池插線板連接，電池插線板用環(huán)氧樹脂固定在探棒中段內(nèi)，探棒另一段內(nèi)有 定位槽，并安置有傳感器，三段之間由螺紋絲扣實現(xiàn)咬合連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果 本發(fā)明涉及了導(dǎo)向水平旋噴施工用的一種鉆頭用具，主要用于導(dǎo)向水平旋噴施 工，施工工藝主要是解決在軟弱地層(特別是富水軟弱地層，如淤泥、土、沙、全風(fēng)化、回 填、破碎帶、塌方堆積體等)支護(hù)施工中高精度水平旋噴成孔的問題，并解決保護(hù)隧道拱部 或周邊形成封閉的高質(zhì)量水平固結(jié)體，支護(hù)上方土體，起到防滲透的拱殼保護(hù)作用。
本發(fā)明主要解決在軟弱地層(特別是富水軟弱地層，如淤泥、土、沙、全風(fēng)化、回 填、破碎帶、塌方堆積體等)支護(hù)施工時，在隧道拱部或周邊形成封閉的環(huán)狀高強(qiáng)度帷幕 體，支護(hù)上方土體，起到防滲透、防變形、防流沙等作用，保證隧道或其它地下工程的安全施工。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在鉆頭內(nèi)部安裝特制的導(dǎo)向定位傳感器用以確定鉆 頭的打設(shè)方向和噴嘴的具體位置，使能在必要時改變鉆進(jìn)方向，高精度、長距離地施作水平 旋噴樁，并可以根據(jù)需要在特定方向加噴。 鉆頭內(nèi)部由探棒、高壓水通道、噴水嘴、高壓(或低壓)水泥漿通道、高壓(或低 壓)水泥漿噴嘴、和楔子板六個部分組成，通過安裝在鉆頭內(nèi)部的高壓水和高壓水泥漿通 道上的雙重噴嘴，利用高壓泥漿泵使水和水泥漿從噴嘴中高壓或低壓噴出，在土體中形成 柱狀固結(jié)體。而有效控制此種鉆頭打設(shè)的質(zhì)量，就是在鉆頭部位安裝導(dǎo)向定位傳感器用以 確定鉆頭的打設(shè)方向和噴嘴的具體位置，使能在必要時改變鉆進(jìn)方向，從而達(dá)到高精度、長 距離地施作水平旋噴樁。主要可以用于隧道、礦山井巷、人防工程、地基加固、巖土錨固等工 程的施工及特殊處理等方面。
本發(fā)明中的鉆頭還具有如下有益效果
(1)鉆頭采用組裝結(jié)構(gòu)，便于更換及清洗。 (2)鉆具的噴頭與鉆頭之間安裝有傳感器，可以檢測鉆頭方位角，傾角及工具角等 多項參數(shù)。
(3)鉆具連接強(qiáng)度高，密封性能好。真正達(dá)到了鉆噴一體。
(5)噴頭與鉆頭，鉆頭與無線式傳感器之間有效結(jié)合，信號傳輸可靠，傳送距離長。
(5)施工的鉆進(jìn)精度高、距離長。
(6)成本低、生產(chǎn)效率高。 本發(fā)明中的施工方法還具有如下有益效果 (1)實現(xiàn)高精度、長距離施作水平旋噴樁； (2)快速成拱、防滲透、土體改良，達(dá)到止水效果和預(yù)支護(hù)功能； (3)可以根據(jù)地層情況，對特定部位進(jìn)行加噴、定噴等局部圍巖加固及土體改良； (4)成本低、效率高、效果好、安全可靠。
(5)確保相鄰樁體的咬合，在富水地層中達(dá)到止水效果。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖1是導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭與高壓水龍頭連接的示意圖。 圖3是提供泥漿的導(dǎo)向水平旋噴施工裝置的示意圖。 圖4是提供水泥漿的導(dǎo)向水平旋噴施工裝置的示意圖。 圖5是提供清水的導(dǎo)向水平旋噴施工裝置的示意圖。 圖6是探棒的原理示意圖。 圖7是探棒、無線數(shù)據(jù)采集儀、顯示器、水平定向鉆機(jī)之間連接關(guān)系的示意圖。 圖8是探棒與鉆頭主體連接的示意圖。
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圖9是探棒實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記1-探棒、2_高壓水通道、3-噴水嘴、4_高壓漿通道、5-噴漿嘴、6_楔子 板、7_高壓水龍頭、8_雙重管鉆具； 9-泥漿輸出管、10-輸泥漿管、ll-泥漿桶、12-泥漿泵； 13-吸漿管、14-輸漿泵、15-過濾篩網(wǎng)、16-儲漿桶、17-輸漿管、18-攪漿筒、19-水
泥漿泵、20-水泥漿輸出管、21-三通、22_閥門； 23-清水桶、24_高壓水泵、25-高壓水輸出管、26-吸水管； 27-管箍、28-膠管、29-鉆頭主體、30-凹槽、31-電池倉蓋、32-電池倉、33-環(huán)氧樹 脂、34-電池插線板、35-壓力傳感器、36-溫度傳感器、37-定位槽。
具體實施例方式
實施例參見圖1、圖2所示，這種導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭，包括鉆頭主體29和固 定連接在鉆頭主體頭部的楔子板6，在鉆頭主體內(nèi)、沿軸向布置有高壓水通道2和高壓漿通 道4，高壓水通道2側(cè)向開有噴水嘴3，高壓漿通道4側(cè)向開有噴漿嘴5，所述鉆頭主體側(cè)壁 上還開有一凹槽30，凹槽內(nèi)鑲固有探棒1，參見圖8，探棒1外表面套有膠管28，膠管通過管 箍27與探棒緊固連接。如圖l所示，鉆頭采用同心圓結(jié)構(gòu)，由6個部分組成。楔子板6通 過焊接與鉆頭成為一體，在高壓水通道2的管壁上和外管壁上開出約①8 12mm水眼，用 一根膨脹螺栓將2個孔連接成為噴水嘴3 ;在鉆頭的中間部位開出安裝探棒1的凹槽；高壓 槳通道4的后端和鉆頭的后端開出約①8 12mm水眼，用一根膨脹螺栓將2個孔連接(可 垂直也可有角度連接)成為噴漿嘴5噴漿。 參見圖6、圖7，探棒1帶有無線發(fā)射器，并且該無線發(fā)射器發(fā)射的信號由無線數(shù)據(jù) 采集儀采集，無線數(shù)據(jù)采集儀又通過高頻無線發(fā)射模塊、天線與顯示器信號連接，無線數(shù)據(jù) 采集儀也通過GPRS與INTERNET連接，實現(xiàn)施工遠(yuǎn)程監(jiān)控。 參見圖6，所述探棒1中排列有電池倉、探棒CPU、無線發(fā)射器、探測鉆頭溫度的溫 度傳感器、探測鉆頭旋轉(zhuǎn)位置的工具角傳感器，探測鉆頭的傾角傳感器和探測鉆頭周邊壓 力的壓力傳感器，電池倉內(nèi)的電池與探棒CPU的供電接口、工具角傳感器、、溫度傳感器、傾 角傳感器和壓力傳感器連接，溫度傳感器、工具角傳感器、傾角傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù) 線分別與探棒CPU的數(shù)據(jù)輸入端子連接，探棒CPU的數(shù)據(jù)輸出端子又與無線發(fā)射器連接，無 線發(fā)射器將探棒CPU處理過的信號發(fā)送給無線數(shù)據(jù)采集儀。 參見圖7，所述無線數(shù)據(jù)采集儀包括電池、無線接收模塊、高頻無線發(fā)射模塊、GPRS 和中央處理單元，其中無線接收模塊通過接收無線發(fā)射器發(fā)出的信號，并將信號傳給中央 處理單元，中央處理單元將信號處理后又傳給高頻無線發(fā)射模塊，高頻無線發(fā)射模塊通過 天線將信號發(fā)送給顯示器，中央處理單元將信號處理后打包也傳送給GPRS，通過INTERNET 在任何地方可監(jiān)控施工現(xiàn)設(shè)工作情況。所述無線數(shù)據(jù)采集儀還通過高頻無線發(fā)射或GPRS 與操作臺信號連接，將中央處理單元處理過的信號上傳至操作臺。 參見圖9，探棒可以分為三段，一段內(nèi)作為電池倉32，其端部連接電池倉蓋31，電 池倉32內(nèi)的電池通過電路與電池插線板34連接，電池插線板34用環(huán)氧樹脂33固定在探 棒中段內(nèi)，探棒另一段內(nèi)有定位槽37，并安置有壓力傳感器35和溫度傳感器36，三段之間 由螺紋絲扣實現(xiàn)咬合連接。
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水平旋噴樁施工設(shè)備主要由兩部分組成，即前臺和后臺。前臺主要由油泵、配電
柜、鉆機(jī)架子、鉆機(jī)、鉆桿和導(dǎo)向水平旋噴鉆頭組成。后臺可參見圖3-5。 參見圖3，泥漿桶11通過閥門22與輸泥漿管10連接，輸泥漿管10又與泥漿泵12
的入口連通，泥漿泵12的出口可以通過泥漿輸出管9與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接。 參見圖4，在攪漿筒18中配制好水泥漿液，將攪漿筒18通過閥門與吸漿管13連 接，吸漿管13又與輸漿泵14的入口連通，輸漿泵14的出口又通過輸漿管17和過濾篩網(wǎng)15 與儲漿桶16連通，儲漿桶16又通過三通21和閥門與另一根吸漿管連接，另一根吸漿管又 與水泥漿泵19的入口連通，水泥漿泵19的出口可以通過水泥漿輸出管20與水平定向鉆機(jī) 動力頭上的送水器連接。 參見圖5，清水桶23通過閥門與吸水管26連接，吸水管26又與高壓水泵24的入 口連通，高壓水泵24的出口可以通過高壓水輸出管25與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器 連接。 這種導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的施工方法，其步驟如下 步驟一、鉆機(jī)就位、開孔并安裝孔口管，即用開孔鉆頭開孔，然后再安裝孔口管和 密封裝置，并加固；孔口管和密封狀置是為了防止施工過程中出現(xiàn)突水突泥突沙，并可以調(diào) 節(jié)廢槳的流出。 步驟二、將導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭與鉆桿連接，將鉆桿與水平定向鉆機(jī)動力頭 連接，將泥漿桶11通過泥漿泵12與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接，調(diào)整鉆機(jī)對好孔 位；所述鉆桿為雙重管鉆具8，所述水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器為高壓水龍頭7。
步驟三、水平旋噴樁預(yù)導(dǎo)孔施工，即開啟泥漿泵12，將在泥漿桶11中的泥漿傳輸 至導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭中的高壓漿通道4和噴漿嘴5并噴出，同時開始鉆進(jìn)，同時探棒 l不斷向顯示器傳輸鉆頭方向和姿態(tài)及孔內(nèi)壓力，機(jī)手根據(jù)顯示器顯示的信息，不斷調(diào)整導(dǎo) 向水平旋噴施工的鉆頭方向，保證鉆進(jìn)方向與設(shè)計軌跡吻合，直至鉆至設(shè)計深度。
鉆進(jìn)前，首先在后臺制備好泥漿。再將泥漿泵12與泥漿桶11連接，泥漿輸出管9 與鉆機(jī)動力頭上的送水器連接。鉆進(jìn)過程中，探棒1不斷向機(jī)臺上的顯示器傳輸鉆頭方向 和姿態(tài)及孔內(nèi)壓力等信息，實現(xiàn)了隨時跟蹤監(jiān)測鉆頭方向、姿態(tài)變化以及孔內(nèi)壓力情況。一 旦發(fā)現(xiàn)鉆頭鉆進(jìn)方向偏離水平旋噴樁設(shè)計方向，就必須進(jìn)行糾偏。將鉆頭鉆進(jìn)方向調(diào)整到 設(shè)計軌跡后繼續(xù)鉆進(jìn)，直至鉆至設(shè)計深度。監(jiān)測孔內(nèi)壓力變化，有利于控制地表沉降變化情 況，確保地表構(gòu)筑物的安全。 步驟四、將泥漿桶11與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器斷開，將儲漿桶16通過水 泥漿泵19與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接，將清水桶23通過高壓水泵24與水平定 向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接。 步驟五、開始后退鉆桿，同時雙重管旋噴，即開啟水泥漿泵19和高壓水泵24，將在 儲漿桶16內(nèi)的水泥漿液傳輸至導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭中的高壓漿通道4和噴漿嘴5并 噴出，將清水桶23中的水輸至導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的高壓水通道2和噴水嘴3并噴 出，形成高壓水切割土體并與切割后的土體混合形成旋噴樁； 當(dāng)水泥漿泵19和高壓水泵24的壓力表指示低于設(shè)計壓力前，導(dǎo)向水平旋噴施工 的鉆頭原地旋轉(zhuǎn)，待水泥漿泵19和高壓水泵24的壓力表指示達(dá)到設(shè)計壓力后，開始后退鉆桿。當(dāng)水泥漿泵19和高壓水泵24的壓力表指示達(dá)到設(shè)計壓力后，鉆桿勻速旋轉(zhuǎn)，并且勻速 后退。 步驟六、當(dāng)噴水嘴3接近掌子面時( 一般0. 5-3米)，關(guān)閉高壓水泵24，停止噴水， 當(dāng)噴漿嘴5接近掌子面時( 一般0. 5-3米)，關(guān)閉水泥漿泵19，停止噴漿；退出鉆桿并用高 壓水清洗鉆桿。 步驟七、鉆桿全部退出，然后立即封孔，單根旋噴樁施工結(jié)束。將鉆機(jī)移至下一根 樁位進(jìn)行施工。 上述高壓泵(底部噴嘴)可以用普通泥漿泵代替，注入水泥漿補(bǔ)注已切削的范圍， 此時為普通雙管水平旋噴。 前述為雙管雙高壓水平旋噴，本發(fā)明也可以是鉆頭內(nèi)部只用單個通道施作水平旋 噴樁。 上述情況的特例是在回撤旋噴時，只用單個高壓泵而將前述施作預(yù)導(dǎo)孔的泵停止 使用，此時便變成單管水平旋噴。及鉆預(yù)導(dǎo)孔和旋噴采用不同的通道。另外雙管如簡化成 單管也是一種特例。 所有不同的方法出于不同的施工要求及地層情況，也可能導(dǎo)致不同的旋噴樁的直 徑及其他特性。本發(fā)明的核心是在不同的方式基礎(chǔ)上增加了導(dǎo)向功能。
本發(fā)明的工作原理 利用工程鉆機(jī)，將帶有噴嘴的鉆頭鉆進(jìn)至土層設(shè)計位置后，用高壓設(shè)備使?jié){液的 噴射流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，形成預(yù)定形狀的空間，從土體剝落下來的土粒一 部分陪著噴射流冒出地面，其余部分在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下與注入的 漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列，凝固后便在土中形成 一個具有一定強(qiáng)度的固結(jié)體。 由于采用導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)旋噴，鉆頭采用與鉆桿等徑的楔型鉆頭，一般楔子板旋轉(zhuǎn) 直徑①《127mm，楔型面與鉆具交角《25。。在鉆進(jìn)成孔時，鉆頭部位安裝的帶有特制導(dǎo) 向定位傳感器的探棒(當(dāng)鉆頭正?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)時鉆管沿直線前進(jìn)。當(dāng)鉆頭由于某種原因偏離 預(yù)定軌跡偏向某一方向時，就需要糾偏了。方法是把鉆頭楔面調(diào)至已經(jīng)偏斜的方向，鉆機(jī)停 止回轉(zhuǎn)加力頂進(jìn)，鉆頭由于斜面的作用就會向相反的方向偏斜，以此調(diào)整鉆進(jìn)的方向。面向 角的朝向和鉆頭的偏斜方位都是由裝在鉆頭后部的導(dǎo)向探頭監(jiān)測)確定鉆頭的打設(shè)方向 和噴嘴的具體位置，在必要時改變鉆進(jìn)方向，確保施工的高精度。高壓水通道的水受到壓力 達(dá)額定壓力和流量時通過安裝在鉆頭前端的噴水嘴以巨大能量的噴射流將一定范圍內(nèi)的 土體進(jìn)行切削、摧毀，高壓漿通道與高壓漿通道環(huán)隙的漿液受到壓力達(dá)到額定壓力和流量 時通過安裝在鉆頭后端的噴漿嘴噴出漿液，強(qiáng)制土顆粒與漿液充分混合，然后形成大致水 平的柱狀水泥土固結(jié)體，從而達(dá)到導(dǎo)向水平旋噴時施工高精度的目的。 在鉆頭前端安裝調(diào)整鉆進(jìn)方向的楔形板，在鉆頭內(nèi)部安裝特制的探棒。利用探棒 發(fā)出的鉆頭的位置及姿態(tài)信息，顯示器接收顯示鉆頭傾角、方位角、工具角。(楔形板朝上即 為12點，如同鐘面)。打設(shè)角度如果偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點，即楔形板朝上，直接頂進(jìn)， 此時由于楔形板底板斜面面積大，受到一個向上的力，鉆頭軌跡就會朝上運動。同理在6點 糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點、3點分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機(jī)會勻速 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時鉆桿軌跡一般是平直的。所以鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。預(yù)導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，
9發(fā)現(xiàn)鉆孔偏差過大應(yīng)及時糾偏。
具體糾偏方法如下把楔形板的楔面調(diào)至已經(jīng)偏斜的方向，鉆機(jī)停止回轉(zhuǎn)加力頂
進(jìn)，鉆頭由于斜面的作用就會向相反的方向偏斜，以此調(diào)整鉆進(jìn)的方向。面向角的朝向和鉆
頭的偏斜方位都是由裝在鉆頭后部的探棒監(jiān)測的，通過探棒將鉆頭傾角、方位角和工具角
等信息傳輸?shù)姐@機(jī)操作臺的顯示器上，機(jī)手就可以方便的調(diào)整鉆進(jìn)方向了。 鉆至設(shè)計深度后回撤鉆桿并進(jìn)行高壓旋噴，從而實現(xiàn)高精度、長距離的水平旋噴
樁施作。
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權(quán)利要求
一種導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭，包括鉆頭主體(29)和固定連接在鉆頭主體頭部的楔子板(6)，在鉆頭主體內(nèi)、沿軸向布置有高壓水通道(2)和高壓漿通道(4)，高壓水通道(2)側(cè)向開有噴水嘴(3)，高壓漿通道(4)側(cè)向開有噴漿嘴(5)，其特征在于所述鉆頭主體側(cè)壁上還開有一凹槽(30)，凹槽內(nèi)鑲固有探棒(1)，該探棒(1)帶有無線發(fā)射器，并且該無線發(fā)射器發(fā)射的信號由無線數(shù)據(jù)采集儀采集，無線數(shù)據(jù)采集儀又通過高頻無線發(fā)射模塊、天線與顯示器信號連接，無線數(shù)據(jù)采集儀也通過GPRS與INTERNET連接，實現(xiàn)施工遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭，其特征在于所述探棒(1)外表 面套有膠管(28)，膠管通過管箍(27)與探棒緊固連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭，其特征在于所述探棒(1)中 排列有電池倉、探棒CPU、無線發(fā)射器、探測鉆頭溫度的溫度傳感器、探測鉆頭旋轉(zhuǎn)位置的工 具角傳感器，探測鉆頭傾角的傾角傳感器和探測鉆頭周邊壓力的壓力傳感器，電池倉內(nèi)的 電池與探棒CPU的供電接口、工具角傳感器、、溫度傳感器、傾角傳感器和壓力傳感器連接， 溫度傳感器、工具角傳感器、傾角傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù)線分別與探棒CPU的數(shù)據(jù)輸 入端子連接，探棒CPU的數(shù)據(jù)輸出端子又與無線發(fā)射器連接，無線發(fā)射器將探棒CPU處理過 的信號發(fā)送給無線數(shù)據(jù)采集儀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭，其特征在于所述無線數(shù)據(jù)采集 儀包括電池、無線接收模塊、高頻無線發(fā)射模塊、GPRS和中央處理單元，其中無線接收模塊 通過接收無線發(fā)射器發(fā)出的信號，并將信號傳給中央處理單元，中央處理單元將信號處理 后又傳給高頻無線發(fā)射模塊，高頻無線發(fā)射模塊通過天線將信號發(fā)送給顯示器，中央處理 單元將信號處理后打包也傳送給GPRS，通過INTERNET在任何地方可監(jiān)控施工現(xiàn)設(shè)工作情 況。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭，其特征在于所述無線數(shù)據(jù)采集 儀還通過高頻無線發(fā)射或GPRS與操作臺信號連接，將中央處理單元處理過的信號上傳至 操作臺。
6. —種應(yīng)用上述權(quán)利要求1-5中任意一項所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的施工方 法，其特征在于步驟如下步驟一、鉆機(jī)就位、開孔并安裝孔口管，即用開孔鉆頭開孔，然后再安裝孔口管和密封 裝置，并加固；步驟二、將導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭與鉆桿連接，將鉆桿與水平定向鉆機(jī)動力頭連接， 將泥漿桶(11)通過泥漿泵(12)與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接，調(diào)整鉆機(jī)對好孔 位；步驟三、水平旋噴樁預(yù)導(dǎo)孔施工，即開啟泥漿泵(12)，將在泥漿桶(11)中的泥漿傳輸 至導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭中的高壓漿通道(4)和噴漿嘴(5)并噴出，同時開始鉆進(jìn)，同 時探棒(1)不斷向顯示器傳輸鉆頭方向和姿態(tài)及孔內(nèi)壓力，機(jī)手根據(jù)顯示器顯示的信息， 不斷調(diào)整導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭方向，保證鉆進(jìn)方向與設(shè)計軌跡吻合，直至鉆至設(shè)計深 度；步驟四、將泥漿桶(11)與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器斷開，將儲漿桶(16)通過水 泥漿泵(19)與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接，將清水桶(23)通過高壓水泵(24)與水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器連接；步驟五、開始后退鉆桿，同時雙重管旋噴，即開啟水泥漿泵(19)和高壓水泵(24)，將在 儲漿桶(16)內(nèi)的水泥漿液傳輸至導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭中的高壓漿通道(4)和噴漿嘴 (5)并噴出，將清水桶(23)中的水輸至導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的高壓水通道(2)和噴水 嘴(3)并噴出，形成高壓水切割土體并與切割后的土體混合形成旋噴樁；步驟六、當(dāng)噴水嘴(3)距離掌子面0.5 3米時，關(guān)閉高壓水泵(24)，停止噴水，當(dāng)噴漿 嘴(5)距離掌子面0. 5 3米時，關(guān)閉水泥漿泵(19)，停止噴漿；步驟七、鉆桿全部退出，然后立即封孔，單根旋噴樁施工結(jié)束。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的施工方法，其特征在于所述鉆 桿為雙重管鉆具(8)，所述水平定向鉆機(jī)動力頭上的送水器為高壓水龍頭(7)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的施工方法，其特征在于上述步 驟五中，水泥漿泵(19)和高壓水泵(24)的壓力表指示低于設(shè)計壓力前，導(dǎo)向水平旋噴施工 的鉆頭原地旋轉(zhuǎn)，待水泥漿泵(19)和高壓水泵(24)的壓力表指示達(dá)到設(shè)計壓力后，開始后 退鉆桿。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的施工方法，其特征在于上述步 驟五中，水泥漿泵(19)和高壓水泵(24)的壓力表指示達(dá)到設(shè)計壓力后，鉆桿勻速旋轉(zhuǎn)，并 且勻速后退。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭的施工方法，其特征在于探棒分 為三段，一段內(nèi)作為電池倉(32)，其端部連接電池倉蓋(31)，電池倉(32)內(nèi)的電池通過電 路與電池插線板(34)連接，電池插線板(34)用環(huán)氧樹脂(33)固定在探棒中段內(nèi)，探棒另 一段內(nèi)有定位槽(37)，并安置有傳感器，三段之間由螺紋絲扣實現(xiàn)咬合連接。
全文摘要
一種導(dǎo)向水平旋噴施工的鉆頭及其施工方法，包括鉆頭主體和固定連接在鉆頭主體頭部的楔子板，鉆頭主體側(cè)壁上還開有一凹槽，凹槽內(nèi)鑲固有探棒，該探棒帶有無線發(fā)射器，并且該無線發(fā)射器發(fā)射的信號由無線數(shù)據(jù)采集儀采集，無線數(shù)據(jù)采集儀又通過高頻無線發(fā)射模塊、天線與顯示器信號連接，無線數(shù)據(jù)采集儀也通過GPRS與INTERNET連接。本發(fā)明可確定鉆頭的打設(shè)方向和噴嘴的具體位置，使能在必要時改變鉆進(jìn)方向、自動糾偏、高精度、長距離地施作水平旋噴樁，并可以根據(jù)需要在特定方向加噴，保證隧道或其它地下工程的安全施工。
文檔編號E21B10/00GK101737012SQ20091031145
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者張春森, 楊積凱, 聶政熊 申請人:北京首爾工程技術(shù)有限公司