本發(fā)明屬于土木工程中土層成孔領(lǐng)域，尤其涉及鉆機(jī)、盾構(gòu)機(jī)鉆進(jìn)與旋噴護(hù)壁綜合成孔方法。

背景技術(shù)：

在土層中實施灌注樁、錨桿、地質(zhì)勘查、各類管線穿越等項目成孔時，經(jīng)常會遇到塌孔現(xiàn)象。由于塌孔造成澆筑的樁體質(zhì)量不合格、鉆孔不能繼續(xù)實施、工期延長的情況也屢見不鮮。為了防止塌孔發(fā)生，常見的方法有：在塌孔部位現(xiàn)澆砼，凝固后從新鉆孔，這種方法浪費大、造價高，且延長工期；采用孔護(hù)臂筒體方法，這種方法需要將護(hù)壁植入孔內(nèi)和拔出的設(shè)置，在孔徑大的情況下成本很高，且常出現(xiàn)無法取出的情況，工期影響大；采用泥漿護(hù)壁，這種方法對場地污染大，費用高，近年來也很少采用?？傊?，土層成孔的塌孔問題一直沒有令人滿意的解決方法，對工程建設(shè)影響很大。

在隧道盾構(gòu)機(jī)成孔時，也存在孔頂坍塌或地下水流失引起地面沉降事故，經(jīng)濟(jì)損失和社會影響極大。目前，為了避免這種情況發(fā)生，多采用土層冷凍法防止坍塌和地下水流失。這種方法成本極高，且一旦停電后果嚴(yán)重。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：由于鉆孔過程中，孔壁處的土體不穩(wěn)定經(jīng)常導(dǎo)致塌孔；即使鉆孔形成后，在混凝土澆筑過程中也經(jīng)常出現(xiàn)塌孔，導(dǎo)致質(zhì)量事故發(fā)生；盾構(gòu)機(jī)成孔時，防止孔頂坍塌和地下水從孔壁流失。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種旋噴護(hù)壁裝置，在鉆機(jī)和盾構(gòu)機(jī)成孔時分別為：

鉆機(jī)旋噴護(hù)壁裝置，旋噴護(hù)壁裝置依附于鉆機(jī)鉆頭上，鉆頭上有刀具，其特征在于：包括高壓水泥漿管、速凝劑管、高壓水泥漿噴頭和護(hù)壁筒；所述高壓水泥漿管和速凝劑管并行，設(shè)置在鉆機(jī)自帶的鉆機(jī)主軸中，在鉆機(jī)自帶的鉆具筒體尾端與壓水泥漿噴頭相連；所述高壓水泥漿噴頭設(shè)置在鉆具筒體尾端邊沿，內(nèi)設(shè)速凝劑空腔、面對孔壁土體的高壓水泥漿出口和多個分布在高壓水泥漿噴頭內(nèi)側(cè)壁上的速凝劑出口，高壓水泥漿由高壓水泥漿出口噴出，速凝劑進(jìn)入速凝劑空腔由速凝劑出口噴出；所述護(hù)壁筒為圓筒狀，設(shè)置在鉆頭自帶的鉆具筒體后部，在高壓水泥漿噴頭部分留有讓高壓水泥漿噴出的孔。

盾構(gòu)機(jī)旋噴護(hù)壁裝置，旋噴護(hù)壁裝置依附于盾構(gòu)機(jī)刀盤上，其特征在于：包括高壓水泥漿和速凝劑輸入裝置、高壓水泥漿管、速凝劑管、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換接頭、高壓水泥漿噴頭和護(hù)壁筒；所述高壓水泥漿、速凝劑輸入裝置設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)后部；所述高壓水泥漿管和速凝劑管并行，連接高壓水泥漿、速凝劑輸入裝置，在盾構(gòu)機(jī)刀盤后面旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換接頭處分為多根管道與壓水泥漿噴頭相連；所述高壓水泥漿噴頭設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)刀盤尾端邊沿，內(nèi)設(shè)速凝劑空腔、面對孔壁土體的高壓水泥漿出口和多個分布在高壓水泥漿噴頭內(nèi)側(cè)壁上的速凝劑出口，高壓水泥漿由高壓水泥漿出口噴出，速凝劑進(jìn)入速凝劑空腔由速凝劑出口噴出；所述護(hù)壁筒為筒狀，設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)刀盤后部，在高壓水泥漿噴頭部分留有讓高壓水泥漿噴出的孔，盾構(gòu)機(jī)刀盤上有刀具。

采用上述技術(shù)方案，高壓水泥漿管和速凝劑管并行，可以將水泥漿和速凝劑同時分別輸送至高壓水泥漿噴頭。水泥漿在高壓水泥漿噴頭處高速噴出，對分布在高壓水泥漿噴頭內(nèi)側(cè)壁上的速凝劑出口產(chǎn)生負(fù)壓，吸出速凝劑空腔中的速凝劑與水泥漿混合。這樣可以保證水泥漿不在管道內(nèi)凝結(jié)，保持暢通，提高裝置的工作穩(wěn)定性和壽命。

采用上述技術(shù)方案，高壓水泥漿噴頭固定在鉆具筒體或盾構(gòu)機(jī)刀盤尾部邊沿，面對孔壁。鉆頭旋轉(zhuǎn)向前鉆孔時，高壓水泥漿射流侵入孔周一定范圍土體，進(jìn)行攪拌，使其形成水泥和土混合體，最后固結(jié)成為筒形的鉆孔護(hù)壁。根據(jù)土層條件，調(diào)整水泥漿壓力，增加高壓水泥漿射流初速度，可保證和增加鉆孔護(hù)壁厚度，滿足不同孔徑鉆孔的孔壁穩(wěn)定。

采用上述技術(shù)方案，護(hù)壁筒的作用是保證旋噴形成的水泥和土混合體在凝結(jié)前的臨空面形狀。根據(jù)土層鉆孔速度，選擇速凝劑凝結(jié)時間，確定護(hù)壁筒的長度，可確保水泥漿和土的混合體在露出護(hù)壁筒后部時已經(jīng)固結(jié)達(dá)到基本穩(wěn)定的強(qiáng)度。考慮到速凝劑只影響水泥的后期強(qiáng)度，鉆孔護(hù)壁是一個臨時穩(wěn)定問題，后期強(qiáng)度沒有意義。因此，可適當(dāng)增加速凝劑的用量，加快凝結(jié)時間。

采用上述技術(shù)方案，調(diào)整速凝劑出口在高壓水泥漿噴頭內(nèi)壁上的數(shù)量、分布形式、孔徑，可控制速凝劑用量和盡量與高壓水泥漿出口噴出的水泥漿均勻混合。在必要時，在高壓水泥漿射流產(chǎn)生負(fù)壓吸出速凝劑的同時，輔助施加速凝劑壓力，使其混合均勻。此外，在高壓水泥漿射流攪拌孔周土體時，速凝劑也可以得到進(jìn)一步攪拌，達(dá)到均勻化目的。

在隧道盾構(gòu)中采用上述技術(shù)方案，由于高壓旋噴水泥槳止水效果很好，可以防止盾構(gòu)過程中洞頂坍塌和地下水從洞壁流失，避免地面沉降。

由以上技術(shù)方案及其作用可見，鉆孔護(hù)壁是以水泥漿作為固結(jié)材料形成的，不主要依賴土層條件。因此可以在粘質(zhì)土、沙土、碎石土、砂卵石土等幾乎所有土層中形成鉆孔護(hù)壁，并防止地下水從孔壁滲流。所以，該技術(shù)方案能夠解決土層鉆孔在成孔和混凝土澆灌期間的塌孔問題。

旋噴護(hù)壁實施方法，其步驟特征在于：a.鉆孔時，動力機(jī)構(gòu)帶動刀具旋轉(zhuǎn)破土成孔；b.高壓水泥漿和速凝劑通過高壓水泥漿管和速凝劑管進(jìn)入高壓水泥漿噴頭，并在此形成添加速凝劑后的高壓水泥漿射流進(jìn)入孔壁土體一定深度；c.高壓水泥漿噴頭與刀具一起旋轉(zhuǎn)運動，高壓水泥漿射流攪拌孔壁土體，形成添加速凝劑后的水泥和土混合體；d.護(hù)壁筒保持水泥和土混合體為圓筒形狀，并開始凝結(jié)，當(dāng)水泥和土混合體從護(hù)壁筒露出時，水泥和土混合體已經(jīng)凝結(jié)達(dá)到自穩(wěn)強(qiáng)度，最終形成鉆孔護(hù)壁。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)正立面和縱剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例2的剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例1、2的高壓水泥漿噴頭示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例1的橫剖面示意圖。

圖中：1、鉆機(jī)主軸；2、高壓水泥漿管；3、速凝劑管；4、高壓水泥漿噴頭；5、鉆機(jī)主軸與鉆頭連接裝置；6、護(hù)壁筒；7、鉆具筒體；8、刀具；9、高壓水泥漿射流；10、速凝劑空腔；11、速凝劑出口；12、高壓水泥漿出口；13、高壓水泥漿，速凝劑輸入裝置；14、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換接頭；15、盾構(gòu)機(jī)刀盤；16、盾構(gòu)機(jī)其它裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實施例1

在鉆機(jī)成孔時，使用帶旋噴護(hù)壁裝置如圖1、圖3、圖4所示的鉆機(jī)鉆頭。旋噴護(hù)壁裝置由：鉆機(jī)主軸1通過鉆機(jī)主軸與鉆頭連接裝置5連接鉆具筒體7，鉆具筒體7前端有鉆頭刀具8；高壓水泥漿管2通過鉆機(jī)主軸1內(nèi)部到達(dá)鉆具筒體7，然后(可分為多根管道)在鉆具筒體7邊沿與高壓水泥漿噴頭4連接；速凝劑管3設(shè)置在高壓水泥漿管2內(nèi)部，與之同行；高壓水泥漿噴頭4位于在鉆具筒體7尾部邊沿指向孔壁，水泥漿通過高壓水泥漿出口12噴出，形成高壓水泥漿射流9；速凝劑管3在高壓水泥漿噴頭4部位連接速凝劑空腔10，速凝劑通過速凝劑出口11噴出；護(hù)壁筒6設(shè)置在鉆具筒體7尾部，在高壓水泥漿噴頭4部位設(shè)有讓高壓水泥漿射流9噴出的孔。

所述速凝劑出口11設(shè)置在高壓水泥漿噴頭4內(nèi)部，速凝劑利用高壓水泥漿射流9產(chǎn)生的負(fù)壓噴出與水泥漿混合，也可以施加一定輔助壓力。

所述護(hù)壁筒6的長度由水泥漿凝結(jié)速度和鉆孔速度確定，保證水泥漿和土的混合體在露出護(hù)壁筒6后部時已經(jīng)固結(jié)達(dá)到基本穩(wěn)定的強(qiáng)度。

應(yīng)用旋噴護(hù)壁裝置的成孔方法：

(1)鉆孔時鉆機(jī)主軸1驅(qū)動鉆具筒體7和下端鉆頭刀具8旋轉(zhuǎn)向下破土成孔；

(2)高壓水泥漿和速凝劑通過高壓水泥漿管2和速凝劑管3進(jìn)入高壓水泥漿噴頭4，并在噴出時形成高壓水泥漿和速凝劑混合體；

(3)高壓水泥漿和速凝劑混合體噴入孔壁形成高壓水泥漿射流9；

(4)由于高壓水泥漿噴頭4與鉆具筒體7一起旋轉(zhuǎn)向下運動，高壓水泥漿射流9攪拌孔壁土體，形成添加速凝劑后的水泥和土混合體；

(5)鉆具筒體7繼續(xù)旋轉(zhuǎn)向下運動時，護(hù)壁筒6保持水泥和土混合體為圓筒形狀，同時水泥和土混合體快速凝結(jié)；

(6)當(dāng)水泥和土混合體從護(hù)壁筒6上部露出時，已經(jīng)達(dá)到基本凝結(jié)強(qiáng)度，可以自穩(wěn)；

(7)隨著鉆孔繼續(xù)向下，水泥和土混合體繼續(xù)凝結(jié)，最終形成鉆孔護(hù)壁。

實施例2

隧道盾構(gòu)機(jī)成孔時，使用帶旋噴護(hù)壁裝置的盾構(gòu)機(jī)，如圖2和圖3所示。盾構(gòu)機(jī)旋噴護(hù)壁裝置包括高壓水泥漿和速凝劑輸入裝置13、高壓水泥漿管2、速凝劑管3、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換接頭14、高壓水泥漿噴頭4和護(hù)壁筒6。高壓水泥漿、速凝劑輸入裝置13設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)后部。高壓水泥漿管2和速凝劑管3并行，連接高壓水泥漿、速凝劑輸入裝置13，在盾構(gòu)機(jī)刀盤15后面旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換接頭14處分為多根管道與壓水泥漿噴頭4相連。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換接頭14的功能是將不旋轉(zhuǎn)的管道轉(zhuǎn)換為可以旋轉(zhuǎn)的管道。高壓水泥漿噴頭4設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)刀盤15尾端邊沿，內(nèi)設(shè)速凝劑空腔10、面對孔壁土體的高壓水泥漿出口12和多個分布在高壓水泥漿噴頭4內(nèi)側(cè)壁上的速凝劑出口11。高壓水泥漿由高壓水泥漿出口12噴出，速凝劑進(jìn)入速凝劑空腔10由速凝劑出口11噴出。護(hù)壁筒6為筒狀，設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)刀盤15后部，在高壓水泥漿噴頭4部分留有讓高壓水泥漿噴出的孔，盾構(gòu)機(jī)刀盤15上有刀具8。盾構(gòu)機(jī)刀盤15后部還有盾構(gòu)機(jī)其它裝置16。

速凝劑出口11設(shè)置在高壓水泥漿噴頭4內(nèi)部，速凝劑利用高壓水泥漿射流9產(chǎn)生的負(fù)壓噴出與水泥漿混合，也可以施加一定輔助壓力。

護(hù)壁筒6的長度由水泥漿凝結(jié)速度和鉆孔速度確定，保證水泥漿和土的混合體在露出護(hù)壁筒6后部時已經(jīng)固結(jié)達(dá)到基本穩(wěn)定的強(qiáng)度。

應(yīng)用旋噴護(hù)壁裝置的成孔方法：

(1)盾構(gòu)機(jī)后部裝置驅(qū)動盾構(gòu)機(jī)刀盤15和其上盾構(gòu)機(jī)刀具8旋轉(zhuǎn)向前破土成孔；

(2)高壓水泥漿和速凝劑通過高壓水泥漿管2和速凝劑管3進(jìn)入高壓水泥漿噴頭4，并在噴出時形成高壓水泥漿和速凝劑混合體；

(3)高壓水泥漿和速凝劑混合體噴入洞壁形成高壓水泥漿射流9；

(4)由于高壓水泥漿噴頭4與盾構(gòu)機(jī)刀盤15一起旋轉(zhuǎn)向前運動，高壓水泥漿射流9攪拌洞壁土體，形成添加速凝劑后的水泥和土混合體；

(5)盾構(gòu)機(jī)刀盤15繼續(xù)旋轉(zhuǎn)向前運動時，護(hù)壁筒6保持水泥和土混合體為圓筒形狀，同時水泥和土混合體快速凝結(jié)；

(6)當(dāng)水泥和土混合體從護(hù)壁筒6后部露出時，已經(jīng)達(dá)到基本凝結(jié)強(qiáng)度，可以自穩(wěn)；

(7)隨著盾構(gòu)繼續(xù)向前成孔，水泥和土混合體繼續(xù)凝結(jié)，最終形成鉆孔護(hù)壁。

根據(jù)盾構(gòu)隧道洞直徑大小和地質(zhì)條件，調(diào)整噴射水泥漿壓力，可以形成保證洞室臨時穩(wěn)定和防止地下水從洞壁滲入的護(hù)壁厚度。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于所描述的實施方式。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，對這些實施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。