超長風動潛孔錘振動旋噴樁施工工藝及其設備的制造方法
【專利摘要】一種超長風動潛孔錘振動旋噴樁施工工藝及其設備，包括以下步驟：（1）鉆孔：利用改進的SL400多功能水井鉆機，利用低壓水高壓風開孔鉆進，每鉆進一節鉆桿，卸開加下一節鉆桿，直至孔深到設計樁底標高；（2）旋噴水泥漿：開始切換為高壓漿高壓風旋噴上提，每上提一節鉆桿，卸一節鉆桿，再提升下一節鉆桿，直至提到地表，形成大直徑水泥旋噴樁體。本發明的優點是：施工速度注漿質量都可得到保證，克服了既有技術的不足。成本大大下降。環保節約，顯示了其極大的優越性。
【專利說明】
超長風動潛孔錘振動旋噴樁施工工藝及其設備
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝及其設備，屬于建筑地基基 礎施工領域，主要用于高壓注漿粧、止水帷幕粧等的成粧施工。
【背景技術】 [0002] 水泥土攪拌粧由于其施工簡便、成本低廉，而被廣泛應用于基坑支護、止水帷幕及地基 處理等領域，但傳統攪拌粧在現有設備條件下施工較硬土層，受到極大限制，尤其攪拌砂 層、砂卵石層、巖石層更是無法實施。水泥土旋噴粧(包括單管、雙管和三管）雖然在軟土地 區基坑支護、止水帷幕及地基處理等領域得到成功應用，但在施工較硬土層時，同樣受到極 大限制，尤其遇到砂層或砂卵石層及巖石層同樣無法實施。在深基坑帷幕長粧施工中垂直 度不能保證，往往不能達到設計的目的，導致止水失敗，在超長粧施工中粧的直徑以及粧的 垂直度均難以保證，同樣導致搭接不到位，注漿加固失敗。
[0003] 長螺旋旋噴攪拌粧技術較好的解決了硬土地區成孔成粧問題，目前已在北京、河 北、山東、云南、內蒙等地得到較好應用，實踐證明它是一項實用可行的技術，能較好地達到 設計的粧徑和粧長。尤其在基坑比較深或設計粧較長時利用長螺旋旋噴攪拌粧比長螺旋攪 拌粧更容易保證粧徑，也更易保咬合效果。但由于長螺旋鉆機本身的缺陷造成其垂直度只 能是達到1%，要求更高就變得十分困難。例如：基坑深20m，帷幕粧直徑800mm，設計咬合 20cm，粧位允許偏差5cm，垂直度1%。這樣到基坑底時帷幕粧就無法咬合，形成"喇叭口"，這 就造成了漏水，使得帷幕止水不能達到設計的目的。
[0004] 在遇到大的卵礫石、塊石時，長螺旋鉆具就無能為力。基坑深度大于20m，粧長超過 25m時，長螺旋鉆機保證粧的垂直度就有難度了。在對付所卵礫石、塊石甚至巖石層時人們 又進一步發明了長螺旋風動潛孔錘沖擊振動旋噴粧，效果很好。但當粧長超過29m時，目前 國產長螺旋鉆機就無能為力了。如果想要達到上百米或二百米深度，就更是不可想象。所以 發明一種超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝及設備就變得十分必要。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有技術存在的：長螺旋風動潛孔錘沖擊振動旋噴粧受粧機高度限制， 從而難以施工長度超過29m的旋噴粧;施工長粧時垂直度也難以保證;尤其當密封圈磨損嚴 重或損毀而未能及時更換時，如何有效避免氣漿混合，保護空壓機不受損害;再者現有長螺 旋風動潛孔錘沖擊振動旋噴粧施工遇硬巖時只能靠自身重量加壓，效率太低的問題，本發 明提供一種超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝及其設備。
[0006] 本發明的技術方案是:一種超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝及其設備，其特 征在于:利用改造了的SL400多功能水井鉆機，其鉆頭鉆具更能適應硬巖層的特點，利用低 壓水高壓風開孔鉆進，每鉆進一節鉆桿，卸開加下一節鉆桿，到設計粧底標高后，開始切換 為高壓漿高壓風旋噴上提，每上提一節鉆桿，卸一節鉆桿，再提升下一節鉆桿，直至提到地 表，形成大直徑水泥旋噴粧體。必要時再次下噴至設計孔段，再上噴至設計標高。鉆機特征 是:鉆進、提升采用油缸加板式鏈條結構，鉆進軸壓、鉆進速度可根據不同工況調整，有效提 高沖擊器進尺效率。鉆具定心器，輔以水平儀，保證鉆機的開孔精度和鉆孔垂直度。組合式 夾板可變內徑與鉆具匹配。該鉆機最大鉆進深度可達213m，旋噴粧可達213m。如果改造機型 為SL1000水井鉆機型，則其鉆進深度可達1000m。其空壓機出口及氣罐頂部均設有逆止閥， 鉆機風道進入混合通道之前的出口裝有逆止閥，逆止閥的能力與最大反壓力相匹配。
[0007]該新型粧能應用于高壓旋噴注漿粧，止水帷幕粧以及地基處理的高壓旋噴粧，并 能廣泛適用于不同的地層，即使遇到砂卵石、巖層難以成粧的地層也能使施工變得容易，尤 其在深度超過29m的情況下，必要時可施工至200多米深甚至可達1000米深度。施工速度注 漿質量都可得到保證，克服了既有技術的不足。成本大大下降。環保節約，顯示了其極大的 優越性。
[0008]以28m長旋噴粧為例，同樣是砂巖煤巖板巖地層，長螺旋潛孔錘振動旋噴粧鉆成孔 需1小時，而該超長風動潛孔錘振動旋噴粧鉆成孔由于可加壓，只需30分鐘。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝流程圖； 圖2是本發明設備系統構成示意圖； 圖3是本發明的鉆桿結構示意圖； 圖4是本發明分流器的結構示意圖； 圖5是本發明回轉頭的結構示意圖； 圖6是本發明噴頭組件的結構示意圖； 圖7是圖6中內套的結構示意圖（圖8的A-A剖視圖）； 圖8是圖7的俯視圖； 圖9是圖7的B-B剖視圖； 圖10是本發明噴頭組件在使用時與鉆桿和沖擊器連接件連接的剖視圖。
【具體實施方式】
[0010] 參見圖1，本發明一種超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝及其設備，其工藝流程 為:利用改造了的SL400多功能水井鉆機，其鉆頭鉆具更能適應硬巖層的特點，利用低壓水 高壓風開孔鉆進，每鉆進一節鉆桿，卸開加下一節鉆桿，到設計粧底標高后，開始切換為高 壓漿高壓風旋噴上提，每上提一節鉆桿，卸一節鉆桿，再提升下一節鉆桿，直至提到地表，形 成大直徑水泥旋噴粧體。必要時再次下噴至設計孔段，再上噴至設計標高。鉆機特征是:鉆 進、提升采用油缸加板式鏈條結構，鉆進軸壓、鉆進速度可根據不同工況調整，有效提高沖 擊器進尺效率。鉆具定心器，輔以水平儀，保證鉆機的開孔精度和鉆孔垂直度。組合式夾板 可變內徑與鉆具匹配。該鉆機最大鉆進深度可達213m，旋噴粧可達213m。如果改造機型為 SL1000水井鉆機型，則其鉆進深度可達1000m。其空壓機出口及氣罐頂部均設有逆止閥，鉆 機風道進入混合通道之前的出口裝有逆止閥，逆止閥的能力與最大反壓力相匹配。
[0011] 參見圖2-圖10,包括水井鉆機A、空氣壓縮機1、水栗14、泥漿栗15,水井鉆機A的風 道口通過風管4與空氣壓縮機1的出口連接，水井鉆機A的進水口通過轉換閥16分別與水栗 14和泥漿栗15的出口連接。
[0012] 在所述的空氣壓縮機1的出口裝有第一逆止閥2,在水井鉆機A的風道口與風管4之 間裝有第二逆止閥12。兩個逆止閥的能力與最大反壓力相匹配。
[0013] 所述的水井鉆機包括驅動車3、升降機構5、分流器6、回轉頭7、鉆桿8、噴頭組件9、 定心器10和沖擊器11，在驅動車3的前端裝有升降機構5,回轉頭7連接在升降機構5上;在回 轉頭7的上端裝有分流器6，鉆桿8的頂端連接在回轉頭7的下端，鉆桿8的底端連接噴頭組件 9,噴頭組件9的下端連接沖擊器11，在驅動車3的前端的下部裝有定心器10,沖擊器11穿過 定心器10的中心孔。
[0014] 所述的回轉頭7包括前過渡接頭70、漿管接頭701、后接頭71、內管接頭套72、內漿 管73、外過渡接頭74、馬達75、后端蓋76、軸承77、小齒輪702、大齒輪78和主軸套79,主軸套 79轉動連接在支座702上，支座702的一端與所述的升降機構5連接，在該支座702上裝有馬 達75，該馬達5通過相互嚙合的小齒輪702和大齒輪78與主軸套79傳動連接;在該主軸套79 的上端通過外過渡接頭74與后接頭71的下端連接，在該后接頭71的上端設有用于與所述的 分流器6連接的內螺紋711;在該主軸套79的下端與前過渡接頭70連接;在該該主軸套79的 軸心裝有內漿管73,在該內漿管73的下端裝有漿管接頭701，該漿管接頭701穿出該前過渡 接頭70的下端口。
[0015]所述的鉆桿8包括外鉆桿81、內鉆桿82、內鉆桿連接套83、外鉆桿螺紋母接頭84、外 鉆桿螺紋公接口 85和內鉆桿接口 86，內鉆桿82安裝在外鉆桿81的中心孔內，在兩者的上端 之間裝有內鉆桿連接套83，在內鉆桿82的下端裝有內鉆桿接頭86，該內鉆桿接頭86穿出外 鉆桿81的下端;在該外鉆桿81的上端和下端分別設有相互配套的外鉆桿螺紋母接口 84和外 鉆桿螺紋公接口 85。
[0016]所述的噴頭組件9包括噴頭外套91、噴嘴連接套92和噴嘴93,在該噴頭外套91的內 中部裝有噴嘴連接套92;在該噴頭外套91的上端和下端分別設有外鉆桿連接螺紋接口 911 和沖擊器連接內螺紋接口 912;該噴嘴連接套92的底端封閉，其套內空間為內鉆桿漿液通道 921;該噴嘴連接套92的頂端內經與所述的內鉆桿接頭86的外徑配合連接;在該噴頭外套91 和噴嘴連接套92的直徑線上設有對應的通孔922，在該通孔922內裝有噴嘴93;在該噴嘴連 接套92的壁內錯開該通孔922的位置設有軸向的高壓氣體通道923,該高壓氣體通道923與 所述的鉆桿8的外鉆桿81、內鉆桿82之間的空間連通;該噴頭外套91下端的沖擊器連接內螺 紋接口 912通過連接件111與所述的沖擊器11連接。
[0017]所述的分流器6包括固定套、轉動外套69、內外連接管65和轉動管606，固定套的下 部通過軸承與轉動外套69上部的外周面轉動連接，在該固定套的上端設有進水口 61，在該 進水口 61的下面設有進氣口 62;在該轉動外套69的軸心裝有轉動管606，該轉動管606的頂 端與內外連接管65的底端同軸連接，該內外連接管65的外周面與轉動外套69的頂部連接； 該內外連接管65的頂端與所述的進水口 61相通，在該內外連接管65的上部與該固定套對應 于進水口 61之下和進氣口 62之上的部位之間設有上密封圈63;在該轉動外套69的頂部外周 面與該固定套對應于進氣口 62之下的部位之間設有下密封圈66;在該轉動管606的下端連 接有轉動內套下接口 605，該轉動內套下接口 605穿出該轉動外套69的下端，在該轉動內套 下接口 605與轉動外套之間裝有隔離環604;在該轉動外套69的下端設有轉動外套下螺紋接 口 603;在該內外連接管65的下部設有軸向的氣體通道650。圖4中壓蓋602用于軸向固定軸 承、外套等。
[0018] 所述的固定套包括從上至下依次通過螺紋連接的上固定外套608、進氣口外套64、 軸向軸承外套607和下固定外套601。
[0019] 為了實現本發明的目的，即：解決長螺旋風動潛孔錘沖擊振動旋噴粧受粧機高度 限制，從而難以施工長度超過29m的旋噴粧;施工長粧時垂直度也難以保證;尤其當密封圈 磨損嚴重或損毀而未能及時更換時，如何有效避免氣漿混合，保護空壓機不受損害;再者現 有長螺旋風動潛孔錘沖擊振動旋噴粧施工遇硬巖時只能靠自身重量加壓，效率太低的問 題，增加了或改進了分流器6、回轉頭7、鉆桿8、噴頭組件9等。從而使得粧長可達230m甚至達 l000m;鉆具定心器，輔以水平儀，保證鉆機的開孔精度和鉆孔垂直度。其空壓機出口及氣罐 頂部均設有逆止閥，鉆機風道進入混合通道之前的出口裝有逆止閥，逆止閥的能力與最大 反壓力相匹配，因而有效避免了當密封圈磨損嚴重或損毀而未能及時更換時，造成氣漿混 合，保護空壓機不受損害;鉆進、提升采用油缸加板式鏈條結構，鉆進軸壓、鉆進速度可根據 不同工況調整，有效提高沖擊器進尺效率。
[0020] 本發明具體實施例如下： 以下結合北京石景山區銀河商務區K地塊C2商業金融項目c樓北側1-1剖面被動區加 固超長巖石地層風動潛孔錘振動旋噴粧具體實施例進行細述： 1、工程概況： 北京石景山區銀河商務區K地塊C2商業金融項目位于北京市石景山區銀河大街西側， 魯谷路北側。擬建項目由辦公樓、裙房及地下車庫組成，本工程基本概況如下表1。
[0021] 擬建項目基本概況表1
擬建場地地貌上屬于永定河沖洪積扇的上部，場地地勢呈北高南低。
[0022] 2、場地工程水文地質條件： 根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗成果的綜合分析，本次勘探深度(50.0m)范圍 內的地層劃分為人工填土層及一般第四紀坡洪積層、殘積土層、侏羅系、石炭二疊系及薊縣 系。
[0023] 2.1各地層詳細描述如下： 人工填土層(Q4ml) 雜填土①層:雜色，松散~稍密，稍濕，含磚塊、灰渣等，以粘性土充填，局部為原有建筑 房渣土，鉆探揭露厚度0.6~6.8m。
[0024] 粉質粘土素填土①1層:黃褐色，稍濕，稍密，主要為粉質粘土，局部為粘質粉土，含 少量灰渣。
[0025] 碎石素填土①2層:雜色，稍濕，稍密，回填碎石，以粘性土充填，本次勘察僅1#鉆孔 2.8~4.0m揭露該層。
[0026] 細砂素填土①3層:褐灰色，稍濕，稍密，以細砂為主，含少量灰渣，僅13#鉆孔4.0~ 5.5m揭露該層。
[0027] 坡洪積層(Q4dl+pl) 粉質粘土②層:褐黃~黃褐色，濕~很濕，可塑~硬塑，含氧化鐵，局部夾粘質粉土薄 層，含少量碎石，鉆探揭露厚度0.5~8.2m。
[0028]粘質粉土②1層:褐黃色，密實，稍濕，含氧化鐵、云母及少量碎石等。
[0029]殘坡積層（Q4el+dl) 粉質粘土③層:褐黃~棕紅色，濕~很濕，可塑~硬塑，含氧化鐵等，由砂巖、泥巖風化 形成，含少量碎石，鉆探揭露厚度2.0~21.6m。
[0030]粘土③1層:褐黃~棕紅色，濕~很濕，可塑~硬塑，含氧化鐵等，由砂巖、泥巖風化 形成，含少量碎石。
[0031 ] 碎石③2層：雜色，密實，稍濕，成棱角狀，一般粒徑2~4cm，最大粒徑6cm，以約40% 粘性土充填。
[0032]塊石③3層:雜色，密實，稍濕，棱角形為主，粒徑超過50m，以少量粘性土充填。
[0033] 破碎帶 破碎帶④層:雜色，稍濕~飽和，由巖層擠壓形成，破碎帶內土層分布無明顯規律，含粘 性土、碎石、塊石、中等風化、強風化及全風化基巖等，局部有空洞，28#、B4#鉆孔破碎帶有煤 泥存在，本次鉆探揭露厚度3.8~23.0m。
[0034] 侏羅系窯盆組(Jly) 強風化泥質粉砂巖⑤1層，灰色，組織結構已大部分破壞，礦物成分已顯著變化，巖質較 硬，呈碎石狀、碎塊狀，鉆探最大揭露厚度為18.4m。
[0035] 全風化泥質粉砂巖⑤2層，灰黃色，結構已基本破壞，巖石已風化成密實土狀，干鉆 可鉆進。
[0036] 煤巖⑥層:黑色，劣質煤，漏漿嚴重，螺旋鉆鉆進進尺較快，本次勘察最大揭露厚度 為16·6m。
[0037]中等風化板巖⑦層:灰色、灰黑色，粉~細粒結構，片狀構造，節理裂隙較發育，巖 芯呈短柱狀，本次勘察最大揭露厚度為10.3m。
[0038]強風化板巖⑦1層，灰色，組織結構已大部分破壞，巖體被節理、裂隙分割成碎塊 狀，干鉆不易鉆進。
[0039] 侏羅系南大嶺組(Jin) 中等風化玄武巖⑧層:灰色，隱晶質結構，杏仁狀構造，節理裂隙較發育，巖芯呈短柱 狀，本次勘察最大揭露厚度為25.3m。
[0040]強風化玄武巖⑧1層，灰色，隱晶質結構，杏仁狀構造，節理裂隙很發育，巖芯破碎。 [0041 ]全風化玄武巖⑧2層，灰色~灰白色，結構已基本破壞，巖石已風化成堅硬土狀，局 部以風化碎石為主。
[0042] 石炭二疊系（C-P) 中等風化砂巖⑨層，灰白~灰黃色，中風化，主要為粉砂巖、細砂巖和巖肩砂巖，砂狀結 構，層理構造，膠結物主要為泥質及鈣質物質，節理、裂隙較發育，巖芯完整，本次勘察最大 揭露厚度為15.0m。
[0043]強風化砂巖⑨1層，灰白色，主要為粉砂巖和巖肩砂巖，砂狀結構，層理構造，膠結 物主要為泥質及膠體物質，節理、裂隙很發育，巖芯較破碎。
[0044]全風化砂巖⑨2層，灰色~灰白色，結構已基本破壞，巖石已風化成堅硬土狀，局部 以風化碎石為主。
[0045] 薊縣系霧迷山組(JXW) 中等風化白云巖⑩層，灰色~灰綠色，顯晶質結構，塊狀構造，節理裂隙較發育，巖芯呈 短柱狀。局部為燧石條帶白云巖及硅脂白云巖，局部有空洞，本次勘察最大揭露厚度為 21·0m〇
[0046] 強風化白云巖⑩1層，灰色，塊狀結構，節理裂隙很發育，巖芯破碎。
[0047] 2.2水文地質條件 勘察期間地下水情況 本次勘察根據場地地層主要采用DDP-100型及XY-1型鉆機進行鉆探，場地南部部分鉆 孔對上部地層利用SH-30型鉆機查明地下水后再利用DDP-100或XY-100型鉆機進行鉆探，根 據現場鉆探結果，場地南部觀測到一層地下水，具體水位觀測情況詳見表2。
[0048] 地下水位觀測情況一覽表表2
地下水類型為基巖裂隙水，分布于基巖強風化區，受氣候影響較大，一般為暫時性水， 主要補給來源及為大氣降水和地下徑流，主要排泄方式為蒸發及側向徑流，一般水量不大， 但隨季節變化較大，由于場地南部地勢及基巖面相對較低，易形成匯水區。
[0049] 施工期間場地局部排污水管外溢，受其影響，場地基槽開挖過程中局部可能存在 上層滯水。
[0050] 3、1-1剖面處基坑支護設計 1-1剖面設計參數 基坑開挖深度23.80m，上部2.5m采用擋土墻支護，2.5m以下采用粧錨支護。
[00511 4、1-1剖面施工情況簡介 2014年9月11日上午當挖至約-17m時，1-1剖面即基坑北側突然出現明顯位移，現場北 側圍擋外的馬路發現三條較明顯的裂縫，最近一道距基坑約8m，最遠一道距基坑約18m。現 場基坑與裂縫馬路之間有雨水管、天然氣低壓管線等地下管線及廣告圍擋，為了保證周圍 已有建筑物、市政設施、地下管線等不受損傷、少受干擾，必須對馬路的地面裂縫處以及基 坑工程全過程進行系統監測。同時進行上部卸載，底部回填反壓。上部拆除了既有磚墻，并 適當放坡，進行掛網噴砼，底部回填土形成土臺進行反壓，同時為后期加固創造工作面。 [0052]為了查明原因以便采取有針對性的加固措施，建設單位委托了某權威機構進行了 鑒定，為配合該鑒定工作，建設方委托原勘察單位在圍擋外馬路上布置了十個勘探孔，經勘 探后發現該處煤層厚達18m，而且呈約45度順向傾向基坑內。為此該機構經過了半個月的時 間，在進行了綜合計算復核，現場調查及全面論證，最后得出結論是此次裂縫是由于該特殊 地質原因造成，同時也由于該特殊地層造成錨桿承載力不足導致。之后建設方又委托了另 一家權威施工單位對現狀基坑安全進行鑒定，經過了近一個月的調查取樣，測試，得出結論 該基坑剖面需進行加固處理，建議采用內支撐方案。在此基礎上建設方邀請了北京十幾家 專業單位進行了論證，決定采用內支撐方案進行加固。
[0053] 5、內支撐方案招標 建設方于2014年12月19日正式邀請多家進行內支撐方案設計，經過反復比較保留了四 家入圍，進行施工方案比較，最終由某地基公司設計方案中標。該設計方案說明： 該部位由于存在較厚煤層，力學性質較差，產狀傾向基坑，易于滑坍。采用三道內支撐 (角撐)+預應力錨桿方案以平衡側向壓力，并使其效應與已施工完成的護坡粧抗力相適應。 [0054]對基坑內支護結構被動區進行旋噴注漿加固，提高被動區土體抗滑力，施工時對 粧間土進行超前注漿加固，以防止軟弱煤泥從支護粧間滑向基坑。
[0055] 為解決大跨度支撐梁的撓度問題，設計了 14根立柱粧支托該內支撐梁。
[0056] 其中被動區旋噴注漿加固，設計了引孔后雙管旋噴注漿工藝，具體參數如下： 水泥漿液壓力：永20Mpa;壓縮空氣:0 · 6-0 · 7Mpa;噴射量:60-70L/min; 旋轉速度：l〇_15rpm;提升速度：15_20cm/min。
[0057] 具體工藝參數可以根據現場工藝試驗進行調整，以更適合本工程具體條件。要求 正式施工前進行試噴，并對旋噴體和土體(煤層)取樣測定其抗剪強度指標，，要求加固后復 合土體c^200kPa, Φ多13°。旋噴粧徑不小于600mm，搭接100mm。垂直度偏差不大于1%。要 求進入中等風化巖不少于50cm。達到要求后方可正式施工，否則應更換施工工藝。
[0058] 6、旋噴粧試驗過程 為了驗證該施工工藝可否滿足設計要求，由該中標單位進行了現場試驗。
[0059] 按照設計，2015年1-2月間該設計中標單位對高壓旋噴粧進行了 6根兩排旋噴粧的 試驗，采用跟套管鉆機引孔和雙管旋噴。
[0060] 待現場試驗完成28天后，委托相關單位對旋噴粧加固體、粧間及未加固位置鉆芯 取樣;人工挖孔測量旋噴體直徑和粧體垂直度。檢測結果摘選(：、Φ值最大3#西孔的樣品如 下表3。
[0061] 表 3
由該試驗可得到結論是:跟原狀土 (煤層)相比提高不大，尤其粘聚力C遠小于200kPa， 未能滿足設計要求。之后進行了人工挖孔揭示其粧體直徑并驗證其垂直度。實施了兩根粧 人工挖孔到煤層測量旋噴粧體直徑分別為420mm和480mm，垂直度分別達到2.5%和3.0%。粧 體直徑和垂直度未能滿足設計要求。為此召開建設方、監理方、設計方和施工方四方會議， 決定采用我司長螺旋潛孔錘振動旋噴粧專利技術。2015年4月初我司進場兩臺長螺旋潛孔 錘振動旋噴粧設備，于4月14日，在原試驗粧附近施工完成2根高壓旋噴粧。
[0062] 之后人工挖孔檢驗2根旋噴粧，測量加固體的直徑和垂直度。
[0063] 東側的試驗旋噴粧，開挖深度9m，測量注漿加固體直徑不小于610mm，孔中心偏差 60mm(計算垂直度為0.67%); 西側的試驗旋噴粧，開挖深度12.5m，測量注漿加固體直徑不小于700mm，孔中心偏差 80mm(計算垂直度為0.64%); 5月5日，加固體經鉆芯取樣出結果，檢測報告如下表4。
由此可以判定該工藝方法完全可以滿足設計要求，經四方會議決定采用該工藝進行正 式施工。
[0065] 7、施工過程簡介 自2015年5月6日開始施工旋噴粧，由于工作面的限制，只能一臺鉆機施工。開始時從早 6:00至晚10:00,只能施工5~6根，隨著施工熟練程度提高，一天可以施工最高達10根。到8 月中，工作面具備了之后，兩臺長螺旋潛孔錘振動旋噴粧鉆機同時施工，平均一天可完成15 根。該旋噴粧基本集中在施工平臺的西部和中部。6月中補充勘察孔完成后，又進一步提出 基礎粧和旋噴粧的加深設計。其中東部部分旋噴粧最深達到34.5m，這時客觀上又提出一個 問題，現在長螺旋鉆機最深只能完成29m，顯然要完成這部分超長粧是不可能了。
[0066] 8、超長潛孔錘振動旋噴粧技術開發應用 為解決該難題，選擇了河北宣化某廠生產的SL400多功能水井鉆機進行改造，其主要性 能參數如下表5.
尤其最大鉆深可達213m，進尺效率可達10~25m/h，本身帶有風動潛孔錘成孔施工以及 設計的鉆具定心器，輔以水平儀，保證鉆機的開孔精度和鉆孔垂直度。能較好的保證成孔成 粧的垂直度，這些性能都是改造成潛孔錘振動旋噴粧施工機械有利的基礎。經與該廠家協 商，先從動力頭開始，將原進風通道改造為可同時進風和進水泥漿的通道，鉆具也更換為可 同時進風和進漿的二重管鉆具，在潛孔錘上部鉆具上對稱開高壓噴嘴，因該工程最深粧為 34.5m，第一步配備了 40m鉆具。潛孔錘以及空壓機仍采用原配套設備，經過近一個月的室內 設計加工，具備了現場試驗條件。
[0067] 7月25日到現場進行了兩根粧試噴，于7月26日開挖后測量粧徑，滿足直徑不小于 600mm要求。
[0068]由于霧霾停工、閱兵提前停工等原因一直到9月底才又開始復工進行該旋噴粧施 工。剛施工兩天，一天施工一根粧，還在摸索階段，出現了一個意想不到的事故，由于鉆桿之 間的密封圈磨損嚴重使得氣道與漿液通道聯通，從而導致高壓漿進入低壓氣通道，直至進 入空壓機氣罐內，甚而油管內也進入水泥漿。單修理空壓機就花了十幾萬近一個月時間。分 析原因主要是空壓機沒有按規定裝逆止閥。為此再一次改進，在空壓機上風出口及氣罐頂 部各裝一個逆止閥，同時在鉆機氣液混合前的管路上也裝了逆止閥。這就保證了可以避免 類似事故的發生。重新租了一臺空壓機施工。從早6:00至晚10:00,逐漸熟練后每天可施工 30多米長的旋噴粧5~6根。較好的解決了該超長旋噴粧難題。
【主權項】
1. 一種超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝，其特征在于，包括以下步驟： (1) 鉆孔:利用改進的SL400多功能水井鉆機，利用低壓水高壓風開孔鉆進，每鉆進一節 鉆桿，卸開加下一節鉆桿，直至孔深到設計粧底標高； (2) 旋噴水泥衆:開始切換為尚壓衆尚壓風旋噴上提，每上提一節鉆桿，卸一節鉆桿，再 提升下一節鉆桿，直至提到地表，形成大直徑水泥旋噴粧體。2. 根據權利要求1所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝，其特征在于:所述的步 驟（1)中，水壓為10~15MPa;風壓為1.5~2. OMPa。3. 根據權利要求1所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝，其特征在于，所述的步 驟(2 )中，注漿的壓力為25~30MPa;高壓風的壓力為1.5~2. OMPa。4. 根據權利要求1所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工工藝，其特征在于，在注漿不 飽滿或粧直徑達不到設計要求時，需再次下噴至設計孔段，再上噴至設計標高。5. -種超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工設備，其特征在于，包括水井鉆機A、空氣壓縮 機1、水栗14、泥漿栗15,水井鉆機A的風道口通過風管4與空氣壓縮機1的出口連接，水井鉆 機A的進水口通過轉換閥16分別與水栗14和泥漿栗15的出口連接。6. 根據權利要求5所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工設備，其特征在于，在所述的 空氣壓縮機1的出口裝有第一逆止閥2，在水井鉆機A的風道口與風管4之間裝有第二逆止閥 12。7. 根據權利要求1所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工設備，其特征在于，所述的水 井鉆機包括驅動車3、升降機構5、分流器6、回轉頭7、鉆桿8、噴頭組件9、定心器10和沖擊器 11，在驅動車3的前端裝有升降機構5,回轉頭7連接在升降機構5上;在回轉頭7的上端裝有 分流器6,鉆桿8的頂端連接在回轉頭7的下端，鉆桿8的底端連接噴頭組件9,噴頭組件9的下 端連接沖擊器11，在驅動車3的前端的下部裝有定心器10,沖擊器11穿過定心器10的中心 孔。8. 根據權利要求7所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工設備，其特征在于，所述的回 轉頭7包括前過渡接頭70、漿管接頭701、后接頭71、內管接頭套72、內漿管73、外過渡接頭 74、馬達75、后端蓋76、軸承77、小齒輪702、大齒輪78和主軸套79,主軸套79轉動連接在支座 702上，支座702的一端與所述的升降機構5連接，在該支座702上裝有馬達75,該馬達5通過 相互嚙合的小齒輪702和大齒輪78與主軸套79傳動連接;在該主軸套79的上端通過外過渡 接頭74與后接頭71的下端連接，在該后接頭71的上端設有用于與所述的分流器6連接的內 螺紋711;在該主軸套79的下端與前過渡接頭70連接;在該該主軸套79的軸心裝有內漿管 73,在該內漿管73的下端裝有漿管接頭701，該漿管接頭701穿出該前過渡接頭70的下端口。9. 根據權利要求7所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工設備，其特征在于，所述的鉆 桿8包括外鉆桿81、內鉆桿82、內鉆桿連接套83、外鉆桿螺紋母接頭84、外鉆桿螺紋公接口 85 和內鉆桿接口 86，內鉆桿82安裝在外鉆桿81的中心孔內，在兩者的上端之間裝有內鉆桿連 接套83，在內鉆桿82的下端裝有內鉆桿接頭86，該內鉆桿接頭86穿出外鉆桿81的下端;在該 外鉆桿81的上端和下端分別設有相互配套的外鉆桿螺紋母接口 84和外鉆桿螺紋公接口 85。10. 根據權利要求9所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工設備，其特征在于，所述的 噴頭組件9包括噴頭外套91、噴嘴連接套92和噴嘴93,在該噴頭外套91的內中部裝有噴嘴連 接套92;在該噴頭外套91的上端和下端分別設有外鉆桿連接螺紋接口 911和沖擊器連接內 螺紋接口 912;該噴嘴連接套92的底端封閉，其套內空間為內鉆桿漿液通道921;該噴嘴連接 套92的頂端內經與所述的內鉆桿接頭86的外徑配合連接;在該噴頭外套91和噴嘴連接套92 的直徑線上設有對應的通孔922,在該通孔922內裝有噴嘴93;在該噴嘴連接套92的壁內錯 開該通孔922的位置設有軸向的高壓氣體通道923,該高壓氣體通道923與所述的鉆桿8的外 鉆桿81、內鉆桿82之間的空間連通;該噴頭外套91下端的沖擊器連接內螺紋接口 912通過連 接件111與所述的沖擊器11連接。11. 根據權利要求9所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工設備，其特征在于，所述的 分流器6包括固定套、轉動外套69、內外連接管65和轉動管606，固定套的下部通過軸承與轉 動外套69上部的外周面轉動連接，在該固定套的上端設有進水口 61，在該進水口 61的下面 設有進氣口 62;在該轉動外套69的軸心裝有轉動管606，該轉動管606的頂端與內外連接管 65的底端同軸連接，該內外連接管65的外周面與轉動外套69的頂部連接;該內外連接管65 的頂端與所述的進水口 61相通，在該內外連接管65的上部與該固定套對應于進水口 61之下 和進氣口 62之上的部位之間設有上密封圈63;在該轉動外套69的頂部外周面與該固定套對 應于進氣口 62之下的部位之間設有下密封圈66;在該轉動管606的下端連接有轉動內套下 接口 605，該轉動內套下接口 605穿出該轉動外套69的下端，在該轉動內套下接口 605與轉動 外套之間裝有隔離環604;在該轉動外套69的下端設有轉動外套下螺紋接口 603;在該內外 連接管65的下部設有軸向的氣體通道650。12. 根據權利要求11所述的超長風動潛孔錘振動旋噴粧施工設備，其特征在于，所述的 固定套包括從上至下依次通過螺紋連接的上固定外套608、進氣口外套64、軸向軸承外套 607和下固定外套601。
【文檔編號】E02D15/04GK105926626SQ201610287488
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】何世鳴, 苑占武, 李江, 田震遠, 趙長春, 周與誠, 張明中, 陳輝, 司呈慶, 梁成華, 賈城, 郁河坤, 王建明, 黃鑫峰, 李長生, 馮成勇, 王海寧, 洪偉, 陳鵬, 郭躍龍
【申請人】北京建材地質工程公司, 中材地質工程勘查研究院有限公司, 北京城建科技促進會