[發(fā)明專利]超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進系統(tǒng)及其施工方法

有效

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• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113530445B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊平;陳馳;吳永哲;劉紅偉;劉欣;張婷;黃日生;牛文;唐宇
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學;中交隧道工程局有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/10;E21B17/02;E21B47/02;E21B10/00;E21B21/00
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1.超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括孔口裝置(11)、鉆機(3)、鉆桿(6)、鴨嘴楔型鉆頭(8)、測斜儀(10)和泥漿循環(huán)系統(tǒng)(5)；所述孔口裝置(11)包括孔口管(12)、小閘閥(15)、球閥(14)和密封盒(16)，為鉆桿(6)鉆進導(dǎo)向并密封孔口；采用低碳鋼管作鉆桿(6)兼作凍結(jié)管，通過梯形絲扣內(nèi)管箍并在鉆桿連接處采用對接焊頭(7)連接，將鉆桿(6)與絲扣內(nèi)管箍(18)分別加工為梯形內(nèi)、外螺紋，安裝緊密后在鉆桿坡口(21)處作滿焊(20)；在直徑為115mm～120mm的鴨嘴楔型鉆頭(8)后部200mm處設(shè)置有線測斜探棒(9)，連接SE-1型測斜儀(10)實時顯示鉆頭偏斜；鉆機(3)架設(shè)在可自由移動、升降的鉆機平臺(4)上，與鉆桿(6)利用異徑接頭(17)連接；泥漿循環(huán)系統(tǒng)(5)與鉆機(3)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進系統(tǒng)，其特征在于，孔口裝置(11)包括孔口管(12)、小閘閥(15)、球閥(14)和密封盒(16)；孔口管(12)為鋼管，定位后用不少于3根膨脹螺絲(13)固定在管片(2)上，用螺栓連接球閥(14)和密封盒(16)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進系統(tǒng)，其特征在于，鉆機(3)為MX-120型，架設(shè)在可自由移動、升降的鉆機平臺(4)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進系統(tǒng)，其特征在于，采用跟管法鉆進，鉆桿(6)兼作凍結(jié)管，為低碳鋼管；鉆桿(6)通過梯形絲扣內(nèi)管箍并在鉆桿連接處采用對接焊頭(7)連接，是將絲扣內(nèi)管箍(18)加工為梯形外螺紋，鉆桿(6)加工為梯形內(nèi)螺紋，做坡口處理，涂抹螺紋膠(23)旋轉(zhuǎn)安裝緊密后在鉆桿坡口(21)處滿焊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進系統(tǒng)，其特征在于，鴨嘴楔型鉆頭(8)直徑為115mm～120mm，后部200mm處設(shè)置有線測斜探棒(9)，信號線連接SE-1型測斜儀(10)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進系統(tǒng)，其特征在于，泥漿循環(huán)系統(tǒng)(5)采用自制立式旋流攪拌機，泥漿泵采用BW一250(150)型，根據(jù)出漿量泵壓控制在0.6～1.0MPa，泵量不大于30L/min。

7.超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進施工方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-6任一項所述超長水平凍結(jié)孔防偏斜鉆進系統(tǒng)進行施工，包括以下步驟：

a.測放管位管片開孔，采用全站儀測放凍結(jié)管位，控制誤差在30mm以內(nèi)，避開管片縫和受力主筋，禁止向內(nèi)移，管片(2)上開孔并預(yù)留6cm不打透，孔徑

b.埋設(shè)孔口裝置二次開孔，根據(jù)管位埋設(shè)孔口裝置(11)，用金剛鉆打穿管片(2)，如出現(xiàn)滲漏，立即關(guān)閉閘閥并注漿加固孔口；

c.調(diào)測入孔角度，包括方位角和俯仰角，補償水平鉆進中因鉆具自重導(dǎo)致鉆具前端下垂和順時針旋轉(zhuǎn)右旋力造成的偏斜，實現(xiàn)預(yù)糾偏；根據(jù)鉆孔試驗，糾偏角度取0.1～0.3°；

d.跟管鉆進，連接鉆機(3)、鉆桿(6)和鴨嘴楔型鉆頭(8)，軟質(zhì)均勻土層中快速鉆進，硬質(zhì)地層及軟硬不均地層中減壓低速鉆進；隨鉆定向糾偏，方法為：鉆進開始前設(shè)好初始角度，鉆進時SE-1型測斜儀(10)即可顯示出相對變化的方位角和俯仰角，根據(jù)與設(shè)計軌跡的差異，利用鴨嘴楔型鉆頭(8)進行糾偏，打直孔時鉆桿(6)旋轉(zhuǎn)加推進；需要進行轉(zhuǎn)向調(diào)整時，停止旋轉(zhuǎn)，將鴨嘴楔型鉆頭(8)斜板面調(diào)整到需要糾偏方向后只推進不旋轉(zhuǎn)，通過測斜儀(10)顯示達到糾偏角度后再次旋轉(zhuǎn)推進，必要時可短距離回鉆平推，糾偏后利用燈光測繪儀復(fù)核；

e.循環(huán)泥漿沖洗液，鉆進時利用泥漿循環(huán)系統(tǒng)(5)循環(huán)沖洗液，潤滑、冷卻鉆頭，避免鉆屑在鉆具底部沉積造成鉆孔偏斜，護壁防止超長鉆孔坍塌；泥漿沖洗液以膨潤土、外加劑和水攪拌而成，采用馬氏漏斗粘度測定泥漿粘度；粘土層不加外加劑，粘度為30秒；粉細砂、中粗砂層摻入纖維素，粘度分別為40、50秒，PH值控制在8.5～10；回收處理后檢查泥漿粘度及PH值后循環(huán)利用；泥漿用量按下式計算：

V＝(3～5)L×π×R²

V-膨潤土泥漿用量，m³

L-鉆孔長度，m

R-鉆孔直徑，m

f.充填注漿，鉆進至設(shè)計深度后，利用泥漿循環(huán)系統(tǒng)(5)充填注漿，保護凍結(jié)管并控制地面沉降；選擇混合漿液，質(zhì)量配比為水泥∶膨潤土∶水＝400～500∶40∶1000，混合漿液的初凝時間為8小時；注漿壓力按正常鉆進時泵壓+0.2MPa，絕對泵壓不超過2.5MPa；終孔后24小時進行孔口補充注漿；

g.打壓試漏終孔測斜，對凍結(jié)管進行注水試壓檢測密閉性，注水壓力1.0MPa，要求前30分鐘壓力下降不超過0.05MPa，后15分鐘穩(wěn)壓不降；復(fù)測該凍結(jié)孔的偏斜，控制在200mm以內(nèi)，否則補孔。