[發明專利]低污染高效能孔底局部內循環出渣工藝與成孔裝置

在審

• 申請號: 202111041298.7
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113863852A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 王輝;王開強;鈕洪亮;陳波;方小林;慕冬冬;陳百奔
• 申請（專利權）人: 中建三局集團有限公司
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B27/00;E21B27/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

本發明公開了一種低污染高效能孔底局部內循環出渣工藝與成孔裝置，出渣通道貫穿于被懸吊于孔底進行豎向巖土掘進施工的集成銑挖頭中，被碎巖鉆具切削后的鉆渣通過垂直螺旋提渣器提升后進入中空出渣通道，在自重和垂直螺旋提渣器產生孔底負壓的共同作用下，進入中空出渣通道的渣土或渣水混合物返回孔底渣土腔，構成局部內循環通路；垂直螺旋提渣器上部設置橫向渣土出口與中空出渣通道連通；過濾式撈渣桶被吊運往返于地表與中空出渣通道的底部，將渣土逐桶吊運至地表。實現渣土無泥漿出渣，解決泥漿循環出渣所產生的環境污染、資源浪費、泥皮及孔底沉渣影響問題；出渣通道構成局部內循環，節省能源且避免污染環境，改善施工勞動強度和工作環境。

技術領域

本發明屬于地下工程施工技術領域，具體涉及一種用于豎向巖土掘進的低污染高效能孔底局部內循環出渣工藝與成孔裝置。

背景技術

破碎巖土、出渣、維持孔壁穩定是形成穩定地下空間進而開展基礎工程建設的三大關鍵施工技術。按破碎巖土、出渣方式不同，現有的機械成孔方法主要包括適用于圓形孔的回旋鉆機、沖擊鉆機、沖抓鉆機、潛水鉆機、旋挖鉆機、螺旋鉆機、全套管鉆機以及適用于成槽的鋼絲繩抓斗、液壓導板抓斗、導桿液壓抓斗、雙輪銑等。在這些成孔方法中，除了旋挖鉆、螺旋鉆可在一定的適宜條件下不需泥漿采用干孔作業外，其余均需利用泥漿進行排渣或維持孔壁穩定，可以說泥漿在機械成孔技術中發揮著不可或缺的重要作用。然而，現有的泥漿正循環、反循環工藝采用滿孔置漿、“整孔-地面”大循環出渣，面臨著如下實際負面問題：①需制備泥漿量大，資源浪費、環境污染嚴重；②廢漿處理困難，外運成本高，易造成二次環境污染；③需建、拆泥漿池和配置泥漿制作、循環設備，施工投入大；④能源效率低，80％以上的能源轉化為泥漿循環而非攜渣做功；⑤孔壁泥皮、孔底沉渣影響成樁質量等。

此外，現有樁工機械成孔普遍為圓形，對于矩形灌注樁尚無相應的專用樁工機械成孔設備。傳統矩形樁施工主要以人工挖孔為主，而人工挖孔樁施工作業環境惡劣，工人勞動強度大、危險性極高、安全保障極差，是一種落后的施工工藝，也是建設部嚴格限制或禁止類技術。這使得具有優越力學特性的矩形樁在工程建設領域的應用受到了嚴格的限制和制約，進而也造成很多工程設計方案扭曲和資源浪費。無專用矩形樁成孔設備無疑成了應用矩形灌注樁的施工技術瓶頸。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種用于豎向巖土掘進的低污染高效能孔底局部內循環出渣工藝，解決傳統泥漿大循環出渣所產生的環境污染、資源浪費、能源效率低、成樁質量控制復雜等技術問題。

相應地，本發明還提供了一種低污染高效能孔底局部內循環成孔裝置，解決當前樁施工特別是矩形孔施工無專用成孔機械裝備的現實工程問題，實現全斷面機械碎巖形成矩形截面孔，孔底局部內循環無泥漿出渣；也提供了一種低污染高效能孔底局部內循環圓形成孔裝置，解決了傳統圓形樁孔機械成孔施工中泥漿大循環出渣所產生的上述問題。本發明的低污染高效能孔底局部內循環出渣工藝具有先進、實用、環保、節能等功能特性，同理還可應用于各種形狀的灌注樁、豎井、沉井、圍堰下沉等豎向巖土掘進開挖工程施工領域。

為解決上述問題，本發明采用如下技術方案：

一種低污染高效能孔底局部內循環出渣工藝，用于豎向巖土掘進成孔作業，其特征在于：

集成銑挖頭被懸吊于孔內對巖土破碎成孔，成孔同時通過貫穿于集成銑挖頭中的出渣通道進行渣土收集和出渣；集成銑挖頭至少包括碎巖鉆具、垂直螺旋提渣器和中空出渣通道；被碎巖鉆具切削后的鉆渣在孔底形成渣土腔，渣土腔內的渣土或渣水混合物通過垂直螺旋提渣器提升后進入中空出渣通道，在自重和垂直螺旋提渣器產生孔底負壓的共同作用下，進入中空出渣通道的渣土或渣水混合物返回孔底渣土腔，構成局部內循環通路；

巖土掘進過程中，將過濾式撈渣桶吊運至中空出渣通道內，并使過濾式撈渣桶的桶口位于垂直螺旋提渣器出土口下方，過濾式撈渣桶具有渣水分離功能，使內循環流動的渣土或渣水混合物將被攔截、過濾到撈渣桶中；過濾式撈渣桶被吊運往返于地表與中空出渣通道的底部之間，將渣土逐桶吊運至地表，實現低污染高效能出渣。