[发明专利]在混凝土上进行高精度垂直钻孔的施工方法及其钻孔装置

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土钻孔技术，尤其是涉及一种用于水利水电工程大坝中在混凝土上进行高精度垂直钻孔的施工方法及其钻孔装置。

背景技术

在工业与民用建筑的管道安装、改造施工中，使用金刚石薄壁钻头进行混凝土垂直钻孔施工已经很广泛，施工技术已经非常成熟。但工业与民用建筑中的混凝土钻孔施工孔深较浅、垂直度要求低，施工难度低。而用液压式立轴钻机进行地质岩芯钻探更是非常常见，技术也非常成熟，虽然钻孔深度较深，但其所钻地层与混凝土有较大差异，钻孔垂直度要求也较低，一般仅为1%～3%。而南水北调中线源头丹江口水库大坝加高改扩建工程中的技术施工方案中，为解决每条应力释放缝，需从大坝下游侧钻10个长12 m的高精度混凝土水平钻孔，以确保和在每条应力释放缝大坝上游方面垂直钻孔22 m深处能百分之百的相交，其垂直钻孔精度达到倾斜率不大于3‰。如此深的混凝土钻孔又有如此高的垂直度要求，施工难度极大。

申请号为CN200510062186.4的发明专利申请就公开了一种碾压混凝土钻孔取芯工艺，技术方案是：单管钻具由多根长度0.25～4 m 不等、两端螺纹同心度较高的短岩芯管对接而成，总长为8～10 m，钻具累计直线度偏差不超过5 mm，并在两钻杆柱中间增设外径与钻具同径的单动扶正器；钻具取芯后，吊离孔口前，增设抗弯装置；钻具起钻后，增设退芯装置，其步骤为：拆开钻具上部接头长度为20～30 cm、外径略小于岩芯管内径的橡皮活塞放在混凝土芯上部的岩芯管内，装上接头与胶管接头，利用水泵与液压传动的平稳性以30 cm/min的速度将混凝土芯缓慢压出岩芯管。具有上述步骤的碾压混凝土钻孔取芯工艺存在钻孔精度和取芯率低的严重缺陷。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中的不足，提供一种可快速移机、起下钻方便快捷、施工高效、钻孔垂直度好、钻孔精度和取芯率高的在混凝土上进行高精度垂直钻孔的施工方法及其钻孔装置。

为解决现有技术中的问题，本发明在混凝土上进行高精度垂直钻孔的施工方法，采用金刚石薄壁钻进工艺，包括如下步骤：

（1）设备及机具的选择：根据在施工过程中便于安装、搬迁的需要合理选择动力驱动设备；根据钻孔口径和金刚石钻进的技术要求，选用合适的辅助机具；根据高效快速钻切的需要，选用合适的钻孔装置及其级配；

（2）设备的安装与固定；

（3）确定钻进操作过程及钻进参数值：钻进过程包括开孔钻进和正常钻进，在所述正常钻进过程中，当孔内遇到异常情况时，还包括孔内异常钻进，根据三种钻进状态，确定开孔钻进、正常钻进和孔内异常钻进的钻进参数值，在每种钻进情况下均适当调整；

（4）钻孔施工：按照步骤（3）确定的钻进操作过程进行钻孔施工；

（5）钻孔取芯：在步骤（4）钻孔施工过程中，采用卡簧取芯法进行岩芯的采取，取芯的长短取决于岩芯的完整性和岩芯管的长度；

（6）钻孔孔斜测量：在步骤（4）钻孔施工过程中，根据重锤测斜原理，使用钻孔测斜仪准确地测量出钻孔轴线的偏斜位移尺寸，以便判断是否满足质量要求；

（7）钻孔纠偏：当步骤（6）中测得钻孔轴线的偏斜位移尺寸超出允许范围时，实施纠偏； 

（8）混凝土岩芯的编录与保护：在钻孔施工结束后，绘制钻孔图表，对混凝土结构和胶结状况以及构造特征进行描述并保留主要孔段的具有特征的岩芯；

（9）钻孔质量的检查和验收：在钻孔施工结束后，组织质量检查和验收，并签字存档。

上述方法中，步骤（1）中所述动力驱动设备选择以柴油机为动力的XY-200型液压式立轴钻机，所述辅助机具包括供应冲洗液的BW150/30型单缸往复式泵和辅助A字型钻塔。

上述方法中，步骤（3）中所述开孔钻进的参数值为：钻压2～7 kN，转数200～700 r/min，泵量20～60 L/min；所述正常钻进的参数值为：钻压5～13 kN，转数700～1500 r/min，泵量25～80 L/min；所述孔内异常钻进的参数值为：钻压1～5 kN，转数130～450 r/min，泵量25～70 L/min。 

所述步骤（4）包括以下分步骤：

（4.1）开孔钻进：采用轻压、慢转的操作方式，并接300 mm长的岩芯管连接扩孔器和钻头进行钻进，钻进深度达0.5 m后停止钻进，执行步骤（6）和（7），符合实际要求方可继续钻进；

（4.2）正常钻进：正常钻进参数值，使岩芯管长度增加到4～6 m，保持满眼钻进，每间隔3 m加一个扶正器，当孔内遇到异常情况时则继续执行分步骤（4.3）；