[实用新型]钻机、盾构机旋喷护壁装置

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程中土层成孔领域，尤其涉及钻机、盾构机钻进与旋喷护壁综合成孔方法。

背景技术

在土层中实施灌注桩、锚杆、地质勘查、各类管线穿越等项目成孔时，经常会遇到塌孔现象。由于塌孔造成浇筑的桩体质量不合格、钻孔不能继续实施、工期延长的情况也屡见不鲜。为了防止塌孔发生，常见的方法有：在塌孔部位现浇砼，凝固后从新钻孔，这种方法浪费大、造价高，且延长工期；采用孔护臂筒体方法，这种方法需要将护壁植入孔内和拔出的设置，在孔径大的情况下成本很高，且常出现无法取出的情况，工期影响大；采用泥浆护壁，这种方法对场地污染大，费用高，近年来也很少采用。总之，土层成孔的塌孔问题一直没有令人满意的解决方法，对工程建设影响很大。

在隧道盾构机成孔时，也存在孔顶坍塌或地下水流失引起地面沉降事故，经济损失和社会影响极大。目前，为了避免这种情况发生，多采用土层冷冻法防止坍塌和地下水流失。这种方法成本极高，且一旦停电后果严重。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：由于钻孔过程中，孔壁处的土体不稳定经常导致塌孔；即使钻孔形成后，在混凝土浇筑过程中也经常出现塌孔，导致质量事故发生；盾构机成孔时，防止孔顶坍塌和地下水从孔壁流失。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种旋喷护壁装置，在钻机和盾构机成孔时分别为：

钻机旋喷护壁装置，旋喷护壁装置依附于钻机钻头上，钻头上有刀具，其特征在于：包括高压水泥浆管、速凝剂管、高压水泥浆喷头和护壁筒；所述高压水泥浆管和速凝剂管并行，设置在钻机自带的钻机主轴中，在钻机自带的钻具筒体尾端与压水泥浆喷头相连；所述高压水泥浆喷头设置在钻具筒体尾端边沿，内设速凝剂空腔、面对孔壁土体的高压水泥浆出口和 多个分布在高压水泥浆喷头内侧壁上的速凝剂出口，高压水泥浆由高压水泥浆出口喷出，速凝剂进入速凝剂空腔由速凝剂出口喷出；所述护壁筒为圆筒状，设置在钻头自带的钻具筒体后部，在高压水泥浆喷头部分留有让高压水泥浆喷出的孔。

盾构机旋喷护壁装置，旋喷护壁装置依附于盾构机刀盘上，其特征在于：包括高压水泥浆和速凝剂输入装置、高压水泥浆管、速凝剂管、旋转转换接头、高压水泥浆喷头和护壁筒；所述高压水泥浆、速凝剂输入装置设置在盾构机后部；所述高压水泥浆管和速凝剂管并行，连接高压水泥浆、速凝剂输入装置，在盾构机刀盘后面旋转转换接头处分为多根管道与压水泥浆喷头相连；所述高压水泥浆喷头设置在盾构机刀盘尾端边沿，内设速凝剂空腔、面对孔壁土体的高压水泥浆出口和多个分布在高压水泥浆喷头内侧壁上的速凝剂出口，高压水泥浆由高压水泥浆出口喷出，速凝剂进入速凝剂空腔由速凝剂出口喷出；所述护壁筒为筒状，设置在盾构机刀盘后部，在高压水泥浆喷头部分留有让高压水泥浆喷出的孔，盾构机刀盘上有刀具。

采用上述技术方案，高压水泥浆管和速凝剂管并行，可以将水泥浆和速凝剂同时分别输送至高压水泥浆喷头。水泥浆在高压水泥浆喷头处高速喷出，对分布在高压水泥浆喷头内侧壁上的速凝剂出口产生负压，吸出速凝剂空腔中的速凝剂与水泥浆混合。这样可以保证水泥浆不在管道内凝结，保持畅通，提高装置的工作稳定性和寿命。

采用上述技术方案，高压水泥浆喷头固定在钻具筒体或盾构机刀盘尾部边沿，面对孔壁。钻头旋转向前钻孔时，高压水泥浆射流侵入孔周一定范围土体，进行搅拌，使其形成水泥和土混合体，最后固结成为筒形的钻孔护壁。根据土层条件，调整水泥浆压力，增加高压水泥浆射流初速度，可保证和增加钻孔护壁厚度，满足不同孔径钻孔的孔壁稳定。

采用上述技术方案，护壁筒的作用是保证旋喷形成的水泥和土混合体在凝结前的临空面形状。根据土层钻孔速度，选择速凝剂凝结时间，确定护壁筒的长度，可确保水泥浆和土的混合体在露出护壁筒后部时已经固结达到基本稳定的强度。考虑到速凝剂只影响水泥的后期强度，钻孔护壁是一个临时稳定问题，后期强度没有意义。因此，可适当增加速凝剂的用量，加快凝结时间。

采用上述技术方案，调整速凝剂出口在高压水泥浆喷头内壁上的数量、分布形式、孔径，可控制速凝剂用量和尽量与高压水泥浆出口喷出的水泥浆均匀混合。在必要时，在高压水泥浆射流产生负压吸出速凝剂的同时，辅助施加速凝剂压力，使其混合均匀。此外，在高压水泥浆射流搅拌孔周土体时，速凝剂也可以得到进一步搅拌，达到均匀化目的。

在隧道盾构中采用上述技术方案，由于高压旋喷水泥桨止水效果很好，可以防止盾构过程中洞顶坍塌和地下水从洞壁流失，避免地面沉降。