[发明专利]超长水平冻结孔防偏斜钻进系统及其施工方法

说明书

本发明公开了超长水平冻结孔防偏斜钻进系统及其施工方法，所述系统包括孔口装置、钻机、钻杆、鸭嘴楔型钻头、测斜仪和泥浆循环系统，孔口装置为钻杆导向并密封孔口；钻杆兼作冻结管，通过梯形丝扣内管箍并在钻杆连接处采用对接焊头连接；在鸭嘴楔型钻头后设置有线测斜探棒，连接测斜仪实时显示偏斜并利用鸭嘴楔型钻头定向纠偏；泥浆循环系统与钻机连接，钻进时循环冲洗液，钻进至设计深度后充填注浆。本发明所述系统及其施工方法对地层扰动小，通过预补偿、优选钻具和钻进中实时纠偏保证超长水平冻结孔的偏斜满足设计要求，根据地层条件配置不同配比的冲洗液护壁防止超长钻孔坍塌，确保超长距离水平冻结施工安全可靠。

技术领域

本发明属于人工冻结法施工技术领域，具体为超长水平冻结孔防偏斜钻进系统及其施工方法。

背景技术

人工冻结法是利用人工制冷技术将地层中的水冻结成冰，形成高强度冻结壁并隔绝地下水，进行地下工程施工的地基加固方法。冻结法作为一种临时地基加固方法，因其安全可靠、对环境影响小等优点，目前已被广泛应用于地铁隧道盾构始发与接收端头加固、联络通道加固施工、盾尾刷更换密封止水等城市地下工程施工中。

随着城市地下工程建设的迅猛发展，地下既有建筑物、构筑物不断增多，冻结法施工不断涌现出新的难题，尤其是水平冻结的距离不断加长，对冻结孔偏斜控制的难度也不断增大，冻结孔的偏斜控制是冻结施工能否成功的关键。水平钻进过程中，钻具前端受钻具自重影响的下垂、钻具顺时针旋转产生的右旋力以及钻屑在钻具底部的沉积等，都会造成钻孔偏斜。若某钻孔发生偏斜，与设计角度差异过大，就会严重降低冻结帷幕厚度，成为整个冻结帷幕的弱点，甚至工程失败。且超长距离水平冻结多采用双向钻孔布设冻结管，在中间位置搭接，一旦发生偏斜，相互搭接不到位，可能会导致冻结帷幕无法闭合，无法承载封水，引发工程事故。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，在打设超长水平冻结孔时，控制冻结孔偏斜在设计范围内，保证冻结壁的规整密闭，冻结施工安全可靠，本发明提供了超长水平冻结孔防偏斜钻进系统及其施工方法。

技术方案：

超长水平冻结孔防偏斜钻进系统，所述系统包括孔口装置、钻机、钻杆、鸭嘴楔型钻头、测斜仪和泥浆循环系统，孔口装置为钻杆导向并密封孔口；钻杆兼作冻结管，通过梯形丝扣内管箍并在钻杆连接处采用对接焊头连接；在鸭嘴楔型钻头后设置有线测斜探棒，连接测斜仪实时显示钻头偏斜；钻机与钻杆利用异径接头连接；泥浆循环系统与钻机连接。

优选的，孔口装置包括孔口管、小闸阀、球阀和密封盒。孔口管为钢管，定位后用不少于3根膨胀螺丝固定在管片上，用螺栓连接球阀和密封盒。

优选的，钻机为MX-120型，架设在可自由移动、升降的钻机平台上。

优选的，采用跟管法钻进，钻杆兼作冻结管，为低碳钢管。钻杆通过梯形丝扣内管箍并在钻杆连接处采用对接焊头连接，是将内管箍加工为梯形外螺纹，钻杆加工为梯形内螺纹，做坡口处理，涂抹螺纹胶旋转安装紧密后在钻杆坡口处满焊。

优选的，鸭嘴楔型钻头直径为115mm～120mm，后部200mm处设置有线测斜探棒，信号线连接SE-1型测斜仪。

优选的，泥浆循环系统采用自制立式旋流搅拌机，泥浆泵采用BW-250(150)型，根据出浆量泵压控制在0.6～1.0MPa，泵量不大于30L/min。

超长水平冻结孔防偏斜钻进施工方法，该方法采用以上任一项所述超长水平冻结孔防偏斜钻进系统进行施工，包括以下步骤：

a.测放管位管片开孔，采用全站仪测放冻结管位，控制误差在30mm以内，避开管片缝和受力主筋，禁止向内移，管片上开孔并预留6cm不打透，孔径

b.埋设孔口装置二次开孔，根据管位埋设孔口装置，用金刚钻打穿管片，如出现渗漏，立即关闭闸阀并注浆加固孔口。