一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法

技术领域

本发明涉及冻结施工的领域，尤其是涉及一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法。

背景技术

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，尤其是冻结的距离不断加长，对钻孔精度要求也在不断的提高，同时也在不断的涌现各种冻结孔施工的新工艺，以控制冻结孔施工的偏斜度。

相关技术中，在冻结造孔施工过程中使用定向仪来辅助控制冻结孔的偏斜度，并将定向仪的探棒安装在冻结管的钻头后方，且在钻孔过程中采用泥浆进行循环护壁，但是泥浆在流经定向仪的探棒位置时容易出现堵塞现象，从而造成注浆压力变大，影响泥浆循环以及造孔施工。

针对上述中的相关技术，申请人认为存在以下缺陷：在冻结造孔施工过程中，循环护壁的泥浆在流经定向仪的探棒位置时容易出现堵塞现象而影响造孔施工。

发明内容

为了降低循环护壁的泥浆在定向仪的探棒位置堵塞对造孔施工的不利影响，本申请提供一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法。

本申请提供的一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法采用如下的技术方案：

一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法，包括如下步骤：

安装孔口密封装置：在设计冻结孔的孔口位置处进行凿平，然后将孔口密封装置的一端砸进冻结孔的孔口位置处；

二次开孔：打开孔口密封装置的内部通道，并将钻头穿过孔口密封装置的内部通道进行二次开孔，二次开孔穿透二衬结构，然后抽出钻头并关闭孔口密封装置的内部通道；

钻杆组装：钻杆兼作冻结管，钻杆的前端设有出浆口，在钻杆的前端的一侧安装纠偏钻头，在钻杆的内腔的前端安装单向阀；在定向仪的探棒的两端外分别固定套设有气囊套，气囊套能够伸缩，两个气囊套分别连接有气管，然后将定向仪的探棒安装到钻杆的内腔内，探棒设于单向阀的后方，气管从钻杆的后端穿出；气囊套内设有气腔，气腔的侧壁连接有弹性环，气囊套设有多条供泥浆通过的出浆通道，出浆通道从气腔内穿过，气腔处于常压时，气囊套的外壁紧贴钻杆的内壁从而将探棒固定于钻杆内，气腔的气压小于设定值时，气囊套的外径小于钻杆的内径且出浆通道扩大；

钻进：打开孔口密封装置的内部通道，采用钻孔设备连接钻杆并进行钻进，钻进过程中往钻杆外注浆进行泥浆循环护壁，并实时监测钻杆外的泥浆的压力，当钻杆外的泥浆的压力增加到设定值时，停止钻杆的钻进，保持继续注浆，然后将其中一根气管连接到真空泵并启动真空泵，对其中一个气腔抽真空，使得该气腔的气压小于设定值并保持设定时长，然后关闭真空泵，脱开真空泵与气管的连接，使得该气腔恢复到常压，并将另一根气管连接到真空泵，启动真空泵，对另一个气腔抽真空，使得另一个气腔的气压小于设定值并保持设定时长后，关闭真空泵，脱开真空泵与另一根气管的连接；再继续进行钻杆的钻进，直至钻杆到达设计深度；

取出定向仪的探棒：将两根气管分别连接真空泵并启动真空泵，真空泵对两个气囊套同时抽真空使得两个气腔的气压均小于设定值，然后往后拉动两根气管将定向仪从钻杆中拉出；

封孔注浆：采用丝堵封堵单向阀，然后继续往钻杆外注入一定量的泥浆，最后关闭孔口密封装置的内部通道。

通过采用上述技术方案，定向仪的探棒通过气囊套固定在钻杆内，通过控制气腔内的气压可以控制气囊套的伸缩，当定向仪的探棒处发生堵塞时，当定向仪的探棒堵塞时，单向阀与定向仪的探棒之间的液压会增加，单向阀的两端的压差会变小，所以单向阀的另一端需要更大的液压才能打开单向阀，导致钻杆外的泥浆的液压变大，当钻杆外的泥浆的压力升高到达设定值时，启动真空泵交替对两个气囊套进行抽真空，即其中一个气囊套保持固定钻杆，另一个气囊套收缩；真空泵对气腔进行抽真空时，气囊套内的气腔的压力降低，气囊套在外界压力下收缩，使得气囊套与钻杆的内壁之间产生空隙，且出浆通道在压差的作用下扩大，此时堵塞在该气囊套处的泥沙随着泥浆从气囊套与钻杆的内壁之间的空隙通过，堵塞在出浆通道的泥沙由于出浆通道扩大得以通过，通过真空泵交替对两个气囊套进行抽真空，堵塞在定向仪的探棒处的泥沙随泥浆依次通过两个气囊套与钻杆的内壁之间的空隙，从而实现对定向仪的探棒处的疏通，减少定向仪的探棒处的堵塞，降低循环护壁的泥浆在定向仪的探棒位置堵塞对造孔施工的不利影响。

优选的，所述出浆通道的外壁固定设有多条沿所述出浆通道的长度方向设置的撑条，所述撑条具有弹性且能够弯曲。

通过采用上述技术方案，撑条提高对气腔的支撑力，从而保持气腔和出浆通道的稳定，在气腔内的气压降低时，撑条弯曲不影响出浆通道的扩大。

优选的，孔口密封装置包括孔口管和闸阀，所述孔口管的一端固定安装于冻结孔的孔口内并形成密封连接，所述孔口管的另一端连接所述闸阀，所述孔口管靠近所述闸阀的一端连接有冲洗管，所述冲洗管倾斜朝向所述闸阀。

通过采用上述技术方案，闸阀关闭前，通过冲洗管向闸阀喷射清水，对闸阀进行清洗，减少闸阀被泥沙颗粒影响而关闭不彻底的情况发生，从而降低闸阀发生泄漏的概率。

优选的，所述孔口管外固定焊接有钢板，所述钢板通过膨胀螺栓连接固定，所述钢板背向所述闸阀的一侧固定连接有密封垫，所述密封垫紧贴冻结孔的孔口的周围并形成密封。

通过采用上述技术方案，通过钢板和密封垫，使得冻结孔的孔口密封更严密，减少冻结孔的孔口发生泄漏的情况。

优选的，钻杆每钻进10m采用测斜仪测量一次钻进角度，钻进角度偏斜超过20cm即做纠偏处理。

通过采用上述技术方案，每钻进10m测量一次钻进角度，减少钻进角度的大范围偏斜，另外钻进角度偏斜超过20cm即处理能够减少钻进角度的偏斜量继续扩大而造成纠偏困难的情况。

优选的，钻进过程中钻杆的钻进深度达到设定值后，再通过套管丝扣连接另一根钻杆继续钻进。

通过采用上述技术方案，通过套管丝扣连接钻杆方便操作，连接快捷。

优选的，钻进过程中，地层由软变硬时，钻进压力需要适当增加，钻进转速需要适当降低，地层由硬变软时，钻进压力要减少到正常值的三分之一到三分之二。

通过采用上述技术方案，地层变硬，钻进难度提高，增加钻进压力和降低转速利于钻头的钻进，而地层变软，钻头的钻进难度降低，减少钻进压力避免钻进速度过快而造成偏斜。

优选的，钻进步骤中，根据实际的情况，交替对两个气囊套的气腔进行抽真空多次。

通过采用上述技术方案，在对定向仪的探棒处进行疏通时，根据实际的钻杆外的泥浆的压力以及出浆量判断疏通的效果，若疏通效果不佳则再对两个气囊套的气腔交替进行抽真空多次，以实现更好的疏通效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.真空泵对气腔进行抽真空时，气囊套内的气腔的压力降低，气囊套在外界压力下收缩，使得气囊套与钻杆的内壁之间产生空隙，且出浆通道在压差的作用下扩大，此时堵塞在该气囊套处的泥沙随着泥浆从气囊套与钻杆的内壁之间的空隙通过，堵塞在出浆通道的泥沙由于出浆通道扩大得以通过，通过真空泵交替对两个气囊套进行抽真空，堵塞在定向仪的探棒处的泥沙随泥浆依次通过两个气囊套与钻杆的内壁之间的空隙，从而实现对定向仪的探棒处的疏通，降低循环护壁的泥浆在定向仪的探棒位置堵塞对造孔施工的不利影响；

2.闸阀关闭前，通过冲洗管向闸阀喷射清水，对闸阀进行清洗，减少闸阀被泥沙颗粒影响而关闭不彻底的情况发生，从而降低闸阀发生泄漏的概率。

附图说明

图1是本申请实施例1的一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法的流程框图。

图2是本申请实施例1的气囊套的前视剖视示意图。

图3是本申请实施例1的气囊套的俯视剖视示意图。

图4是本申请实施例2的孔口密封装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、气囊套；11、气腔；12、弹性环；13、出浆通道；14、撑条；2、探棒；3、孔口密封装置；31、闸阀；32、孔口管；33、冲洗管。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法。

实施例一

参照图1、图2和图3，一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法，包括如下步骤：

安装孔口密封装置3：在设计冻结孔的孔口位置处进行凿平，然后将孔口密封装置3的一端砸进冻结孔的孔口位置处。

二次开孔：打开闸阀31，并将Φ150钻头穿过闸阀31和孔口管32的内部通道，通过钻孔设备连接Φ150钻头进行二次开孔，二次开孔穿透二衬结构进入地层，然后抽出Φ150钻头并关闭孔口密封装置3的内部通道，防止泥沙涌入。

钻杆组装：采用Φ127钻杆，钻杆为管状，钻杆兼作冻结管使用，钻杆的前端设有出浆口，在钻杆的前端的一侧安装用于钻进纠偏的纠偏钻头，纠偏钻头为20°鸭掌钻头。在钻杆的内腔的前端安装单向阀，单向阀受到3公斤的向后的受力时打开，通过单向阀能够维持钻杆外的浆液具有一定的压力，提高钻杆的钻进过程中的稳定性。在定向仪的探棒2的两端外分别固定套设有气囊套1，气囊套1能够伸缩，两个气囊套1分别连接有气管，然后将定向仪的探棒2安装到钻杆的内腔内，探棒2设于单向阀的后方，气管从钻杆的后端穿出。气囊套1内设有气腔11，气腔11的侧壁连接有两个弹性环12，两个弹性环12分别对称设于气腔11的上端和下端，弹性环12设有缺口，缺口的两侧相互错开，弹性环12的中部固定连接气腔11的侧壁，弹性环12的两端为自由端，弹性环12受到向环内的受力时能够收缩从而使得弹性环12的直径变小，弹性环12将气囊套1的外壁压紧在钻杆的内壁上，从而使得气囊套1与钻杆相互固定。气囊套1设有多条供泥浆通过的出浆通道13，出浆通道13从气腔11内穿过，前方的气囊套1连接的气管从后方的气囊套1的其中一条出浆通道13中穿过，出浆通道13的横截面积占气囊套1的横截面积的百分之五十以上。气腔11的内壁和出浆通道13的外壁分别固定设有多条撑条14，撑条14具有弹性且能够弯曲，撑条14在常压下往外弯曲并将气腔11往外撑开使得气囊套1紧贴钻杆的内壁，撑条14保持气腔11和出浆通道13在常压下稳定不收缩，使得气囊套1的形状稳定。气腔11处于常压时，气囊套1的外壁紧贴钻杆的内壁从而将探棒2固定于钻杆内，气腔11的气压小于0.8个标准大气压时，气囊套1的外径小于钻杆的内径且出浆通道13往气腔11扩张。

钻进：打开孔口密封装置3的内部通道，采用钻孔设备连接钻杆并进行钻进，钻杆每钻进10m采用测斜仪测量一次钻进角度，钻进角度偏斜超过20cm即做纠偏处理。钻进过程中采用泥浆泵往钻杆外注浆进行泥浆循环护壁，通过在泥浆泵出口处设置泄压阀，控制泥浆压力不超过0.5MPa，并实时监测钻杆外的泥浆的压力。当钻杆外的泥浆的压力增加到0.5MPa时，停止钻杆的钻进，保持继续注浆，然后将其中一根气管连接到真空泵并启动真空泵，对其中一个气囊套1的气腔11抽真空，使得该气腔11的气压达到0.3个标准大气压并保持一分钟，然后关闭真空泵，脱开真空泵与该气管的连接，使得该气腔11恢复到常压。然后将另一根气管连接到真空泵，启动真空泵，对另一个气囊套1的气腔11抽真空，使得另一个气腔11的气压小于0.3个标准大气压并保持2分钟后，关闭真空泵，脱开真空泵与另一根气管的连接。再继续进行钻杆的钻进，若钻杆外的泥浆的压力再次增加到0.5MPa，则再次交替对两个气腔11进行抽真空。然后继续钻进，直至钻杆到达设计深度。

取出定向仪的探棒2：将两根气管分别连接真空泵并启动真空泵，真空泵对两个气囊套1同时抽真空使得两个气腔11的气压均小于0.6个标准大气压，然后往后拉动两根气管将定向仪从钻杆中拉出。

封孔注浆：采用丝堵封堵单向阀，然后继续往钻杆外注入一定量的泥浆，最后关闭孔口密封装置3的内部通道。

进行泥浆循环护壁所用的泥浆的比重维持在1.03～1.05。泥浆制备采用袋装膨润土粉，配制基浆的具体方法为：先在搅拌机中加入水 ,向搅拌机中加入膨润土粉,再搅拌1h即可使用。膨润土粉中加入有烧碱、纯碱，现场可直接配制基浆，按照配合比，现场使用的搅拌桶的体积为800L，加入2-3袋每袋25kg的膨润土粉。

需要说明的是，另一个实施例中的气囊套1设置有三个，三个气囊套1等间距沿定向仪的探棒2的轴向分布，每次只对一个气囊套1进行抽真空。

本申请实施例一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法的实施原理为：本申请通过使用气囊套1将定向仪的探棒2固定在钻杆内，通过真空泵和气管控制气囊套1的气腔11内的气压使得气囊套1实现伸缩。由于定向仪的探棒2通过气囊套1固定在钻杆内，且安装于单向阀的后方，当定向仪的探棒2处发生堵塞时，当定向仪的探棒2堵塞时，单向阀与定向仪的探棒2之间的液压会增加，单向阀的两端的压差会变小，所以单向阀的另一端需要更大的液压才能打开单向阀，导致钻杆外的泥浆的液压变大。当钻杆外的泥浆的压力升高到达0.5MPa时，启动真空泵交替对两个气囊套1进行抽真空，即其中一个气囊套1保持固定钻杆，另一个气囊套1收缩，两个气囊套1不能同时进行抽真空，避免定向仪的探棒2发生位移而造成后续的导向错误。真空泵对气囊套1的气腔11进行抽真空时，气囊套1内的气腔11的压力降低，气囊套1在外界压力下收缩，使得气囊套1与钻杆的内壁之间产生空隙，且出浆通道13在压差的作用下扩大，此时堵塞在该气囊套1处的泥沙随着泥浆从气囊套1与钻杆的内壁之间的空隙通过，堵塞在出浆通道13的泥沙由于出浆通道13扩大得以通过。通过真空泵交替对两个气囊套1进行抽真空，堵塞在定向仪的探棒2处的泥沙随泥浆依次通过两个气囊套1与钻杆的内壁之间的空隙，从而实现对定向仪的探棒2处的疏通，减少定向仪的探棒2处的堵塞，降低循环护壁的泥浆在定向仪的探棒2位置堵塞对造孔施工的不利影响。

实施例二

参照图4，一种隧道施工过程中冻结造孔施工方法，与实施例一不同之处在于，孔口密封装置3包括孔口管32、闸阀31和冲洗管33，闸阀31安装于孔口管32的一端，孔口管32靠近闸阀31的一端连接有冲洗管33，冲洗管33倾斜朝向闸阀31。安装时，首先在设计冻结孔位置的孔口处进行凿平，安装三个膨胀螺栓，而后在孔口管32的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封物，将孔口管32砸进设计冻结孔的孔口位置处，用膨胀螺栓安装钢板，再将钢板与孔口管32焊接牢固，钢板背向闸阀31的一侧固定连接有密封垫，密封垫紧贴冻结孔的孔口的周围并形成密封。将孔口管32固定牢固后，将孔口管32的麻丝或棉丝等密封物除去，在孔口管32的外端安装闸阀31，如地层内的水砂流量大，则需及时关闭闸阀31。孔口管32砸进的角度为钻孔角度，采用激光找平仪校准后视位置，采用高精度罗盘校核角度。使用过程中，在闸阀31关闭前，通过冲洗管33向闸阀31喷射清水，对闸阀31进行清洗，减少闸阀31被泥沙颗粒影响而关闭不彻底的情况发生，从而降低闸阀31发生泄漏的概率。

钻进过程中，钻杆的钻进深度达到设定值后，再通过套管丝扣连接另一根钻杆继续钻进。地层由软变硬时，钻进压力需要适当增加，钻进转速需要适当降低，地层由硬变软时，钻进压力要减少到正常值的三分之一到三分之二。

钻进过程中，在对定向仪的探棒2处进行疏通时，根据实际的钻杆外的泥浆的压力以及出浆量判断疏通的效果，若疏通效果不佳则再对两个气囊套1的气腔11交替进行抽真空多次，以实现更好的疏通效果，一般情况下连续交替对两个气囊套1的气腔11进行抽真空的次数不多于五次。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。