一种富水暗挖工程洞内咬合桩钻孔垂直度精准调控方法与流程

1.本发明涉及一种用于富水地层中暗挖工程洞桩法小导洞内咬合桩止水帷幕垂直度调控技术，属于地下工程施工技术领域。


背景技术：

2.针对富水地层中洞桩法施工方式的地铁暗挖工程中，施作洞内止水帷幕以非降水方式施工的类型，尤其是洞内咬合桩止水帷幕施工方法，通常会遇到较难控制桩体施作过程中的垂直度，一般采用的是后期成孔后的测量方式检验桩孔垂直度，传统的检测工艺不能以较高的效率满足成孔垂直度需求，不能及时反映成孔垂直度的变化，影响了施工进程和工效。


技术实现要素：

3.为例解决上述垂直度的控制难点，提高桩体成孔质量，保证桩孔垂直度满足要求，本发明设计了一种适应于堵水地层暗挖工程洞内咬合桩帷幕钻孔垂直度精确实时调控技术。此技术可解决一下问题：
4.1)桩周刚度的有效保证，可有效解决第一节钻杆的垂直度。
5.2)提高施工过程中所钻钻孔的垂直度。
6.本发明所述洞内咬合桩实时垂直度精确调控技术其特征在于：在小导洞开挖完成后，施作导坑导坑周围加固圈，安置完备洞内小型泥浆池，设备就位钻进钻孔灌注桩，钻杆上增大配重初步保持钻杆水平，钻杆首节钻至标定位置，下第二节钻杆并观看激光测距视数进行垂直度调直，依次分节下方进行钻孔，钻孔完毕后下钢筋笼和注浆完成洞内咬合桩施作。
7.本发明关键技术主要包括三部分内容：
8.(3)洞内咬合桩帷幕导坑加固圈设计
9.步骤1：左右小导洞开挖完成后，平整小导洞场地，使用全站仪放线桩心，可适宜外放5cm，避免桩体侵蚀车站站厅站台二衬；
10.步骤2：使用小导管以庄周为届向外发散打设200～300mm范围的小导管，打设深度4m以上，小导管间距为100～150mm，梅花形布置，并采用注浆机对其注浆，以加固小导洞底部初支下部3～4m范围的土体；
11.步骤3：人工破除桩周内的初支，加固桩周土体，施作锁口圈梁；
12.步骤4：施作桩体导坑，人工向下挖除土体2～3m，清理好侧壁，放下竖向钢筋和环向钢筋，浇筑混凝土导坑施工完成。
13.步骤5：桩孔口利用设备液压调平器使机器四交点垂直，使用空口夹持器固定钻杆。
14.步骤6：选用相应钻头钻进，并安装相应钻杆，钻杆4～5m添加一个钻杆扶正器。
15.(1)垂直度调控装置
16.垂直度调控装置基本包含首节钻杆设计，中间钻杆设计及末节钻杆设计，各节钻杆包含内腔和环腔，环腔为激光行走通道及增大钻杆刚度，其外腔分为外腔实体和外腔空腔，空腔底部和顶部安防透明胶片，胶片上印有刻度，可供初步调垂；内腔为灌浆通道。所述首节钻杆的外腔空腔会安装激光发射器，以供完成初步调垂，内腔为灌浆通道。所述首节钻杆的底板会设置垂直度扶正装置，形状为圆环支撑，其包含内部加劲肋和钻杆外腔壁，此环形支撑间隔建议2～4m设置一个，洞内分节钻杆长度宜采用4m的约数作为其设计长度，建议采用1m，不超过2m，以保证钻杆有足够的刚度，对于个钻杆之间的连接处加刚度加强帽，并用橡胶片密封。钻杆外腔处光道外，其与外腔部分填实以保证钻杆的整体刚度。
17.所述垂直度调控装置节点加强帽内部包含螺纹，外部光滑，且与本体钻杆有足够的刚接长度，建议150mm～250mm，节点加强帽总长度为300～500mm，以满足上下两根钻杆的刚度需求。所述节点加强帽的悬空部分内部应设置螺纹，与此连接的钻杆相应位置应设置反螺纹。
18.所述垂直度调控装置应包含钻机处的导坑桩孔处的加固钢架，结构形状为矩形钢架，矩形钢架内部包含角撑和环形支撑，以保证此钢架具有较高的刚度。
19.(2)垂直度调控方法
20.垂直度调控方法设计为激光调垂人工扶正方法，钻机接近钻孔位置安装激光测距装置，激光行至首节钻杆反射光片返回信号计算出其距离，以钻杆长度和数量计算出应钻深度，取两者之差。人工观看机关测距数字，随钻随调观察当两者之差小于等于规定垂直度与钻杆数量比值时则表示钻杆已调节垂直，详见公式如下：
[0021][0022]
其中，tgθ为单节垂直度，c为外腔宽度，l0为激光测距距离，l为应钻孔深度，为钻杆长度与钻杆数量的乘积，n为钻杆数量，δ为钻孔规定垂直度。
[0023]
与现有技术比较，本发明无需专门打设钻孔，同时也简化了施工步骤，简洁高效，适用于狭窄空间下暗挖到洞内的咬合桩式止水结构的后期修补，保证桩间接缝的完好性，保证止水结构止水效果。
附图说明
[0024]
图1洞内咬合桩导坑示意图。(a)为断面结构示意图，(b)为整体结构示意图。
[0025]
其中：1
‑
小导洞 2
‑
小导洞平整场地 3
‑
桩心 4
‑
小导管 5
‑
桩周 6
‑
加固圈 7
‑
桩内土体 8
‑
混凝土导坑护壁 9
‑
锁口圈梁 10
‑
激光发射器 11
‑
钻杆外腔 12
‑
钻杆内腔 13
‑
钻杆 30
‑
孔口夹持器。
[0026]
图2垂直度调控装置示意图。(a)为钻杆结构图，(b)为钻杆剖面图；(c)为孔口夹持结构示意图。
[0027]
其中：14
‑
首节钻杆 15
‑
中间节钻杆 16
‑
末节钻杆 17
‑
钻头 18
‑
钻杆扶正装置 19
‑
节点刚度加强帽 20
‑
刚接长度 21
‑
螺纹 22
‑
反螺纹 23
‑
内部加劲肋 24
‑
外腔空腔 25
‑
外腔实体 26
‑
刻度线 27
‑
激光发射器 28
‑
橡胶片 29
‑
环形支撑 30
‑
加固钢架 31
‑
角撑 32
‑
矩形钢架。
[0028]
图3垂直度调控装置计算示意图。
具体实施方式
[0029]
以实际项目实施情况为例，结合本发明实施例中覆土对本发明进行描述。
[0030]
以图1到图3所示，本发明为一种应用于富水地层洞桩法类施工方式暗挖地铁工程中，其小导洞内施作洞内咬合桩实时垂直度精确调控技术，其特征在于：在小导洞开挖完成后，施作导坑导坑周围加固圈，安置完备洞内小型泥浆池，设备就位钻进钻孔灌注桩，钻杆上增大配重初步保持钻杆水平，钻杆首节钻至标定位置，下第二节钻杆并观看激光测距视数进行垂直度调直，依次分节下方进行钻孔，钻孔完毕后下钢筋笼和注浆完成洞内咬合桩施作。
[0031]
本发明关键技术主要包括三部分内容：
[0032]
(1)洞内咬合桩帷幕导坑加固圈设计
[0033]
步骤1：左右小导洞1(图1)开挖完成后，平整小导洞场地2(图1)，使用全站仪放线桩心3(图1)，可适宜外放5cm，避免桩体侵蚀车站站厅站台二衬；
[0034]
步骤2：使用小导管4(图1)以桩周5(图1)为届向外发散打设200～300mm范围的小导管4(图1)，打设深度4m以上，小导管间距为100～150mm，梅花形布置，并采用注浆机对其注浆，以加固小导洞底部初支下部3～4m范围的土体；
[0035]
步骤3：人工破除桩周内的初支，加固桩周土体6(图1)，施作锁口圈梁9(图1)；
[0036]
步骤4：施作桩体导坑，人工向下挖除土体7(图1)2～3m，清理好侧壁，放下竖向钢筋和环向钢筋，浇筑混凝土护壁8(图1)导坑施工完成。
[0037]
步骤5：桩孔口利用设备液压调平器使机器四交点垂直，使用空口夹持器30(图1)固定钻杆13(图1)。
[0038]
步骤6：选用相应钻头17(图2)钻进，并安装相应钻杆13(图1)，钻杆4～5m添加一个钻杆扶正装置18(图2)。
[0039]
(2)垂直度调控装置
[0040]
垂直度调控装置基本包含首节钻杆14(图2)设计，中间节钻杆15(图2)设计及末节钻杆16(图2)设计，各节钻杆13(图2)包含内腔12(图1中的b)和外腔11(图1中a)，外腔11(图1中的a)为激光行走通道及增大钻杆刚度，其外腔11(图1中的a)分为外腔实体25(图2)和外腔空腔24(图2)，空腔底部和顶部安防透明胶片24(图2)，胶片上印有刻度26(图2)，可供初步调垂；内腔12(图1中的b)为灌浆通道。所述首节钻杆14(图2)的外腔空腔24(图2)会安装激光发射器10(图1)，以供完成初步调垂，外腔外部设置垂直度扶正装置18(图2)，形状为圆环支撑，其包含内部加劲肋23(图2)和钻杆外腔壁，此环形支撑间隔建议2～4m设置一个，洞内分节钻杆长度宜采用4m的约数作为其设计长度，建议采用1m，不超过2m，以保证钻杆有足够的刚度，对于个钻杆之间的连接处加刚度加强帽19(图2)，并用橡胶片28(图2)密封。钻杆外腔处光道外，其与外腔部分填实以保证钻杆的整体刚度。
[0041]
所述垂直度调控装置节点加强帽内部包含螺纹21(图2)，外部光滑，且与本体钻杆有足够的刚接长度20(图2)，建议150mm～250mm，节点加强帽总长度为300～500mm，以满足上下两根钻杆的刚度需求。所述节点加强帽的悬空部分内部应设置螺纹21(图2)，与此连接的钻杆相应位置应设置反螺纹22(图2)。
[0042]
所述垂直度调控装置应包含钻机处的导坑桩孔处的加固钢架30(图1)，结构形状为矩形钢架32(图2)，矩形钢架32(图2)内部包含角撑31(图2)和环形支撑29(图2)，以保证
此钢架具有较高的刚度。
[0043]
(3)垂直度调控方法
[0044]
垂直度调控方法设计为激光调垂人工扶正方法，钻机接近钻孔位置安装激光测距装置，激光行至首节钻杆反射光片返回信号计算出其距离，以钻杆长度和数量计算出应钻深度，取两者之差。人工观看机关测距数字，随钻随调观察当两者之差小于等于规定垂直度与钻杆数量比值时则表示钻杆已调节垂直，详见公式如下：
[0045][0046]
其中，tgθ为单节垂直度，c为外腔宽度，l0为激光测距距离，l为应钻孔深度，为钻杆长度与钻杆数量的乘积，n为钻杆数量，δ为钻孔规定垂直度。
[0047]
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，地铁暗挖领域中普通技术人人员可作出种种变化例。因此，实施例中的某些细节不应构成对发明的限定，本发明将以所附权利要求书要求的范围为本发明的保护范围。