地质灾害治理用边坡钻机及插管施工方法与流程

1.本发明涉及边坡治理排水管插管施工设备和施工工艺技术领域，尤其涉及地质灾害治理用边坡钻机及插管施工方法。


背景技术：

2.公路边坡是公路建设中重要的组成部分，公路边坡沿公路分布的范围广，在雨水天经常受到雨水冲刷，特别是在沿海地区，台风、暴雨等灾害性天气频发，容易引发地质灾害。我国山区高速公路建设迅猛发展，在高等级公路的修建中，出现了大量的天堑与高填路堤边坡，其防护问题非常突出。
3.造成边坡失稳发生滑坡的主要原因是跟水有关，包括地表水以及地下水活动。因此，在滑坡防治中往往首先要做的是排除地表水和地下水对坡体的作用，减少地表水对边坡岩体的冲蚀以及地下水对边坡的浮托。
4.现有采用斜插管工艺向边坡中插入排水管以排出边坡中的水。常规的斜插管工艺对土层干扰大，容易造成土层松动；施工土层松动时会出现塌孔的情况，成孔性差，无法控向施工，达不到设计深度；因成孔性差，塌孔导致管插不到位，造成排水困难。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供地质灾害治理用边坡钻机及插管施工方法，利用边坡钻机进行排水管的插管施工，对土层和干扰性小，不会造成土层松动；导向成孔性好，可精准钻进到达设计深度。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.地质灾害治理用边坡钻机，包括机架，机架上连接有可相对机架来回移动的第一活动架和第二活动架；第一活动架上设置有动力回转器，动力回转器驱动一中空的短接回转，短接一端与泥浆泵的注水管连通，另一端可选择性连接导向钻杆、用于顶进透水钢套管的顶管装置或者用于向透水钢套管内填充砂石滤料的填料工具；第二活动架上设置供导向钻杆、顶管装置或者填料工具穿过的穿孔，穿孔外侧端部设置导向扶正器；导向钻杆、顶管装置或者填料工具穿过穿孔和导向扶正器且端部伸至第二活动架外侧，导向钻杆外端部可选择性连接导向钻头或者螺杆马达，导向钻头和螺杆马达均具有探棒腔，导向钻头或者螺杆马达的探棒腔内放置探棒，探棒与导向仪通讯连接。
8.其中，所述机架顶部沿机架的长度方向固定两平行的给进齿条，第一活动架两侧分别固定安装有至少一个动力行走器，动力行走器包括行走液压马达，行走液压马达连接减速器，减速器的输出轴端部固定的输出齿轮与给进齿条啮合，行走液压马达通过液压管路和多路阀与动力站连接。
9.其中，两给进齿条外侧的机架顶部分别固定有平行于给进齿条设置的导轨，导轨两端固定在机架上，导轨的中间主体部分悬空设置；第一活动架和第二活动架的底部两侧分别设置套在导轨外的导轨套，各导轨套分别套在对应的导轨外且导轨套内安装有滚动支
撑在导轨上的支撑轮。
10.其中，所述动力回转器包括至少一个回转液压马达，回转液压马达输出端固定有主动小齿轮，主动小齿轮与从动大齿轮啮合，从动大齿轮通过花键配合与中空花键轴固定连接，中空花键轴一端连泥浆泵的注水管，另一端通过中空双公变径轴与短接连接。
11.其中，所述短接的端部设置公扣；透水钢套管的管壁上均匀开设有多个透水孔，顶管装置与短接连接的一端设置母扣，另一端设置卡套进透水钢套管的法兰顶头，法兰顶头的盘面中心设置通孔且沿盘面中心均匀设置有卡牙；填料工具包括填料轴和带漏斗的三通，填料轴一端设置母扣，填料轴另一端设置与三通管径和透水钢套管内径适配的填料推盘，三通上部开口连接漏斗，横向右侧开口连透水钢套管，横向左右两开口供填料轴进出填料。
12.使用地质灾害治理用边坡钻机插管的施工方法，包括以下步骤：
13.步骤一、现场测量放样，确定坡面钻进点和入射角度，并根据地勘资料确定使用导向钻头或者是螺杆马达，并确定透水钢套管是否同步顶进：
14.步骤二、边坡钻机进场并开始钻进：
15.步骤二、边坡钻机开始钻进：
16.①
当泥土层无岩石时，采用导向钻杆与导向钻头配合导向钻进孔，钻进一节导向钻杆(44)后同步顶进一节透水钢套管；
17.②
当泥土层为中、高风化岩或岩石层时，采用导向钻杆与螺杆马达配合导向钻进孔，完成全部导向钻进孔后再逐节顶进透水钢套管；
18.上述两种情况同时采用导向仪对导向钻头或者螺杆马达进行控向；
19.步骤三、将导向钻杆逐步抽出；
20.步骤四、往透水钢套管中添加沙石滤料，盖滤网。
21.其中，步骤二的第
①
种情况的具体步骤为：接好导向钻杆和导向钻头并拧紧，边坡钻机钻进一节导向钻杆后回缩，将短接与顶管装置连接，将透水钢套管套在顶管装置上，开动边坡钻机，使透水钢套管沿着边坡中的导向钻杆顶进并套在导向钻杆外；拆卸顶管装置，再将第二节导向钻杆连在短接上并顶进，之后按照前面的步骤顶进第二节透水钢套管，以此类推，直至顶进所有的导向钻杆和透水钢套管。
22.其中，步骤二的第
②
情况的具体的步骤为：接好导向钻杆和螺杆马达并拧紧，边坡钻机钻进一节导向钻杆后回缩，安装下一节导向钻杆，直至导向钻杆到达设计要求的钻进深度及离山坡地面高度，将短接与顶管装置连接，将透水钢套管套在顶管装置上，开动边坡钻机，使透水钢套管沿着边坡内的导向钻杆顶进并套在导向钻杆外，边坡钻机顶进一节透水钢套管后回缩，安装下一节透水钢套管，直至透水钢套管到达设计要求的目标位置。
23.其中，步骤二的第
①
种情况在接好导向钻杆和导向钻头并拧紧后，以及步骤二的第
②
种情况在接好导向钻杆和螺杆马达并拧紧后，先进行以下步骤：预钻进50cm左右，确定泥浆泵注水压力与钻孔速度匹配，在后面的钻进过程中，保持注水压力和钻孔速度钻进。
24.其中，使用填料工具往透水钢套管中添加砂石滤料：在透水钢套管接上带漏斗的三通，在边坡钻机的短接旋上填料工具的填料轴，先向三通内推进橡胶塞，向漏斗中添加砂石滤料，边坡钻机启动推进不断地往透水钢套管内送料，直到透水钢套管内填满沙石滤料，焊接滤网。
25.本发明具有如下有益效果：
26.本发明对土层和干扰性小，不会造成土层松动；导向成孔性好，可精准钻进到达设计深度。高强信号导向仪精准控向准确的按设计轨迹钻进，套管根据土层情况可分为同步套管和成孔后套管。透水钢套管管壁采用圆周上均匀分布通透百叶窗式透水孔，内装沙石滤料。使用年限长，透水性好，预防泥浆堵住透水钢套管和水士流失。
27.本发明的插管施工方法，根据土质软硬程度的不同，有区别地顶进透水钢套管。当土质较软时，采用导向钻头与导向钻杆配合，每向边坡内顶进一节导向钻杆后，随即向边坡内的导向钻杆外周顶进一节透水钢套管撑住前一节导向钻杆周围的松软的土层，方便第二导向钻杆的钻进。
附图说明
28.图1为本发明的边坡钻机插入导向钻杆的示意图；
29.图2为本发明的边坡钻机插入透水钢套管的示意图；
30.图3为图2的部分结构的放大示意图；
31.图4为本发明的边坡钻机向透水钢套管中填料的示意图；
32.图5为本发明的一个角度的整体结构示意图；
33.图6为图5的局部放大图；
34.图7为本发明的另一个角度的整体结构示意图；
35.图8为本发明的顶管装置的结构示意图；
36.图9为本发明的填料工具的结构示意图；
37.图10为本发明的导向扶正器的整体结构示意图；
38.图11为本发明的导向扶正器的部分结构示意图。
具体实施方式
39.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
40.参见图1至图11，地质灾害治理用边坡钻机插管施工方法，
41.其中所述地质灾害治理用边坡钻机10，包括机架1，所述机架1顶部沿机架1的长度方向固定两平行的给进齿条11，两给进齿条11的齿面111相向设置，均朝向机架内部设置。两给进齿条11外侧的机架1顶部分别固定有平行于给进齿条11设置的导轨12，所述导轨12两端固定在机架1上，所述导轨12的中间主体部分悬空设置。
42.所述机架1在两给进齿条11的一端设置有活动的第一活动架2，所述第一活动架2底部两侧分别设置套在导轨12外的第一导轨套21，各第一导轨套21分别套在对应的导轨12外且第一导轨套21内安装有滚动支撑在导轨12上的第一支撑轮22。所述第一活动架2两侧分别固定安装有至少一个动力行走器3，所述动力行走器3包括纵向设置的行走液压马达31，所述行走液压马达31底部连接减速器，所述减速器的输出轴端穿过第一活动架2底板伸至第一活动架2下方，所述减速器的输出轴端部固定的横向的输出齿轮与给进齿条11啮合。所述行走液压马达31通过液压管路和多路阀与动力站连接，所述多路阀设置在机架1中部侧边的安装架8上。所述行走液压马达31由动力站提供的压力油驱动正反转动，从而驱动第一活动架2相对于机架1来回移动。本实施例中，所述第一活动架2两侧分别固定安装有两个
动力行走器3，各动力行走器3的输出齿轮分别与给进齿条11啮合。
43.所述第一活动架2的中间位置固定安装有动力回转器4，所述动力回转器4包括至少一个回转液压马达41，所述回转液压马达41输出端固定有主动小齿轮，所述主动小齿轮与从动大齿轮啮合。本实施例中，所述第一活动架2的中间位置固定安装有动力回转架4，所述动力回转架42上固定安装有四个回转液压马达41，其中两个回转液压马达41并排安装在动力回转架42的一侧，另外两个回转液压马达41并排安装在动力回转架42的相对的另一侧。所述动力回转架42相对两侧的两个回转液压马达41构成一组，所述动力回转架42上的两组的回转液压马达41的输出轴分别通过花键与动力回转架42内的一个主动小齿轮的两端分别固定连接。两个主动小齿轮与下方的一个从动大齿轮呈倒“品”字型啮合。
44.所述从动大齿轮内设内花键，所述从动大齿轮通过花键配合与带外花键的中空花键轴固定连接，所述中空花键轴一端连接泥浆泵的注水管，所述中空花键轴另一端连接中空双公变径轴，所述中空双公变径轴与一中空的短接43固定连接，所述短接43外侧通过连接法兰固定在动力回转架42的纵向侧壁上。所述短接43位于动力回转架42外的端部可选择性与导向钻杆44、透水钢套管45的顶管装置46或者是填料工具9连接。所述短接43一端端部设置公扣。
45.所述透水钢套管45的管壁上均匀开设有多个透水孔。参见图3和图8，用于顶进透水钢套管45的顶管装置46包括与短接43连接的中空的连接轴461和可拆卸连接在连接轴461上的圆盘状的法兰顶头462，所述连接轴461与短接43连接的一端设置母扣，所述连接轴461另一端设置连接法兰顶头462的法兰盘。所述法兰顶头462的盘面中心设置通孔且沿盘面中心均匀设置有卡牙463，所述卡牙463顶部具有由内往外向下倾斜的斜面。参见图4和图9，所述填料工具9用于向透水钢套管45内填充砂石滤料，所述填料工具9包括填料轴91和带漏斗的三通92，所述填料轴91与短接43连接的一端设置母扣，所述填料轴91另一端设置与三通92管径和透水钢套管45内径适配的填料推盘911。所述三通92上部开口连接漏斗921，横向右侧开口连透水钢套管45，横向左右两开口供填料轴91进出填料。
46.所述机架1在两给进齿条11的另一端固定有第二活动架5。所述第二活动架5底部两侧分别设置套在导轨12外的第二导轨套51，各第二导轨套51分别套在对应的导轨12外且第二导轨套51内安装有滚动支撑在导轨12上的第二支撑轮。所述第二活动架5可相对于机架1来回移动，并通过销钉与机架1上的销孔配合固定第二活动架5的位置。
47.所述第二活动架5上设置供导向钻杆44、透水钢套管45的顶管装置46或者填料工具9穿过的穿孔，所述第二活动架5在穿孔的两侧设置有用于拧紧和松卸钻杆的夹持器52，所述穿孔外侧端部设置导向扶正器6，参见图10和图11，所述导向扶正器6包括两与穿孔同轴设置的固定环61，两固定环61之间转动连接有多个外滚轮62，多个外滚轮62沿固定环61圆周方向均匀布置，所述外滚轮62轴线与固定环61轴线平行设置。两固定环61内侧转动连接有导向环63，所述导向环63上环向开有多个凹槽，所述凹槽内均转动连有内滚轮64，所述内滚轮64轴线均与固定环61轴线垂直。
48.所述导向钻杆44穿过穿孔和导向扶正器6伸至机架1外侧。所述导向钻杆44外端部根据土质松软度，可选择性连接导向钻头或者是螺杆马达。所述导向钻头和螺杆马达均具有探棒腔，所述导向钻头或者螺杆马达的探棒腔内放置导向仪的探棒，所述探棒与导向仪通讯连接。当需要顶进透水钢套管45时，移动第二活动架5靠近第一活动架2，将所述顶管装
置46的连接轴461短接连接端穿过导向扶正器6和穿孔后连接在短接43上，所述连接轴461的另一端固定连接法兰顶头462，所述透水钢套管45卡接套在法兰顶头462的各卡牙463外。当需要往透水钢套管45内填充砂石滤料时，将所述填料工具9的填料轴91穿过导向扶正器6和穿孔后连接在短接43上。
49.所述机架1在第二活动架5侧边设置有吊装导向钻杆44或者透水钢套管45的起重吊具7。
50.使用所述地质灾害治理用边坡钻机插管的施工方法，包括以下步骤：
51.一、
[0052][0053]
地质灾害治理用边坡钻机10进场，根据山体的不同角度和轨迹的要求调整设备的入土角度。在规定的场地上摆放好并固定好边坡钻机10。具体的，根据实际山体角度和山体施工轨迹的不同，边坡钻机10施工角度分为斜仰式钻进施工和下斜式钻进施工。
[0054]
动力站进场，在离边坡钻机10的5m-10m处平整一场地，要求平坦和踏实，面积约为15平方米，放平动力站。
[0055]
钻具进场，在边坡钻机10的起重吊具7的有效吊起距离内摆放。所述钻具包括导向钻杆44、导向钻头或者螺杆马达、透水钢套管45、顶管装置46和填料工具9。
[0056]
连接动力站和边坡钻机10之间的液压油管，检查动力站的各个部件是否满足启动要求。具体的，机油液位是否正常，水箱防冻液液位是否正常，蓄电池电量是否充足，柴油机皮带松紧是否正常及各个电子元件是否正常。
[0057]
连接泥浆泵和边坡钻机10之间的注水管。
[0058]
检查边坡钻机10各个部件是否满足动机站启动和钻进操作要求，具体的，多路阀手柄是否始终在中间位置，钻进轴上是否有异物，给进齿条11上是否有异物，液压油管是否松动。
[0059]
启动边坡钻机10进行给进，回拖空载测试直至正常。
[0060]
二、
[0061]
现场测量放样，确定坡面钻进点和入射角度，并根据地勘资料确定使用钻头或者是螺杆马达，并确定透水钢套管45是否同步顶进：
[0062]
①
土质松软：泥土层无岩石，则用导向钻头导向钻进孔，并同步顶进透水钢套管45。
[0063]
②
土质硬：中、高风化岩或岩石层，则用螺杆马达导向钻进孔，完成导向钻进孔后再顶进透水钢套管45。
[0064]
三、
[0065]
开始钻进：
[0066]
1、泥土层无岩石，采用导向钻头导向钻进孔，并同步顶进透水钢套管45：
[0067]
将导向钻杆44一端连接在短接43上，导向钻杆44另一端穿过第二活动架5的穿孔和导向扶正器6后伸至第二活动架5外侧，将导向钻头接在导向钻杆44端部并拧紧。
[0068]
预钻进50cm左右，确定泥浆泵注水压力与钻孔速度匹配，保证钻孔过程中的泥浆能自然流出，排渣顺畅。
[0069]
保持注水压力和钻孔速度钻进，钻进过程中，采用导向仪对导向钻头进行控向并
向开机手发出钻进指令，开机手收到导向指令后根据指令进行边坡钻机10钻进操作。边坡钻机10向边坡内钻进一节导向钻杆44后回缩，将短接43与顶管装置46连接，将透水钢套管45套在顶管装置46上，开动边坡钻机10，使透水钢套管45沿着边坡内的导向钻杆44顶进并套在边坡内的导向钻杆44外；拆卸顶管装置46，再将第二节导向钻杆44连在短接43上并顶进，之后按照前面的步骤顶进第二节透水钢套管45，以此类推，直至顶进所有的导向钻杆44和透水钢套管45。
[0070]
2、中、高风化岩或岩石层，则用螺杆马达导向钻进孔，完成导向钻进孔后再顶进透水钢套管45：
[0071]
将导向钻杆44一端连接在短接43上，导向钻杆44另一端穿过第二活动架5的穿孔和导向扶正器6后伸至第二活动架5外侧，将螺杆马达接在导向钻杆44端部并拧紧。
[0072]
预钻进50cm左右，确定泥浆泵注水压力与钻孔速度匹配，保证钻孔过程中的泥浆能自然流出，排渣顺畅。
[0073]
保持注水压力和钻孔速度钻进，钻进过程中，采用导向仪指挥开机手按要求钻进，边坡钻机10向边坡内钻进一节导向钻杆44后回缩，安装下一节导向钻杆44，直至导向钻杆44到达设计要求的钻进深度及离山坡地面高度。
[0074]
钻孔完成后，复核孔洞的轨迹、钻进深度及离山坡地面高度是否与设计相符，如果偏差符合规范要求，则可以进行顶进透水钢套管45，否则须将导向钻杆44收回后，重新钻进纠正。
[0075]
将短接43与顶管装置46连接，将透水钢套管45套在顶管装置46上，开动边坡钻机10，使透水钢套管45沿着边坡内的导向钻杆44顶进并套在导向钻杆44外，边坡钻机10顶进一节透水钢套管45后回缩，安装下一节透水钢套管45，直至透水钢套管45到达设计要求的目标位置。
[0076]
四、
[0077]
将导向钻杆44逐节抽出：将未插入边坡中的至少一节导向钻杆44一端连在边坡内的导向钻杆44端部，另一端连在短接43上，第一活动架2外移抽出边坡内的导向钻杆44。
[0078]
用填料工具9添加砂石滤料，盖滤网：在所述透水钢套管45接上带漏斗的三通92，在边坡钻机10的短接43旋上填料工具9的填料轴91，先向三通92内推进一橡胶塞，向漏斗921中添加砂石滤料，边坡钻机10不断地往透水钢套管45内送料，直到透水钢套管45内填满沙石滤料，焊接滤网。
[0079]
以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。