一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法技术

本发明专利技术公开了一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法，包括以下步骤：(1)确定水下基坑的尺寸和深度，水下基坑先间隔式钻孔，使剩余的岩层形成似蜂窝状的柱体，再通过冲击钻机冲击切削、破碎；(2)根据地质的软硬和完整程度确定旋挖钻机的扭矩规格参数和相应钻孔的直径，根据钻孔作业时的稳定情况确定钻孔的孔位净距。(3)根据钻孔后形成的似蜂窝状柱体区域的尺寸确定冲孔的直径大小，冲孔点位咬合布设以保证剩余区域的全覆盖，根据冲击作业稳定程度和单点冲击效率确定冲孔点位的直径大小。本发明专利技术提高了软岩水下基坑开挖的施工效率和施工精度，保障了钢套箱围堰的快速顺利下沉、着床。

A method for locating drilling and punching points of underwater foundation pit in soft rock

【技术实现步骤摘要】
一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法
本专利技术属于桥梁深水基础施工
，特别涉及一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法。
技术介绍
目前，桥梁深水基础已广泛采用钢套箱围堰技术进行施工，但是在河床为岩石、基岩类时，需将河床开挖相应大小的水下基坑，以使钢套箱围堰顺利下沉并着床。水下岩石类基坑开挖主要有机械开挖和水下爆破两种方式。机械开挖适用于硬土和软岩，一般为船载长臂挖掘机作业。机械开挖作业时是利用柔性钢索通过船锚联结船体，作业时船体晃动明显，无法真正固定船体位置，不能给挖掘机提供足够的反向支撑力，因此开挖效率较低，且开挖深度受挖掘机臂长限制。水下爆破作业适用于硬岩，但爆破手续报批、清渣施工等的时间周期长，且存在成本投入大、安全风险高、对既有施工设施和自然生态影响大等诸多不足和弊端。在一些项目中，例如遂宁老池乡至蓬溪书房沟田家渡特大桥项目，桥址区河床地质为卵石和风化泥岩。卵石覆盖层厚度达3m，风化泥岩强度达5.1MPa，岩体划分为Ⅳ类软石，水下钻孔爆破的开挖效果较差。而墩位处最大施工水深达19.5m，长臂挖掘机等开挖机械能力无法达到要求。针对软岩水下基坑的开挖，采用的旋挖钻机钻孔和冲击钻机冲孔的工艺目前尚没有形成一套高效、可靠、统一的工艺技术和标准规范，直接制约水下基坑开挖施工效率和施工精度的提升。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法，采用旋挖钻机钻孔和冲击钻机冲孔的组合工艺施工，解决了软岩水下基坑开挖的难题，保障了钢套箱围堰的顺利下沉和着床。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法，包括以下步骤：(1)根据钢套箱围堰尺寸和河床高程确定水下基坑的尺寸和深度，水下基坑先通过旋挖钻机间隔式钻孔，使剩余的岩层形成似蜂窝状的柱体，再通过冲击钻机冲击切削、破碎；(2)根据地质的软硬和完整程度确定旋挖钻机的扭矩规格参数和相应钻孔的直径，再根据钻孔作业时的稳定情况确定钻孔的孔位净距。(3)根据旋挖钻机钻孔后形成的似蜂窝状柱体区域的尺寸确定冲击钻机冲孔的直径大小，冲孔点位咬合布设以保证剩余区域的全覆盖，根据冲击作业稳定程度和单点冲击效率确定冲孔点位的直径大小。作为优选，步骤(1)中的水下基坑的尺寸范围比钢套箱围堰四周边线各外扩1m～1.5m，水下基坑的四周坑壁自上而下呈垂直状。作为优选，步骤(2)中旋挖钻机的钻孔直径的范围为1.5m～2.2m。作为优选，所述旋挖钻机钻孔孔位净距与钻孔直径之比为1:3～1:4。作为优选，所述钻孔点位采用纵、横向均匀布置方式，同一排和同一列的钻孔孔位直径和净距均相同。作为优选，所述冲击钻机冲孔直径大于其中，D1为钻孔直径,L为钻孔孔位净距。作为优选，所述冲孔点位直径为1.8m～2.5m。作为优选，所述冲击钻机冲孔孔距与冲孔直径之比为2:3～5:6。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：1)提高了软岩水下基坑开挖的施工效率和施工精度，保障了钢套箱围堰的快速顺利下沉、着床。2)根据地质的软硬和完整程度选择相应性能参数的旋挖钻机及相应钻孔直径，钻孔点位纵横向均匀布设，并通过调整旋挖钻机钻孔的孔位净距使钻孔作业达到较稳定状态，保证了钻孔作业施工精度和施工效率。3)根据经钻孔后形成的蜂窝状岩层尺寸大小和施工用电负荷能力选择相应的冲孔直径，并通过调整冲孔孔距大小使冲击作业的稳定性和冲击效率达到较优状态，且冲孔点位布设保证了剩余岩层区域的全覆盖。4)通过对旋挖钻孔直径和孔位净距、冲击钻机冲孔直径和孔距进行合理的设计和布置，形成一套高效、可靠的工艺技术和标准规范，为软岩水下基坑开挖的施工效率和施工精度的提升提供了有效参考和可靠依据。附图说明图1为本专利技术中一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法的钻孔点位布置平面示意图；图2为本专利技术中一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法的冲孔点位布置平面示意图；图3为本专利技术中一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法的钻孔和冲孔点位布置平面爆炸示意图。图中，1.水下基坑；2.钻孔点位；3.第一冲孔点位；4.第二冲孔点位。具体实施方式为使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作详细说明。实施例一如图1至图3所示，本专利技术的实施例公开了一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法，包括以下步骤：(1)根据钢套箱围堰尺寸和河床高程确定水下基坑1的尺寸和深度，水下基坑1先通过旋挖钻机间隔式钻孔，使剩余的岩层形成似蜂窝状的柱体，再通过冲击钻机冲击切削、破碎；(2)根据地质的软硬和完整程度确定旋挖钻机的扭矩规格参数和相应钻孔的直径，再根据钻孔作业时的稳定情况确定钻孔的孔位净距。(3)根据旋挖钻机钻孔后形成的似蜂窝状柱体区域的尺寸确定冲击钻机冲孔的直径大小，冲孔点位咬合布设以保证剩余区域的全覆盖，冲孔点位的孔径大小根据冲击作业稳定程度和单点冲击效率进行选择确定。步骤(1)中，根据钢套箱围堰的外尺寸确定水下基坑的尺寸，为保证钢套箱围堰的顺利下沉，水下基坑1的尺寸范围较钢套箱围堰四周边线各外扩1m～1.5m，水下基坑1的四周坑壁自上而下为垂直状。水下基坑1按间隔式布设钻孔点位2，通过旋挖钻机自上而下钻取多个引孔；再将钻孔后剩余似蜂窝型的区域按咬合式布设第一冲孔点位3和第二冲孔点位4，利用冲击锤头自由下落时的势能和瞬时冲击力冲击土层并切削、破碎和冲散岩石。步骤(2)中，根据旋挖钻机扭矩性能参数大小和钻孔施工作业量、成本的优化，确定旋挖钻机的钻孔直径D1为1.5m～2.2m。钻孔直径过大时则对钻机的性能参数要求较高且钻进效率较低；钻孔直径过小时则在同尺寸的水下基坑所需钻孔数量增大，增加了施工作业量和施工成本。钻孔点位2采用纵、横向均匀布置方式，同一排和同一列的钻孔点位2直径D1和净距L均相同。旋挖钻机钻孔孔位净距L与钻孔直径D1之比为1:3～1:4，避免因孔位净距L过小发生“跑钻”的不利情况影响施工进度或因孔位净距L过大影响冲孔施工效率和施工进度。孔位净距L过小时，钻孔后剩余的形成蜂窝状岩层面积较小，当单点岩层的平面面积小于冲孔时的冲击作用面积，在后续冲孔施工时易发生“滑锤”现象即冲击锤头不稳定、倾倒、滑落，影响施工效率。此外，孔位净距L过小时在钻孔时易发生“跑钻”不利情况，即钻杆向已成孔的孔位倾斜且钻杆的垂直度和中心位置发生较大偏斜、偏位，这是由于在过小的孔位净距下形成的岩层呈薄壁高墙状，轴向刚度较小，无法在旋挖钻机钻孔时为钻杆提供足够的约束和支撑作用，相比原状岩层而言是薄弱位置因此钻杆易趋向已成孔的孔位并发生倾斜、偏位。孔位净距L过大时形成的蜂窝状的岩层面积较大，在后续冲孔时则冲击效率较低，降低了整体施工进度。步骤(3)中，冲击钻机冲孔直径D2大于以保证第一冲孔点位3和第二冲孔点位4能将似蜂窝状岩层全部覆盖，避免因冲孔点位不能有效重叠产生三角地带“盲区”。为确保冲击钻机作业时的用电负荷满足要求，且为达到冲击作业施工效率、冲击施工作业量、成本的较优化，确定冲孔直径D2为1.8m～2.5m。冲孔直径D2过大时则对施工用电的负荷要求较大且单点冲击作业的施工效率较低；冲孔直径D2过小时，则在经钻孔后的同尺寸水下基坑剩余区域所需冲孔数量增大，增加了施工作业量和施工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据钢套箱围堰尺寸和河床高程确定水下基坑的尺寸和深度，水下基坑先通过旋挖钻机间隔式钻孔，使剩余的岩层形成似蜂窝状的柱体，再通过冲击钻机冲击切削、破碎；(2)根据地质的软硬和完整程度确定旋挖钻机的扭矩规格参数和相应钻孔的直径，再根据钻孔作业时的稳定情况确定钻孔的孔位净距。(3)根据旋挖钻机钻孔后形成的似蜂窝状柱体区域的尺寸确定冲击钻机冲孔的直径大小，冲孔点位咬合布设以保证剩余区域的全覆盖，根据冲击作业稳定程度和单点冲击效率确定冲孔点位的直径大小。

【技术特征摘要】
1.一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据钢套箱围堰尺寸和河床高程确定水下基坑的尺寸和深度，水下基坑先通过旋挖钻机间隔式钻孔，使剩余的岩层形成似蜂窝状的柱体，再通过冲击钻机冲击切削、破碎；(2)根据地质的软硬和完整程度确定旋挖钻机的扭矩规格参数和相应钻孔的直径，再根据钻孔作业时的稳定情况确定钻孔的孔位净距。(3)根据旋挖钻机钻孔后形成的似蜂窝状柱体区域的尺寸确定冲击钻机冲孔的直径大小，冲孔点位咬合布设以保证剩余区域的全覆盖，根据冲击作业稳定程度和单点冲击效率确定冲孔点位的直径大小。2.根据权利要求1所述的一种软岩水下基坑钻孔和冲孔点位布设方法，其特征在于，步骤(1)中的水下基坑的尺寸范围比钢套箱围堰四周边线各外扩1m～1.5m，水下基坑的四周坑壁自上而下呈垂直状。3.根据权利要求1所述的一种软岩水下基坑钻孔和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘良成，郭忠奎，张奎，秦林，陈龙，刘瑞杰，李卓，刘九涛，车纵横，
申请(专利权)人：中铁四局集团有限公司，中铁四局集团第三建设有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34