一种全套管全回转钻机套筒及盾构刀盘前方障碍物清除方法技术

本发明专利技术公开了一种全套管全回转钻机套筒，包括套筒，套筒的上端与回转钻机相连，套筒的下端固连有硬质合金齿刀。本发明专利技术还公开了一种盾构机刀盘前方障碍物清除方法，该方法包括：向土压舱中注入膨润土；开设地质钻探孔，用卡钻法确定盾构刀盘前方障碍物的清障施工影响范围及埋深；观测地下水位变化；确定全套管全回转钻机的套筒位置并向地下掘进；清理套筒内的土体和障碍物；在套筒上切割套筒开口；并清理套筒与盾构刀盘之间的障碍物；在套筒内回填砂土，并在回填过程中逐步将套筒拔起。本发明专利技术的有益效果为：快速确定障碍物的位置和埋深，采用全回转全套筒钻机可快速钻进，采用降水井降低周边地下承压水位，避免管涌流砂风险，确保了可在套筒上开口清除障碍物。

Full sleeve full rotating drilling rig sleeve and method for removing obstacles in front of shield cutter disc

The invention discloses a full sleeve full rotation drilling machine sleeve, which comprises a sleeve, wherein the upper end of the sleeve is connected with the rotary drilling rig, and the lower end of the sleeve is fixedly connected with a carbide alloy cutter. The invention also discloses a method for removing obstacles in front of a shield machine cutter, the method comprises: injecting bentonite to soil ballast; open geological drilling hole, by sticking method to determine the influence range of wrecker construction obstacles in front of shield cutter head and buried depth; groundwater level change; determine the full casing rotary drill sleeve position and to clean up the soil and underground excavation; obstacle sleeve; the sleeve on the cutting sleeve opening; and clear the obstacles between the sleeve and the cutter head; in the sleeve and backfill backfill sand, in the process of gradually pulling up the sleeve. The invention has the advantages that the quick determination of the position of the obstacle and the depth, can be used for fast drilling rig with full rotary sleeve, dewatering well reduce surrounding underground confined water level, avoid piping sand flow risk, to ensure that the opening to remove obstacles on the sleeve.

【技术实现步骤摘要】
一种全套管全回转钻机套筒及盾构刀盘前方障碍物清除方法
本专利技术涉及盾构隧道施工
，具体涉及一种全套管全回转钻机套筒及盾构刀盘前方障碍物清除方法。
技术介绍
在盾构隧道施工过程中，由于工程地质条件的复杂性和勘察不够彻底，盾构机在施工过程中可能因前方遇到孤石、漂石或遗留的电缆光缆等未知坚硬物体，导致盾构掘进困难，无法进尺，使盾构机陷入困境。目前，盾构施工过程中遇到此类状况时，往往先对前方地层进行加固处理，再采取常压开仓明确盾构刀盘前方障碍物类型，在刀盘前方采用竖井或开仓取出、破除障碍物。然而，这两种处理方法均存在一定的缺陷：在盾构机中带压开仓时，土压舱内保压困难，对舱内工作人员的技术水平要求高；地下水位较高，盾构开挖面失稳和工作人员安全风险较高；两种方法的加固处理费用均较高，且施工工期长，大大影响了工程施工进度。此外，现有的全回转钻机套筒由于套筒壁厚较大，不具备套筒壁上开仓条件，不适用于清除套筒外的障碍物。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种安全、简便的全套管全回转钻机及盾构刀盘前方障碍物清除方法。本专利技术采用的技术方案是：一种全套管全回转钻机套筒，包括套筒，套筒的上端与回转钻机相连，回转钻机为套筒提供旋转动力；套筒的下端固连有硬质合金齿刀。按上述方案，所述套筒由单节套筒依次头尾相连焊接而成，套筒的壁厚为20~30mm。按上述方案，套筒顶部周向间隔设置多个吊装孔。本专利技术还采用了一种盾构机刀盘前方障碍物清除方法，包括以下步骤：步骤一、关闭盾构机的各机构，停止掘进，并保持盾构机土压舱内的土压力稳定，向土压舱中注入膨润土；步骤二、提供如上所述的用于全套管全回转钻机的新型套筒，以及回转钻机等；步骤三、自盾构机的盾构刀盘上方地表附近开设地质钻探孔，用卡钻法确定盾构刀盘前方障碍物的清障施工影响范围及埋深；步骤四、在清障施工影响范围内开设降水井，进行抽水试验，并监测抽水量，观测地下水位变化；步骤五、确定全套管全回转钻机的套筒位置并向地下掘进，使套筒最大限度覆盖障碍物所在位置；全套管全回转钻机钻至盾构隧道底部以下至少2m；步骤六、清理套筒内的土体和障碍物；步骤七、将操作工人送至套筒底部，并向套筒底部持续输送新鲜空气，实时监测套筒内的氧气含量和其他毒气含量；步骤八、根据套筒位置及埋深选定面向盾构刀盘方向，在套筒上切割套筒开口，人工或机械手段挖除套筒开口外的土体，并清理套筒与盾构刀盘之间的障碍物；步骤九、障碍物清理完成后，在套筒内回填砂土，并在回填过程中逐步将套筒拔起；步骤十、准备进行下一阶段清理。按上述方案，在步骤三中，采用卡钻法确定盾构刀盘前方障碍物的清障施工影响范围及埋深；所述卡钻法即沿盾构隧道轴线向盾构刀盘的方向、以及由盾构刀盘两侧向盾构隧道轴线方向开设地质钻探孔，越接近盾构刀盘处，地质钻探孔的间距越小。按上述方案，在步骤三中，采用地质钻机开设地质钻探孔，地质钻探孔的深度应超过盾构隧道底部以下2m；钻孔时，地质钻机的钻头与盾构刀盘的距离不低于500mm。按上述方案，在步骤五中，全套管全回转钻机钻至盾构隧道底部以下至少2m后，通过开启降水井抽水，使地下承压水位降至盾构隧道底部以下。按上述方案，在步骤八中，套筒开口不大于0.5m2，切割后观测是否有涌水涌砂现象：若有，继续从降水井抽水降低地下水位；若无，采用人工或机械手段挖除套筒开口外的土体，并清理套筒与盾构刀盘之间的障碍物。按上述方案，在步骤三中，在清障影响范围内，也即盾构刀盘前方及两侧1~2倍隧道埋深范围内间隔设置地表沉降监测点，在障碍物清除过程中，以不低于12h/次的频率监测清障影响范围内的地表沉降变形。按上述方案，在步骤五中，若土体或障碍物较坚硬，可先利用冲击钻辅助破碎土体和障碍物，再用液压抓斗清除土体和障碍物。本专利技术的有益效果为：1）本专利技术可快速确定障碍物的位置和埋深，采用全回转全套筒钻机可快速钻进，钻进至盾构隧道底板以下后，采用降水井降低周边地下承压水位，避免管涌流砂风险，确保了可在套筒上开口，采用液压抓斗快速清除套筒内的土体和揭露出的障碍物；2）本专利技术采用全套管全回转钻机辅助清理盾构机刀盘前方的障碍物，其套管采用Q235B钢材卷制而成，可在套筒下部预先设置门式开口，或采用氧气乙炔进行切割开口，进而清理套筒外盾构刀盘前方的障碍物，且端头焊接有硬质合金齿刀，可适用于各类地层中掘进和破碎各类坚硬障碍物；与现有的采用钻机清除障碍相比，套筒下钻后无需加固处理，一方面减小了施工成本，也提高了施工进度；另一方面，工作人员在套筒内切口作业，也保证了操作人员的安全；3）本专利技术安全高效，施工简便快捷且经济，能够彻底地清除刀盘前方障碍物，为工程实际中盾构刀盘前方遇障碍物无法向前掘进提供了一种简便、高效、快捷、经济的处理方法，具有重要的工程实践意义。附图说明图1为本专利技术中地质钻探孔位平面图。图2为本专利技术中降水井布置平面图。图3为本专利技术中全套管全回转钻机布置平面图。图4为本专利技术中地表沉降变形监测布置平面图。图5为本专利技术中各设备位置的剖面图。图6为本专利技术中新型套筒的结构示意图。图7为本专利技术中硬质合金齿刀与套筒的连接示意图。其中：1、管片结构；2、同步注浆体；3、盾构机；4、土压舱；5、盾构刀盘；6、地质钻探孔；7、障碍物；8、降水井；9、套筒；10、套筒切口；11、吊装孔；12、地表沉降监测点；13、硬质合金齿刀。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步地描述。盾构机3包括盾构机壳体、盾构刀盘5、土压舱4、螺旋输送机、推进机构和管片结构2，所述盾构刀盘5设在盾构机壳体的前部，盾构刀盘5的后部为土压舱4，土压舱4底部与螺旋输送机连接，盾构刀盘5切削下来的土体通过分布在盾构刀盘5上的孔口进入土压舱4中，通过位于土压舱4下部出土口的螺旋输送机输送至盾构机壳体的外部；盾构机壳体四周布置着推进油缸，通过千斤顶伸出端头部安装的撑靴可以将推进力均匀地传递到管片结构1，管片结构1的外侧为同步注浆体2。盾构刀盘5前方遇到障碍物时，立即停机，停止掘进，对障碍物进行处理。一种全套管全回转钻机套筒，包括上端与回转钻机相连的套筒9，回转钻机为套筒9提供旋转动力，套筒9的下端焊接有硬质合金齿刀13，用于破除路面混凝土、地下障碍物等坚硬物体；套筒9顶部周向间隔设置多个吊装孔11，用于吊装套筒9与续接套筒进行焊接或与回转动力装置进行连接，如图6和图7所示。本实施例中，套筒9采用Q235B钢制成，其直径为1.5~2m，壁厚为20~30mm；单节套筒标准长度为9m，若单节套筒长度不够，可以焊接1~2节加长套筒；套筒9顶部周向均匀布置有10个吊装孔11，吊装孔11的孔径为5~10cm，吊装孔11与套筒9顶部之间的距离为15cm。一种盾构机刀盘前方障碍物清除方法，具体包括以下步骤：步骤一、关闭盾构机的各机构，停止掘进，并保持盾构机土压舱4内的土压力稳定，向土压舱4中注入膨润土，防止开挖面渗透失稳破坏；步骤二、提供地质钻机及如上所述的用于全套管全回转钻机的新型套筒，以及回转钻机等；步骤三、利用地质钻机，自盾构机的盾构刀盘上方地表附近开设地质钻探孔6，如图1所示，用卡钻法确定盾构刀盘5前方障碍物7的清障施工影响范围（前方障碍物7的平面分布位置）及埋深；所述卡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于全套管全回转钻机的新型套筒，其特征在于，包括套筒，套筒的上端与回转钻机相连，回转钻机为套筒提供旋转动力；套筒的下端固连有硬质合金齿刀。

【技术特征摘要】
1.一种用于全套管全回转钻机的新型套筒，其特征在于，包括套筒，套筒的上端与回转钻机相连，回转钻机为套筒提供旋转动力；套筒的下端固连有硬质合金齿刀。2.如权利要求1所述的用于全套管全回转钻机的新型套筒，其特征在于，所述套筒由单节套筒依次头尾相连焊接而成，套筒的壁厚为20~30mm。3.如权利要求1所述的用于全套管全回转钻机的新型套筒，其特征在于，套筒顶部周向间隔设置多个吊装孔。4.一种盾构机刀盘前方障碍物清除方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、关闭盾构机的各机构，停止掘进，并保持盾构机土压舱内的土压力稳定，向土压舱中注入膨润土；步骤二、提供如权利要求1所述的用于全套管全回转钻机的新型套筒，以及回转钻机等；步骤三、自盾构机的盾构刀盘上方地表附近开设地质钻探孔，用卡钻法确定盾构刀盘前方障碍物的清障施工影响范围及埋深；步骤四、在清障施工影响范围内开设降水井，进行抽水试验，并监测抽水量，观测地下水位变化；步骤五、确定全套管全回转钻机的套筒位置并向地下掘进，使套筒最大限度覆盖障碍物所在位置；全套管全回转钻机钻至盾构隧道底部以下至少2m；步骤六、清理套筒内的土体和障碍物；步骤七、将操作工人送至套筒底部，并向套筒底部持续输送新鲜空气，实时监测套筒内的氧气含量和其他毒气含量；步骤八、根据套筒位置及埋深选定面向盾构刀盘方向，在套筒上切割套筒开口，人工或机械手段挖除套筒开口外的土体，并清理套筒与盾构刀盘之间的障碍物；步骤九、障碍物清理完成后，在套筒内回填砂土，并在回填过程中逐步将套筒拔起...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠超，蔡兵华，杨新，罗小东，黄超群，张耀东，谢思俊岚，吴丹，卢吉，肖振，
申请(专利权)人：武汉市市政建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42