在钢筋混凝土上进行高精度水平钻孔施工方法及装置

摘要

本发明公开了一种在混凝土上进行高精度水平钻孔施工方法及装置，方法为合理选择动力和辅助机具；根据钻孔大小和深度，选择钻具级配和钻头；金刚石钻头的选择；钻机机架的安装及调整；理想钻孔轴线轨迹的预设；测量仪器的选择与调整；开孔钻进与孔口导向扶正器的设计与使用；钻进参数钻压、转速和泵量的合理匹配；当钻孔轴线偏斜超标时的纠偏措施；和双向对钻法。可调整式机架和固定在其一端上的孔口导向扶正器，金刚石钻孔机固定在可调整式机架的钢梁上，可调整式机架底座通过四根高度可调丝杆固定在地面上，底座和钢梁之间设有水平可调丝杆，孔口导向扶正器固定在钢梁一端，钻杆穿过其限位孔，限位孔和钻杆是间隙配合。本发明精确度高。

主权项

1.一种在混凝土上进行高精度水平钻孔施工方法，利用钻孔机连接各种中间连接管，带动钻头转动，尅取混凝土，产生的粉屑经循环冷却水带出孔外，形成指定口径的水平偏斜率低的混凝土钻孔，设备主要有金刚石钻孔机、动力设备、长导轨、可调整式机架，相关辅助机具有高压水泵、孔口导向扶正器、钻具组配等，其特征为：施工方法为：[1].合理选择动力驱动设备和相关辅助机具，根据钻孔口径的大小和深度，选择满足钻孔扭距和功率需求的设备机具，设备制造精度、与给进导轨的装配精度均要求高；[2].根据钻孔口径的大小和深度，合理选择钻具级配，选择合适外径的钻头，按照钻进工艺技术的要求，依次确定各连接部件的外径尺寸和长度，并随钻孔深度的变化和孔内异常情况的发生进行相应的级配调整，钻具组配总的连接部件依次为金刚石钻、扩孔器、岩心管、扩孔器、岩心管、变径接头、钻杆、单动扶正器、钻杆、主动钻杆、水接头、钻机输出轴，扩孔器和岩心管的配对数量至少两组，各种钻具的外径级配尺寸要求：第一扩孔器外径比钻头外径略大一点，第二个扩孔器比第一个扩孔器再略大一点，均不会超过1mm，第二个以后的扩孔器外径均应小于接近第二个扩孔器外径，但在保证连接强度的同时还要注意长度尺寸的选择，一般钻孔口径大，相应外径级配尺寸取大值，钻孔口径小，取小值，岩心管的长度可根据孔深大小和孔内情况选择0.3～3.0米的不同尺寸，长岩心管的使用可根据设备功率消耗情况尽量加长；[3].金刚石钻头的选择，首要前提是高效快速钻切，采用壁厚比一般的金刚石薄壁混凝土钻头厚，又比地质岩心钻的钻头薄，既要满足工艺参数的实施要求，又要满足钻具级配的制造要求，金刚石在钻头胎体中的浓度应相对较低，粗颗粒的高品质金刚石，钻头胎体的硬度要根据混凝土标号的高低和金刚石质量来定，尽可能保持胎体的磨耗速度与金刚石的切削磨耗速度相等；[4].钻机机架的安装及调整，钻机机架通过锚栓与地面固定，通过调整四个支撑丝杆来实现钻机水平的安装，方位的调整是再通过调节设置在机架纵横双向支架连接部位的水平调节丝杆来进行，当调整到设计方位时，再把连接螺栓固定死，在测量的监控下，严格按设计要求对钻机机架进行安装调节，具体按下列步骤进行：[4.1].预安装，在测量数据的监控下，先调水平，后调方位，当水平方向，垂直方向的误差在±1mm内时紧固机架连接螺栓到一定程度，给微调留有松动的余地，[4.2].精安装，在测量数据的监控下，先调方位，后调水平，再调方位，主要采用微调，反复校验，直到可视误差接近零时，方可紧固死所有钻机机架的连接螺栓，[4.3].钻机导轨的端部与基础地面交接处采取锚栓紧固连接，增加钻机机架的稳定性，[4.4].开孔前在钻机机架的端部固定孔口导向扶正器，增加设备系统安装的稳定性和精确度，当钻孔长度超过6m时，为了提高终孔中靶精度，在钻机起始安装时，根据钻孔长度的大小，适当提高钻机的安装上仰角度，一般调整范围为机架前后两端垂直高差0～20mm，钻机导轨面必须水平，起始上仰安装时，也是先调到水平，再调上仰角度；[5].理想钻孔轴线轨迹的预设，结合钻机机架安装的起始上仰角度，并计算出钻孔轴线每米在水平和垂直两个方向上的最大允许偏差值绘制出钻孔轴线轨迹图，再根据钻具刚性强度和自然下垂规律绘制出理想的钻孔轨迹图，用以指导实际生产施工，经测量，当偏斜误差在此范围内，可进行正常钻进，当误差超出此设计范围，应立即组织实施纠偏以确保整孔的钻孔精度；[6].测量仪器设备的选择与监测调整，选择精确度高的全站仪和水准仪各一台，分别放置在钻机机架的正后方和正侧面，全站仪主要监测钻机机架方位和钻孔轴线的轨迹变化，水准仪主要监测钻机机架的水平度和上仰角度在施工过程中的变化，长导轨轨道面对称中心线和钻孔设计轴线要在同一垂直面内且相互平行，钻具安装完成后，要确保开孔位置的中心线与钻机输出轴的中心线以及钻孔设计的轴线均相互重合，除在开孔设备安装时对钻机机架，长导轨轨道、孔口导向扶正器、钻孔设计轴线等进行严格测量标定、及时调整外，还应在开孔后，对钻进的过程来实行实时测量监控，为钻孔工艺的调整提供准确数据依据；[7].开孔钻进与孔口导向扶正器的设计与使用，开孔钻过时，除在操作工艺上采取轻压慢转独外，设计一个开孔导向扶正器，安装固定在长导轨机座前端上，让钻头通过此孔口导向扶正器进行开孔钻进，孔口导向扶正器的限位孔径比钻头体的外径或岩心管的外管尺寸只能大10～20um，当钻孔过程中，钻孔深度超过了3m时，解除开孔口导向扶正器的作用；[8].单孔专用钻具的选用和监控，施工过程中单个钻孔均选用比较全新的钻头、扩孔器和岩心管等主要钻具，并在开孔前，预先对这些钻具进行尺寸校验和连接的直线度测试，确保钻具配置正确合理，符合设计要求，在一个钻孔施工的全过程中，还应对钻具进行重复测试，观察变量情况，及时调整连接顺序，在满足钻具级配的条件下；[9].钻进参数的合理选择，对钻压、转速和泵量三种参数的合理匹配控制，分为开孔钻进、正常钻进和孔内异常钻进三种情况，在每种情况下均应适当调整参数数值：[9.1].在开孔钻进时，钻压2～7KN，转速200～700r/min，泵量20～60L/min，[9.2].在正常钻进时，钻压5～13KN，转速700～1500r/min，泵量25～80L/min，[9.3].在孔内异常钻进时，钻压1～5KN，转速130～450r/min，泵量25～70L/min。