采用回旋钻机辅助沉井不排水下沉的施工方法与流程

本发明涉及沉井的修筑施工技术领域。更具体地说，本发明涉及采用回旋钻机辅助沉井不排水下沉的施工方法。

背景技术：

沉井不排水施工法又称为水挖法，是沉井下沉施工的常用施工方法之一。该方法的特点是沉井井壁内外水位保持基本一致或井外水位略高于井内水位，在地下水位以下进行开挖。不排水下沉施工一般采用水力吸泥机、水力冲射空气吸泥等方法将土体冲散形成泥浆，并通过水泵或是高压空气将泥水混合物排出井外。但水力射流冲土主要适用于粉质土、粉细砂，而当井下土体为非砂性土质时，尤其是深厚粘土层时，仅通过高压射水难以成形泥浆，此时多采用潜水式挖泥机代替吸泥机作业，但仍存在潜水式挖泥机故障率高、吸泥效果差、转仓困难等问题。因此，需要发明一种沉井不排水下沉的施工方法，以适应非砂性土质的沉井施工。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供采用回旋钻机辅助沉井不排水下沉的施工方法，实现在非砂性土质条件下高效破土吸泥的同时，也可以进行快速转仓，从而达到增大适用范围、提高工作效率的目的。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了采用回旋钻机辅助沉井不排水下沉的施工方法，包括如下步骤：

s1：沉井接高施工完成后，在每一纵列的沉井隔仓顶部轨道上布置至少一台台车，并将回旋钻机吊装至台车的横移小车上，同时将钻杆钻头分段吊运至沉井隔仓壁的挂架平台上；

s2：台车搭载回旋钻机移动至第一隔仓内壁的挂架平台处，将钻杆安装至回旋钻机上，然后回旋钻机在第一隔仓内钻进，直至达到预定的钻进深度；

s3：回旋钻机移动至第一隔仓挂架平台处，解除与钻杆之间的连接并移动至第二隔仓，重复步骤s2，完成第二隔仓的钻进，依次重复，完成所有单个隔仓的钻进；

s4：沉井下沉至预定位置后，拆除所有设备。

优选的是，回旋钻机在单个隔仓内钻进的具体方法包括：

s21：台车搭载回旋钻机移动至单个隔仓内壁的挂架平台处，安装钻杆后运行至单个隔仓内的第一个施工作业点位，就位后锁紧台车及横移小车夹轨器并下放钻杆至设定位置；

s22：开启回旋钻机，操纵回旋钻机钻进；

s23：钻进至预定深度后暂停钻进，提升钻杆大于泥面标高；

s24：解开横移小车夹轨器，横移小车搭载回旋钻机行驶至同一横排的下一施工作业点位，到位后锁紧横移小车夹轨器，开启回旋钻机重复步骤s22～s24直至完成该横排所有施工作业点位的钻进；

s25：解开台车行走机构以及横移小车夹轨器，台车行驶至单个隔仓内下一纵列施工作业点位处，到位后锁紧台车及横移小车夹轨器并开启回旋钻机，重复步骤s21～s25，采用s型路线钻完单个隔仓内的所有施工作业点位。

优选的是，所述步骤s1中还包括在沉井隔仓的四个角处布置四个塔吊，沉井隔仓的部分单个隔仓内设置有钻杆和钻头，塔吊将单个隔仓内的钻杆和钻头吊装转运至另一单个隔仓的挂架平台上。

优选的是，塔吊将单个隔仓内的钻杆和钻头吊装转运至另一单个隔仓的挂架平台上，具体包括如下步骤：

步骤a：将沉井隔仓均分成四个矩形基础隔仓，其外侧顶点恰好对应一个塔吊，根据塔吊可起吊的基础隔仓内的每个单个隔仓内的钻头和钻杆的重量以及高度，将所述基础隔仓分为两个区域，分别为第一区域记为区域m和第二区域，区域m内的所有单个隔仓只在其中一个单个隔仓内设置一套钻杆和钻头，第二区域内的所有单个隔仓内均设置有钻杆和钻头；

步骤b：区域m钻进时，直接通过塔吊将钻杆从一个单个隔仓吊装转运至需要钻进的另一单个隔仓，然后与回旋钻机连接后再进行钻进，第二区域钻进时，直接通过回旋钻机的移动再连接相应单个隔仓内的钻杆和钻头进行钻进。

优选的是，所述第二区域包括两个区域，分别为区域n和区域p，区域n内的所有单个隔仓只在其中一个单个隔仓内设置一套钻杆和钻头，区域p内的所有单个隔仓内均设置有钻杆和钻头；区域n钻进时，将钻杆拆分为多个部分，分多次通过塔吊从一个单个隔仓吊装转运至需要钻进的另一单个隔仓，在另一单个隔仓内进行组装后，再与回旋钻机进行连接钻进，区域p钻进时，直接通过回旋钻机的移动再连接相应单个隔仓内的钻杆进行钻进。

优选的是，所述台车在每一纵列的沉井隔仓顶部轨道上对称布置两台，回旋钻机进行钻进时，每一纵列对称的两个单个隔仓同步进行。

优选的是，所述钻杆在底部的钻头上方设置有扩径机构，其包括：

固定套，其固定套设于钻杆的钻头上表面，所述固定套上还设置有定滑轮；

滑动套，其滑动套设于钻杆上且位于固定套的上方；

第一拉绳，其一端固定于滑动套上、另一端伸出沉井隔仓外；

第二拉绳，其一端固定于滑动套上、另一端依次穿过定滑轮和滑动套后再伸出沉井隔仓外，所述第一拉绳、第二拉绳和定滑轮均位于固定套和滑动套的同一侧；

一对铰接杆，其位于固定套和滑动套相对的另一侧，一对铰接杆的一端相互铰接且另一端分别铰接至固定套和滑动套上。

优选的是，所述挂架平台包括钻杆挂架，其固定于沉井隔仓壁，所述钻杆挂架具有开口朝向沉井隔仓内的u型缺口，其两侧边之间的间距略大于钻杆的直径，所述u型缺口低于所述沉井隔仓上开口。

优选的是，所述挂架平台还包括排泥管支架，其也固定于沉井隔仓壁上，所述排泥管支架上具有放置排泥管的平台，其与沉井隔仓上开口平齐。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明使用回旋钻机进行仓内的破土吸泥作业，解决了非砂性土质(黏土)下沉井下沉施工时破土效率过低的难题；同时通过将回旋钻机布置在沉井隔仓顶部的移动台车上的横移小车上，实现了回旋钻机的灵活位移、精确定位，达到了沉井隔仓内的全覆盖破土吸泥的目的。

2、本发明使用单台回旋钻机搭配多根钻杆的设备配置形式，运用布置于沉井隔仓壁的钻杆挂架实现回旋钻机与钻杆之间的接驳，实现了回旋钻机的高效转仓，极大地缩短了回旋钻机转仓时的准备时间，提高了作业效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的作业俯视图；

图2为本发明的作业侧视图；

图3为本发明的钻杆拆装示意图；

图4为本发明的刃角破土示意图；

图5为本发明的扩径机构示意图；

图6为本发明的挂架平台结构示意图。

附图标记说明：

1、沉井隔仓，2、挂架平台，3、施工作业点位，4、台车，5、横移小车，6、塔吊，7、台车轨道，8、回旋钻机，9、钻杆，10、钻头，11、沉井隔仓壁，12、刃角，13、扩径机构，131、固定套，132、滑动套，133、第一拉绳，134、第二拉绳，135、铰接杆，201、钻杆挂架，202、排泥管支架，203、排泥管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至2所示，本发明提供一种采用回旋钻机辅助沉井不排水下沉的施工方法，包括如下步骤：

s1：沉井接高施工完成后，在每一纵列的沉井隔仓1顶部轨道上布置至少一台台车4，并将回旋钻机8由布置在沉井四角上的塔吊6吊装至台车4的横移小车5上完成拼装，同时将钻杆9钻头10分段吊运至沉井隔仓壁11的挂架平台2上；

s2：台车4搭载回旋钻机8移动至第一隔仓内壁的挂架平台2处，将钻杆9安装至回旋钻机8上，然后回旋钻机8在第一隔仓内钻进，直至达到预定的钻进深度；

s3：回旋钻机8移动至第一隔仓挂架平台2处，解除与钻杆9之间的连接并移动至第二隔仓，重复步骤s2，完成第二隔仓的钻进，依次重复，完成所有单个隔仓的钻进；

s4：沉井下沉至预定位置后，拆除所有设备。

在上述技术方案中，沉井施工是一种扩大型基础施工，适用于淤泥质、砂质等较松软的地层，而本发明施工的沉井所处的地质为黏土即非砂性土质，不适用于采用常规空气吸泥的方法进行沉井下沉施工，因此本发明结合实际情况通过回旋钻机8进行辅助沉井；然而沉井包括很多沉井隔仓，回旋钻机8转仓移动较为麻烦，因此设置了移动台车4辅助回旋钻机8进行转仓施工。即将回旋钻机8布置于沉井隔仓1顶部台车4的横移小车5上，通过台车4沿台车轨道7的纵向及横移小车5沿台车4的横向移动实现回旋钻机8在沉井单个隔仓内的全覆盖破土吸泥；单个隔仓施工作业完毕后，台车4搭载回旋钻机8至单个隔仓壁的挂架平台2上卸除钻杆9后，可通过台车4或横移小车5的移动将回旋钻机8进行移仓，再次通过回旋钻机8与下一单个隔仓内的钻杆9进行安装后即可进行下一单个隔仓的破土吸泥作业。

回旋钻机8一般是适用3米左右的桩基破土排土，本发明使用回旋钻机8实现了新的领域应用，首先回旋钻机8进行破土，先钻进预设的一定深度，如以3米为例，然后移动至下一仓，直至全部隔仓完成3米的钻进，之后再循环进行下一个3米深度的钻进，以3米为一个循环，循环钻进，直至达到预定的位置，例如五六十米，循环钻进，且边钻进边下沉，因此回旋钻机8需要在各个单个隔仓内不停地移动，通过移动台车4的配合实现快速转仓。

原有的一般沉井施工方法效率低，针对本发明的土质，土不容易排除；因此利用了回旋钻机8破土效果强的优点；而回旋钻机8在较高的沉井上，普通的吊装设备使得回旋钻机8不方便吊装移动，因此设置了移动台车4；通过回旋钻机8与移动台车4的配合实现了非砂性土质的沉井施工。

在另一种技术方案中，回旋钻机8在单个隔仓内钻进的具体方法包括：

s21：台车4搭载回旋钻机8移动至单个隔仓内壁的挂架平台2处，安装钻杆9后运行至单个隔仓内的第一个施工作业点位3，就位后锁紧台车4及横移小车5夹轨器并下放钻杆9至设定位置；

s22：开启回旋钻机8，操纵回旋钻机8钻进；

s23：钻进至预定深度后暂停钻进，提升钻杆9大于泥面标高；

s24：解开横移小车5夹轨器，横移小车5搭载回旋钻机8行驶至同一横排的下一施工作业点位3，到位后锁紧横移小车5夹轨器，开启回旋钻机8重复步骤s22～s24直至完成该横排所有施工作业点位3的钻进；

s25：解开台车4行走机构以及横移小车5夹轨器，台车4行驶至单个隔仓内下一纵列施工作业点位3处，到位后锁紧台车4及横移小车5夹轨器并开启回旋钻机8，重复步骤s21～s25，采用s型路线钻完单个隔仓内的所有施工作业点位3。

在上述技术方案中，因沉井隔仓1的单个隔仓范围较大，回旋钻机8一般只是施工直径较小的桩基破土，因此不能一次完成单个隔仓内所有施工作业点位3的钻进，将单个隔仓分为多排多列个施工作业点位3，从最角落的第一个施工作业点位3开始施工，施工完成后再通过移动横移小车5依次完成同一横排所有施工作业点位3的钻进，采用s型路线再进行纵向的下一横排的所有施工作业点位3的施工钻进，直至完成单个隔仓内所有施工作业点位3。

在另一种技术方案中，所述步骤s1中还包括在沉井隔仓1的四个角处布置四个塔吊6，沉井隔仓1的部分单个隔仓内设置有一套钻杆9和钻头10，塔吊6将单个隔仓内的钻杆9和钻头10吊装转运至另一单个隔仓的挂架平台2上。通过塔吊6的辅助吊装，可以根据实际需要，在沉井的每个隔仓内均放置一套钻杆9和钻头10，也可根据塔吊的吊重和吊高，不在所有的隔仓内均设置钻杆9，在吊重受限的沉井隔仓内单独设置钻杆9和钻头10，在塔吊吊高和吊重满足要求的隔仓间，部分隔仓之间可共用一套钻杆9和钻头10，钻杆9和钻头10可周转使用，实现减小钻杆9和钻头10的配套数量，具有较好的经济性。

在另一种技术方案中，塔吊6将单个隔仓内的钻杆9吊装转运至另一单个隔仓的挂架平台2上，具体包括如下步骤：

步骤a：将沉井隔仓1均分成四个矩形基础隔仓，其外侧顶点恰好对应一个塔吊6，根据塔吊6可起吊的基础隔仓内的每个单个隔仓内的钻头10和钻杆9的重量以及高度，将所述基础隔仓分为两个区域，分别为第一区域记为区域m和第二区域，区域m内的所有单个隔仓只在其中一个单个隔仓内设置一套钻杆9和钻头10用于周转使用，第二区域内的所有单个隔仓内均设置有钻杆9和钻头10；

步骤b：区域m钻进时，直接通过塔吊6将钻杆9从一个单个隔仓吊装转运至需要钻进的另一单个隔仓，然后与回旋钻机8连接后再进行钻进，第二区域钻进时，直接将回旋钻机8移至需要取土的隔仓，再连接相应单个隔仓内的钻杆9进行钻进。

在上述技术方案中，为了减少钻杆9和钻头10数量，可将沉井隔仓1分为四个基础隔仓，如图3所示，左下角的9个隔仓为其中一个基础隔仓，总共30个仓，相邻基础隔仓会存在共用某些隔仓的情况，并不影响分类。根据每个单个隔仓距离顶点外侧塔吊6的距离远近，同时结合钻杆9和钻头10的重量以及高度，再结合塔吊6在不同距离可起吊的重量以及高度，也就是根据塔吊6起重力矩和钻杆9钻头10的质量将基础隔仓划分为区域m和第二区域，区域m只设置一根钻杆9即可，塔吊6可起吊此区域内的钻头10和所有钻杆9，因此该区域内采用吊高控制的方式，直接吊起钻杆9和钻头10；而第二区域内的所有隔仓均设置对应的钻杆9，实现与回旋钻机8直接连接钻进，不需要对钻杆9进行转运；因此在没有多余的钻杆9情况下，可对区域m内的钻杆9直接进行转仓，从而减少钻杆9的装配数量。

在另一种技术方案中，所述第二区域包括两个区域，分别为区域n和区域p，区域n内的所有单个隔仓只在其中一个单个隔仓内设置一套钻杆9和钻头10，共用一套，区域p内的所有单个隔仓内均设置有钻杆9和钻头10；区域n钻进时，将钻杆9拆分为多个部分，分多次通过塔吊6从一个单个隔仓吊装转运至需要钻进的另一单个隔仓，在另一单个隔仓内进行组装后，再与回旋钻机8进行连接钻进，区域p钻进时，直接通过回旋钻机8的移动再连接相应单个隔仓内的钻杆9进行钻进。

在上述技术方案中，如图3所示，将第二区域再分为区域n和区域p，塔吊6可将区域n中单个隔仓内的部分钻杆9和钻头10直接起吊，因此先采用吊重控制，将此区域内的钻杆9拆卸成几个部分，直至剩下的钻杆9和钻头10的重量满足塔吊6的吊装能力后，再采用吊高控制的方式将钻杆9拆分成几部分，从而实现分几次进行吊装转运，进一步实现减少钻杆9的数量。而区域p内塔吊6无法吊装与其吊高等长的钻杆9钻头10，要不就需要单节拆除钻杆9，施工效率太低，不适用。

在另一种技术方案中，所述台车4在每一纵列的沉井隔仓1顶部轨道上对称布置两台，回旋钻机8进行钻进时，每一纵列对称的两个单个隔仓同步进行。

在另一种技术方案中，所述钻杆9在底部的钻头10上方设置有扩径机构13，其包括：固定套131，其固定套设于钻杆9的钻头10上表面，所述固定套131上还设置有定滑轮；滑动套132，其滑动套设于钻杆9上且位于固定套131的上方；第一拉绳133，其一端固定于滑动套132上、另一端伸出沉井隔仓1外；第二拉绳134，其一端固定于滑动套132上、另一端依次穿过定滑轮和滑动套132后再伸出沉井隔仓1外，所述第一拉绳133、第二拉绳134和定滑轮均位于固定套131和滑动套132的同一侧；一对铰接杆135，其位于固定套131和滑动套132相对的另一侧，一对铰接杆135的一端相互铰接且另一端分别铰接至固定套131和滑动套132上。

在上述技术方案中，如图4和图5所示，沉井下沉至一定深度后，土质变为坚硬的地质，例如卵石层，其对沉井的支撑力过大，如果只是在沉井内部进行破土沉井，沉井无法自然下沉，因此需要在沉井下方的刃角12处扩径，将刃角12处的坚硬土质破松，减小沉井下端部承载力，从而方便沉井由于重力作用自然下沉。初始状态时，收紧第一拉绳133，一对铰接杆135处于与钻杆9平齐的状态，钻头10进行不停地钻进，并时刻关注钻头10的顶标高，当钻头10顶标高与刃角12底标高平齐时，准备扩径；收紧第二拉绳134，直至一对铰接杆135从竖直状态变位水平的折叠状态，并且铰接杆135位于沉井隔仓壁11刃角12的远离侧，而第一拉绳133和第二拉绳134位于紧挨刃角12一侧，开始旋转钻头10，一对折叠的铰接杆135同时跟随钻杆9进行旋转，从而扰动刃角12处土体进行刃角12处破土。

在另一种技术方案中，所述挂架平台2包括钻杆挂架201，其固定于沉井隔仓壁11，所述钻杆挂架201具有开口朝向沉井隔仓内的u型缺口，其两侧边之间的间距略大于钻杆9的直径，所述u型缺口低于所述沉井隔仓1上开口。

在另一种技术方案中，所述挂架平台2还包括排泥管支架202，其也固定于沉井隔仓壁11上，所述排泥管支架202上具有放置排泥管203的平台，其与沉井隔仓1上开口平齐。

在上述技术方案中，如图6所示，挂架平台2包括两部分，一部分用于钻杆9的临时悬挂，另一部分也可用于回旋钻机8排泥管203的支架，中间的隔仓排泥管203较长，通过排泥管支架202上的排泥管203平台引导放置排泥管203将泥土排出沉井隔仓1外。钻杆挂架201上表面的平台具有朝向右侧隔仓内的u型缺口，钻杆9通过其端部的法兰恰好从u型缺口的开口卡合位于u型的两侧边之间，实现钻杆9的临时固定。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。