一种防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治装置的制作方法

1.本实用新型属于地铁隧道施工地下有害气体防治技术领域，具体涉及一种防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治装置。


背景技术：

2.现有城市地铁隧道施工中，针对包含粉质黏土、黏土、泥炭质土、粉土和粉砂质土的地层，往往存在多种有害气体，有害气体以甲烷为主，泥炭质土为主要生气来源，气体主要储存在粉土、粉砂、粉质黏土层，甲烷主要赋存在生气层上方的砂质土与透气性差的粘土间，其中多数游离的甲烷被压缩在粘性土层的凹部，形成气囊，其中，瓦斯在隧道中的释放与聚集将直接威胁盾构施工和运营安全，且针对含多层泥炭土的地层，以往勘察探孔多次发生气体喷发、燃烧现象，严重影响了地铁施工与周边建筑安全。且运用钻探排气也会造成地面上道路沉降，增加了地面交通拥堵或无法通行的负担，因此，现如今缺少一种实施方便快捷的防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治体系。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治装置，其设计新颖合理，利用钻机驱动钻杆钻头，通过气体收集袋收集有害气体，混凝土储罐存储混凝土，储水罐存储清洗水，在钻杆外套设护筒，在护筒内设置隔板，护筒、钻头和隔板配合形成用于引导有害气体排出的容纳腔，有害气体经导气孔进入容纳腔，再通过导气管排出，同时利用注浆管向有害气体积聚位置输送混凝土，填实空隙，最大限度减轻地铁工程隧道盾构施工中，由有害气体引起的安全隐患，避免地面沉降，确保了地铁施工和运营安全，便于推广使用。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治装置，其特征在于：包括钻机和钻具，钻具包括护筒和设置在护筒底部的钻头，护筒内下侧水平设置有隔板，隔板上开设有中心孔以及均位于中心孔外侧的第一旁孔、第二旁孔和第三旁孔，钻杆穿过中心孔与钻头连接，钻杆远离钻头的一端与钻机连接，导气管与第一旁孔连通，钻头内开设有用于安装单向阀的竖向通孔，注浆管穿过第二旁孔与单向阀连通，注水管与第三旁孔连通，护筒、钻头和隔板配合形成用于引导有害气体排出的容纳腔，护筒底部开设有多个导气孔，所述容纳腔通过第一旁孔与导气管连通；
5.所述导气管伸出护筒的一端连接有气体收集袋，注浆管伸出护筒的一端连接有用于存储混凝土的混凝土储罐，注水管伸出护筒的一端连接有储水罐；
6.所述导气管伸出护筒的位置安装有排气阀和压力表，注浆管伸出护筒的位置安装有注浆阀，注水管伸出护筒的位置安装有注水阀。
7.上述的一种防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治装置，其特征在于：所述钻头伸入至气囊内，气囊位于地层中砂质粉土层和粘土层之间。
8.上述的一种防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治装置，其特征在于：
所述护筒内位于导气孔的位置设置有第一滤网。
9.上述的一种防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治装置，其特征在于：所述第一旁孔内设置有第二滤网。
10.上述的一种防止道路沉降的地铁隧道施工地下有害气体防治装置，其特征在于：所述气体收集袋为fep特氟龙气体采样袋。
11.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
12.1、本实用新型利用钻机驱动钻杆钻头，通过气体收集袋收集有害气体，混凝土储罐存储混凝土，储水罐存储清洗水以便清洗导气孔，便于推广使用。
13.2、本实用新型钻头内开设有用于安装单向阀的竖向通孔，注浆管穿过第二旁孔与单向阀连通，避免混凝土倒流，达到了提前释放盾构区间有害气体目的，降低了地铁地下盾构施工的安全风险，最大限度缓解了施工与地面交通疏解的矛盾，消除了地面沉降问题，最大限度减轻了地铁工程隧道盾构施工中，由有害气体引起的安全隐患。
14.3、本实用新型设计新颖合理，通过设置护筒护壁，在护筒底部设置钻头，钻杆位于护筒内，在护筒内设置隔板，护筒、钻头和隔板配合形成用于引导有害气体排出的容纳腔，有害气体经导气孔进入容纳腔，再通过导气管排出，同时利用注浆管向有害气体积聚位置输送混凝土，填实空隙，最大限度减轻地铁工程隧道盾构施工中，由有害气体引起的安全隐患，避免地面沉降，通过设置注水管，利用注水管清洗导气孔，避免导气孔堵塞，便于推广使用。
15.综上所述，本实用新型设计新颖合理，利用钻机驱动钻杆钻头，通过气体收集袋收集有害气体，混凝土储罐存储混凝土，储水罐存储清洗水，在钻杆外套设护筒，在护筒内设置隔板，护筒、钻头和隔板配合形成用于引导有害气体排出的容纳腔，有害气体经导气孔进入容纳腔，再通过导气管排出，同时利用注浆管向有害气体积聚位置输送混凝土，填实空隙，最大限度减轻地铁工程隧道盾构施工中，由有害气体引起的安全隐患，避免地面沉降，确保了地铁施工和运营安全，便于推广使用。
16.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构示意图。
18.图2为图1的a处放大图。
19.图3为本实用新型钻具的结构示意图。
20.图4为图3的b-b剖视图。
21.图5为本实用新型的实施效果图。
22.附图标记说明:1—护筒；2—钻头；3—隔板；4—钻杆；5—导气管；6—注浆管；7—注水管；8—第一滤网；9—第二滤网；10—单向阀；11—排气阀；12—压力表；13—注浆阀；14—注水阀；15—第一旁孔；16—第二旁孔；17—第三旁孔；18—中心孔；
19—泥炭质土层；20—砂质粉土层；21—粘土层；22—气囊；23—混凝土；24—开挖层；25—第一钻孔；26—第二钻孔；27—支撑填筑体；28—气体收集袋；29—混凝土储罐；30—钻机；31—储水罐；32—混凝土加固体。 具体实施方式
23.如图1至图5所示，本实用新型包括钻机30和钻具，钻具包括护筒1和设置在护筒1底部的钻头2，护筒1内下侧水平设置有隔板3，隔板3上开设有中心孔18以及均位于中心孔18外侧的第一旁孔15、第二旁孔16和第三旁孔17，钻杆4穿过中心孔18与钻头2连接，钻杆4远离钻头2的一端与钻机30连接，导气管5与第一旁孔15连通，钻头2内开设有用于安装单向阀10的竖向通孔，注浆管6穿过第二旁孔16与单向阀10连通，注水管7与第三旁孔17连通，护筒1、钻头2和隔板3配合形成用于引导有害气体排出的容纳腔，护筒1底部开设有多个导气孔，所述容纳腔通过第一旁孔15与导气管5连通；
24.所述导气管5伸出护筒1的一端连接有气体收集袋28，注浆管6伸出护筒1的一端连接有用于存储混凝土23的混凝土储罐29，注水管7伸出护筒1的一端连接有储水罐31；
25.所述导气管5伸出护筒1的位置安装有排气阀11和压力表12，注浆管6伸出护筒1的位置安装有注浆阀13，注水管7伸出护筒1的位置安装有注水阀14。
26.需要说明的是，利用钻机驱动钻杆钻头，通过气体收集袋收集有害气体，混凝土储罐存储混凝土，储水罐存储清洗水以便清洗导气孔；钻头内开设有用于安装单向阀的竖向通孔，注浆管穿过第二旁孔与单向阀连通，避免混凝土倒流，达到了提前释放盾构区间有害气体目的，降低了地铁地下盾构施工的安全风险，最大限度缓解了施工与地面交通疏解的矛盾，消除了地面沉降问题，最大限度减轻了地铁工程隧道盾构施工中，由有害气体引起的安全隐患；通过设置护筒护壁，在护筒底部设置钻头，钻杆位于护筒内，在护筒内设置隔板，护筒、钻头和隔板配合形成用于引导有害气体排出的容纳腔，有害气体经导气孔进入容纳腔，再通过导气管排出，同时利用注浆管向有害气体积聚位置输送混凝土，填实空隙，最大限度减轻地铁工程隧道盾构施工中，由有害气体引起的安全隐患，避免地面沉降，通过设置注水管，利用注水管清洗导气孔，避免导气孔堵塞。
27.本实施例中，所述钻头2伸入至气囊22内，气囊22位于地层中砂质粉土层20和粘土层21之间。
28.需要说明的是，泥炭质土层19为主要生气来源，易产生有害气体，有害气体以甲烷为主，有害气体透过砂质粉土层20中的孔隙，聚集在粘土层21底部，形成气囊。
29.本实施例中，所述护筒1内位于导气孔的位置设置有第一滤网8。
30.本实施例中，所述第一旁孔15内设置有第二滤网9。
31.本实施例中，所述气体收集袋28为fep特氟龙气体采样袋。
32.本实用新型实施时，过程如下：
33.步骤一、地面开挖：在气囊22的正上方地面上开挖深度为2m到4m的开挖层24；
34.步骤二、钻探第一钻孔和第二钻孔：利用第一钻杆在开挖层24层底中心位置钻探深度为3m到5m的第一钻孔25，利用第二钻杆在第一钻孔25孔底中心位置钻探深度为4m到8m
的第二钻孔26；
35.第二钻孔26的孔径小于第一钻孔25的孔径；
36.步骤三、孔壁加固:将钻具伸入至第二钻孔26孔底中心位置，在钻具与第一钻孔25和第二钻孔26之间填充支撑填筑体27，所述支撑填筑体27的顶部高于第一钻孔25的孔顶高度；
37.步骤四、钻探第三钻孔：将排气阀11、注浆阀13和注水阀14关闭，钻机30驱动钻杆4，钻杆4带动钻头2钻探第三钻孔，直至钻头2伸入至气囊20内；
38.第三钻孔的孔径小于第二钻孔26的孔径；
39.步骤五、气囊排气及充填：气囊20内的有害气体通过导气孔进入容纳腔，再进入导气管5，导气管5内压力增大，压力表12显示压力值，同时打开排气阀11和注浆阀13，气体收集袋28收集导气管5输出的有害气体，混凝土储罐29内注浆泵向注浆管6泵送混凝土，其中，注浆压力大于压力表12显示的压力数据，保证混凝土进入气囊20所在位置，当压力表12数据减少或降低时，打开注水阀14，利用注水管7清洗导气孔，避免导气孔堵塞，直至气囊中有害气体排放完毕，并实现气囊20的充填；
40.步骤六、提钻并回填钻孔：提升钻具，混凝土储罐29内注浆泵继续向注浆管6泵送混凝土，回填钻孔，气囊内混凝土、第三钻孔内混凝土、第二钻孔内混凝土、第一钻孔内混凝土和支撑填筑体27形成混凝土加固体32，实现有害气体防治即地层加固，防止道路沉降。
41.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。