輥槽成墻方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種輥槽成墻方法及裝置，屬于水利水電、巖土工程領域建造地下連續墻的一種全新施工方法和專用設備。兩側的鉆具系統分別與提吊裝置固定連接，底部輥子系統兩端分別與該鉆具系統連接，沖水管組件設在輥子上部；以輥銑方式在地層中開槽形成槽段，可直接注入水泥漿等材料與地層顆粒攪拌混合經固化成墻，也可采用泥漿護壁并用混凝土等材料置換或放置土工膜，從而建成地下連續墻或防滲體。本發明適用于各種土層、砂層、砂礫石層和風化強烈的巖石地層，以輥銑的方式切削剝離地層顆粒，可以泥漿護壁形成槽孔再以成墻材料置換泥漿成墻，也可用自凝類漿液攪入地層直接形成地下連續墻。
【專利說明】
輥槽成墻方法及裝置
技術領域
[0001]本發明屬于水利水電、巖土工程領域建造地下連續墻的一種全新施工方法和專用設備，主要用于在地層中以輥銑的方式形成槽孔，并可建成連續墻，這種墻體可廣泛用于建筑物地下承重和水工構筑物地下防滲，市場前景十分廣闊。
【背景技術】
[0002]目前常用的地下連續墻建造方法主要有抓斗法、鋸槽法、鉆槽法和攪拌法。
[0003]抓斗法(包括液壓抓斗和機械抓斗)，用履帶式起重機提吊抓斗設備沖抓地層形成槽段，采用泥漿護壁，再用混凝土等材料置換泥漿建造連續墻。抓斗法對地層適應性較強，但只能先一斗一斗的抓取地層，同時必須用泥漿保護槽壁，最后再采用成墻材料置換泥漿建造成地下連續墻。抓斗法必須分序施工，工藝復雜、工效低、成本高。
[0004]鋸槽法(包括液壓鋸槽和機械式鋸槽)，利用拉鋸鋸木的原理鋸開地層，但對底部地層切削能力很差，必須采用泥漿護壁，分段隔離、置換成墻。鋸槽法對地層適應性較差，工藝復雜、工效低、成本高。
[0005]鉆槽法(包括單孔套接和多頭鉆)，利用鉆機鉆孔成槽，必須分序施工、采用泥漿護壁，置換成墻。鉆槽法對地層適應性較強，但工藝復雜、工效低、成本高。
[0006]攪拌法(包括單頭鉆和多頭鉆)，利用動力頭鉆機通過鉆桿帶動螺旋槳式或翼片式鉆頭鉆進地層，同時注入水泥漿與地層顆粒混合，固化后形成固結體加固地層，用于防滲工程則其抗滲性能較差。攪拌法工藝較簡單，但對地層適應性差，工效較低、固結體質量不易控制。
[0007]水利水電等巖土工程領域建造地下連續墻的方法雖然很多，但一直缺乏一種地層適應性強、高效優質低成本的簡捷工法，這給工程設計者造成很大困擾。隨著競爭的日趨激烈，市場急需裝備一種性能優越、安全適用的地下連續墻施工設備以及相應的施工方法。

【發明內容】

[0008]本發明提供一種輥槽成墻方法及裝置，旨在針對水利水電巖土工程建造地下連續墻或防滲墻現有工法的不足，提供一種性能優越、簡捷適用、高效安全、對多類地層廣泛適用的開槽成墻裝置及其施工方法，以解決上述各種工法所存在的問題。
[0009]本發明采取的技術方案是:輥槽成墻裝置的結構是:兩側的鉆具系統分別與提吊裝置固定連接，底部輥子系統兩端分別與該鉆具系統連接，沖水管組件設在輥子上部；
所述鉆具系統的結構是:電動機通過減速箱的輸出軸與鉆桿連接，外管位于鉆桿的外部，傳動軸上端與鉆桿連接、下端與鉆頭連接，軸承座與殼體固定連接，傳動軸與軸承一轉動連接，齒輪與傳動軸固定連接，上蓋、下蓋分別與殼體連接；
所述底部輥子系統的結構是:軸承二與殼體連接，齒輪軸與軸承二轉動連接，壓蓋與殼體固定連接，傳動法蘭與齒輪軸固定連接，輥軸與傳動法蘭固定連接，輥齒與輥軸外部固定連接，底口管與殼體連接； 所述沖水管組件的結構是:安裝座與殼體固定連接，橫管與安裝座固定連接，進漿口與橫管上部固定連接，噴嘴與橫管下方固定連接；
所述提吊裝置的結構是:立板與機座固定連接，橫軸與立板連接，滑輪組與橫軸固定連接。
[0010]本發明一種輥槽成墻方法，包括下列步驟:
(一)開挖導槽:提吊輥槽機對正孔位，啟動輥槽機和漿栗，下放輥槽機輥銑地層，保持漿液與槽口平齊銑槽至設計深度，提出輥槽機完成一個槽孔；
鉆孔配合及棍銑成槽方法:啟動鉆具系統的電動機，則減速箱的輸出軸帶動鉆桿、傳動軸和鉆頭轉動，實現鉆頭對地層的鉆進或攪拌超前成孔，同時安裝在傳動軸上的齒輪驅動齒輪軸和輥軸轉動，輥軸上的輥齒切削、攪拌地層土體，進行輥銑成槽;在整個鉆孔與輥槽過程中，設在地面的泥漿栗通過管路、經橫管、噴嘴向輥子供給漿液或水，而將切削剝離的地層顆粒通過底口管，經砂石栗反循環排出孔槽，保證輥槽進尺，始終保持孔口漿液液面的確定高度，以保障槽孔孔壁穩定；
每個槽段可由I個或連續多個槽孔構成，槽孔長度一般為2?4m;
(二)攪拌自凝漿液成墻方法:在地層顆粒的粒徑小于3cm的土層、砂層、砂礫石地層中，根據進尺速度，在槽孔輥銑過程中直接向孔內的鉆頭和輥子處連續供給水灰比2:1?1:1、200?500L/min的水泥漿液，鉆頭和輥子在下行轉動進尺的同時，將水泥漿液與地層顆粒充分攪拌而形成性能均勻的漿體，在輥槽機上提時停止供漿只對漿體進行攪拌；
(三)結合置換成墻方法:當墻體性能要求較高時，按上述成槽工藝形成槽段后，采用灌注混凝土等材料置換出槽內護壁漿液，混凝土固結后即形成一段較高性能的地下墻體；
還包括結合鋪塑防滲方法:利用輥槽工藝銑成的槽段內鋪設土工膜等隔水材料，即可建成具有一定抗滲性能的防滲帷幕。
[0011 ]本發明所述輥子的選擇方法是:
a.可根據地質條件選擇輥子結構:地層顆粒粒徑小于3cm的土層、砂層和砂礫石地層，為獲得較高的攪拌效率可采用長齒結構的棍子，$昆齒高度10?15cm;地層顆粒粒徑3?6cm的砂爍石層和強烈風化巖層，應采用短齒結構的棍子，棍齒高度5?10cm;
b.滾齒材料選擇:選用強度較高耐磨性較好的鋼材作為母體材料，齒尖鑲焊硬質合金材料，對于土層和砂層，采用片狀合金或復合片鑲焊;對于顆粒直徑較大的砂礫石地層，采用球齒、柱狀或塊狀硬質合金鑲焊。
[0012]本發明的輥槽成墻施工方法以輥銑方式在地層中開槽形成槽段，在槽段中直接注入水泥漿等材料與地層顆粒攪拌混合經固化即建成地下墻，如采用泥漿護壁并用混凝土等材料置換或放置土工膜，從而建成地下連續墻或防滲體。
[0013]本發明的輥槽成墻施工方法主要適用于各種土層、砂層、砂礫石層和風化強烈的巖石地層，以輥銑的方式切削剝離地層顆粒，可以泥漿護壁形成槽孔再以成墻材料置換泥漿成墻，也可用自凝類漿液攪入地層直接形成地下連續墻。本發明的輥槽機對顆粒直徑大于1cm的卵爍石層和中等硬度以上的巖層不適用。
[0014]本發明的輥槽成墻裝置，主要由兩側各一套鉆具系統、底部輥子系統、沖水管組件和提吊裝置等四部分構成。啟動鉆具系統的電動機帶動鉆桿和鉆頭轉動，實現對地層的鉆進超前成孔，同時驅動輥子轉動，其輥齒切削、攪拌地層土體，進行輥銑成槽，在整個鉆孔與輥槽過程中，設在地面的泥漿栗通過管路向輥子供給漿液，而將切削剝離的地層顆粒反循環排出孔槽，保證輥槽進尺，始終保持孔口漿液液面的確定高度，以保障槽孔孔壁穩定。
[0015]本發明的輥槽成墻裝置的優點是:結構新穎，操作維護簡便，性能優越，實用性強，安全耐用、易制造、造價低、地層適應性強、工效高質量好、施工工藝簡捷、環保。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明底部輥子系統和沖水管組件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]輥槽成墻裝置的結構是:兩側的鉆具系統分別與提吊裝置固定連接，底部輥子系統兩端分別與該鉆具系統連接，沖水管組件設在輥子上部；
所述鉆具系統的結構是:電動機I通過減速箱2的輸出軸3與鉆桿4連接，外管5位于鉆桿4的外部，傳動軸6上端與鉆桿4連接、下端與鉆頭14連接，軸承座9與殼體12固定連接，傳動軸6與軸承一 1轉動連接，齒輪11與傳動軸6固定連接，上蓋8、下蓋13分別與殼體連接；
所述底部輥子系統的結構是:軸承二 16與殼體12連接，齒輪軸15與軸承二 16轉動連接，壓蓋17與殼體12固定連接，傳動法蘭19與齒輪軸15固定連接，輥軸20與傳動法蘭19固定連接，輥齒21與輥軸20外部固定連接，底口管24與殼體12連接；
所述沖水管組件的結構是:安裝座26與殼體12固定連接，橫管27與安裝座26固定連接，進漿口 28與橫管27上部固定連接，噴嘴25與橫管27下方固定連接；
所述提吊裝置的結構是:立板22與機座23固定連接，橫軸18與立板22連接，滑輪組7與橫軸18固定連接。
[0018]本發明一種輥槽成墻方法，包括下列步驟:
(一)開挖導槽:提吊輥槽機對正孔位，啟動輥槽機和漿栗，下放輥槽機輥銑地層，保持漿液與槽口平齊銑槽至設計深度，提出輥槽機完成一個槽孔；
鉆孔配合及輥銑成槽方法:啟動鉆具系統的電動機I，則減速箱2的輸出軸3帶動鉆桿4、傳動軸5和鉆頭14轉動，實現鉆頭14對地層的鉆進或攪拌超前成孔，同時安裝在傳動軸5上的齒輪11驅動齒輪軸15和輥軸20轉動，輥軸20上的輥齒21切削、攪拌地層土體，進行輥銑成槽;在整個鉆孔與輥槽過程中，設在地面的泥漿栗通過管路、經橫管27、噴嘴25向輥子供給漿液或水，而將切削剝離的地層顆粒通過底口管24，經砂石栗反循環排出孔槽，保證輥槽進尺，此反循環系統可實現正循環供給漿液或供水鉆進，始終保持孔口漿液液面的確定高度，以保障槽孔孔壁穩定；
每個槽段可由I個或連續多個槽孔構成，槽孔長度一般為2?4m，可根據墻體厚度和機械性能等自行設定，槽段長度可視地質條件和施工效率等實際情況綜合確定；
(二)攪拌自凝漿液成墻方法:在地層顆粒的粒徑小于3cm的土層、砂層、砂礫石地層中，根據進尺速度，在槽孔輥銑過程中直接向孔內的鉆頭和輥子處連續供給水灰比2:1?1:1、200?500L/min的水泥漿液，鉆頭和輥子在下行轉動進尺的同時，將水泥漿液與地層顆粒充分攪拌而形成性能均勻的漿體，在輥槽機上提時停止供漿只對漿體進行攪拌，當輥槽機完全提出孔口即完成一個槽孔的輥銑注漿和漿體攪拌，待該漿體固化后即形成一段具有一定確定和抗滲透性能的地下墻體，該工藝工序簡捷、成墻工效高、施工成本低；
(三)結合置換成墻方法:當墻體性能要求較高時，如高強度、高塑性，按上述成槽工藝形成槽段后，采用灌注混凝土等材料置換出槽內護壁漿液，混凝土固結后即形成一段較高性能的地下墻體；
還包括結合鋪塑防滲方法:利用輥槽工藝銑成的槽段內鋪設土工膜等隔水材料，即可建成具有一定抗滲性能的防滲帷幕。
[0019]本發明所述輥子的選擇方法是:
a.根據地質條件選擇輥子結構:地層顆粒粒徑小于3cm的土層、砂層和砂礫石地層，為獲得較高的攪拌效率可采用長齒結構的輥子，輥齒高度10?15cm;地層顆粒粒徑3?6cm的砂爍石層和強烈風化巖層，應采用短齒結構的棍子，齒高度5?1cm;
b.滾齒材料選擇:選用強度較高耐磨性較好的鋼材作為母體材料，如45#鋼材，齒尖鑲焊硬質合金材料，對于土層和砂層，采用片狀合金或復合片鑲焊;對于顆粒直徑較大的砂礫石地層，采用球齒、柱狀或塊狀硬質合金鑲焊。
[0020]利用起吊高度>5m、起吊力>80kN的立柱式起重機械，配備副卷揚機，提吊本發明的輥槽機以輥銑方式在地層中開槽形成槽段，可直接注入水泥漿等材料與地層顆粒攪拌混合經固化成墻，也可采用泥漿護壁并用混凝土等材料置換或放置土工膜，從而建成地下連續墻或防滲體。
【主權項】
1.一種輥槽成墻裝置，其特征在于:兩側的鉆具系統分別與提吊裝置固定連接，底部輥子系統兩端分別與該鉆具系統連接，沖水管組件設在輥子上部； 所述鉆具系統的結構是:電動機通過減速箱的輸出軸與鉆桿連接，外管位于鉆桿的外部，傳動軸上端與鉆桿連接、下端與鉆頭連接，軸承座與殼體固定連接，傳動軸與軸承一轉動連接，齒輪與傳動軸固定連接，上蓋、下蓋分別與殼體連接； 所述底部輥子系統的結構是:軸承二與殼體連接，齒輪軸與軸承二轉動連接，壓蓋與殼體固定連接，傳動法蘭與齒輪軸固定連接，輥軸與傳動法蘭固定連接，輥齒與輥軸外部固定連接，底口管與殼體連接； 所述沖水管組件的結構是:安裝座與殼體固定連接，橫管與安裝座固定連接，進漿口與橫管上部固定連接，噴嘴與橫管下方固定連接； 所述提吊裝置的結構是:立板與機座固定連接，橫軸與立板連接，滑輪組與橫軸固定連接。2.一種輥槽成墻方法，其特征在于包括下列步驟: (一)開挖導槽:提吊輥槽機對正孔位，啟動輥槽機和漿栗，下放輥槽機輥銑地層，保持漿液與槽口平齊銑槽至設計深度，提出輥槽機完成一個槽孔； 鉆孔配合及棍銑成槽方法:啟動鉆具系統的電動機，則減速箱的輸出軸帶動鉆桿、傳動軸和鉆頭轉動，實現鉆頭對地層的鉆進或攪拌超前成孔，同時安裝在傳動軸上的齒輪驅動齒輪軸和輥軸轉動，輥軸上的輥齒切削、攪拌地層土體，進行輥銑成槽;在整個鉆孔與輥槽過程中，設在地面的泥漿栗通過管路、經橫管、噴嘴向輥子供給漿液或水，而將切削剝離的地層顆粒通過底口管，經砂石栗反循環排出孔槽，保證輥槽進尺，始終保持孔口漿液液面的確定高度，以保障槽孔孔壁穩定； 每個槽段可由I個或連續多個槽孔構成，槽孔長度一般為2?4m; (二)攪拌自凝漿液成墻方法:在地層顆粒的粒徑小于3cm的土層、砂層、砂礫石地層中，根據進尺速度，在槽孔輥銑過程中直接向孔內的鉆頭和輥子處連續供給水灰比2:1?1:1、200?500L/min的水泥漿液，鉆頭和輥子在下行轉動進尺的同時，將水泥漿液與地層顆粒充分攪拌而形成性能均勻的漿體，在輥槽機上提時停止供漿只對漿體進行攪拌； (三)結合置換成墻方法:當墻體性能要求較高時，按上述成槽工藝形成槽段后，采用灌注混凝土等材料置換出槽內護壁漿液，混凝土固結后即形成一段較高性能的地下墻體。3.根據權利要求2所述的一種輥槽成墻方法，其特征在于還包括:結合鋪塑防滲方法:利用輥槽工藝銑成的槽段內鋪設土工膜等隔水材料，即可建成具有一定抗滲性能的防滲帷蒂。4.根據權利要求2或3所述的一種輥槽成墻方法，其特征在于所述輥子的選擇方法是: a.可根據地質條件選擇輥子結構:地層顆粒粒徑小于3cm的土層、砂層和砂礫石地層，為獲得較高的攪拌效率可采用長齒結構的棍子，$昆齒高度10?15cm;地層顆粒粒徑3?6cm的砂爍石層和強烈風化巖層，應采用短齒結構的棍子，棍齒高度5?10cm; b.滾齒材料選擇:選用強度較高耐磨性較好的鋼材作為母體材料，齒尖鑲焊硬質合金材料，對于土層和砂層，采用片狀合金或復合片鑲焊;對于顆粒直徑較大的砂礫石地層，采用球齒、柱狀或塊狀硬質合金鑲焊。
【文檔編號】E02F5/02GK106049585SQ201610609719
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月29日
【發明人】孫靈會
【申請人】中水東北勘測設計研究有限責任公司