[发明专利]软弱富水地层的钻爆掘进装置及钻爆掘进方法

说明书

本申请公开了软弱富水地层的钻爆掘进装置，掘进装置，包括底座，所述底座上设置夹孔，其特征在于，包括外管以及内管，所述外管的一个管口处于封闭状态，所述内管的两个管口都处于敞开状态，所述内管固定设置在外管内，所述内管的管壁与外管的管壁之间存在空隙，所述内管的外壁呈波节状，所述外管与内管之间设置有支撑节，所述内管的中轴线与外管的中轴线相互重合，所述外管与所述底座的夹孔配合在一起，所述内管上接有圆台状的出料管，所述外管的管底处设置有尖锥柱，尖锥柱的柱顶位于出料管的管口处。本申请还公开了使用上述掘进装置的掘进方法。

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种软弱富水地层的钻爆掘进装置及钻爆掘进方法。

背景技术

钻爆掘进是目前工程上常用的隧道施工方法，但是钻爆掘进这种施工方法只是用于岩石类地层，对于泥沙含量与水含量较高的地层(亦称软弱富水地层)，直接进行钻爆作业会导致隧道坍塌，所以目前对于软弱富水地层在进行隧道开挖之前，需要采用冻土法将部分土体与水冻结在一起，利用冻土法在预挖掘隧道的土层上方形成一个冻结防护层，而后再在该冻结防护层的下方进行隧道钻爆掘进作业。

目前对土层进行冻结的方法是先在地面上将两根钢管打进土层中，两根钢管分为内管及外管，内管设置在外管内，进行冻结作业时，首先向外管内充入低温液体(冻结温度远低于纯净水的冻结温度)，低温液体在到达外管的管底之后进入内管，而后再从内管的管底溢流到管顶进行回收降温再利用，低温液体在自上而下再自下而上的回流过程中，低温液体与土层中的水进行换热，土层中的水温降低冻结，从而形成冻土层，这种冻结土体的问题在于，由于低温液体一开始是自上向下流动的，所以低温液体的对上层土体的降温效果大于下层土体的降温效果，实际在冻结时时上层土体先于下层土体冻结，所以这种冻结方法是将隧道上方所有的土层都冻结在了一起，而将隧道上方的所有土层都冻结会导致较高的能耗。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种软弱富水地层的钻爆掘进装置及钻爆掘进方法。

本发明采取的技术方案如下：

一种软弱富水地层的钻爆掘进装置，包括底座，所述底座上设置夹孔，包括外管以及内管，所述外管的一个管口处于封闭状态，所述内管的两个管口都处于敞开状态，所述内管固定设置在外管内，所述内管的管壁与外管的管壁之间存在空隙，所述内管的外壁呈波节状，所述外管与内管之间设置有支撑节，所述内管的中轴线与外管的中轴线相互重合，所述外管与所述底座的夹孔配合在一起，所述内管上接有圆台状的出料管，所述外管的管底处设置有尖锥柱，尖锥柱的柱顶位于出料管的管口处。

具体本种掘进装置只是对土层进行冻结作业的机器，整个设备还包括打桩机以及打眼机。本装置的使用方法如下，

首先打桩机在地面上打孔，而后打桩机将外管(连带着内管一起)打进土体中，最后将底座固定在土体表面，而后将外管夹在底座上，将外管位于土体外的一段固定在地面上，对外管起到夹持固定作用，当外管被夹持固定之后，利用机械手向内管内投放固体干冰颗粒，固体干冰颗粒在内管向下掉落，由于外管的管底放置有尖锥柱，且内管的管口处接有出料管，出料管位于尖锥柱的上方，在出料管的导向作用下，干冰会撞向尖锥柱，撞击会导致干冰碎裂并且堆积在外管的管底处，且随着持续投放的干冰，碎裂的干冰会围绕着尖锥柱形成一个干冰堆，这样整个管子的冷源位于最下方，所以管底周围的土体冻结程度最高，越往地面靠近，管子的温度越高，所以土体的冻结强度是以管底处为最高点，从下向上依次递减，这样可以在预开挖隧道的上方形成一个冻结保护层。且由于冻结保护层上方的土体冻结强度相对更弱或者完全没有冻结在一起，这样在拔出外管时更容易，能耗更低，对土层生态的破坏相对较小。

因为干冰的温度一般在零下78℃，即使汽化时气态二氧化碳的温度依然只有零下20℃，且由于二氧化碳的相对分子质量(44)大于空气(29)，所以干冰汽化产生的二氧化碳气体不会自然上涌，只会随着干冰的不断汽化而不断堆积上逸出，在此温度条件下可以保证水土被冻结在一起，且可以充分利用干冰的冷能，避免冷能的浪费。